师:好,同学们,今天我们来简要复习之前学过的“神奇的机械”这一单元。同学们,我们先思考一个问题:机械可以分为几类呢?经过之前的学习,大家应该知道,生活中我们把结构简单的机械称为简单机械,而那些结构复杂的机械,我们叫做复杂机械。复杂机械也就是我们常说的机器,复杂机械都是由简单机械组成的。这一单元我们学了哪些简单机械呢?我们来一一回顾。
首先来讲讲杠杆。什么是杠杆?杠杆是指在力的作用下能绕固定点转动的一根硬棒,这根硬棒没有固定的形状。使用杠杆时,我们把施加动力的位置叫做动力点,施加阻力的位置叫做阻力点,而杠杆围绕其固定转动的那个点,我们叫做支点。在课程中,我们通过杠杆尺探究杠杆平衡时的原理,发现不论是动力还是阻力,哪个离支点远,平衡时需要的力就小。比如说,这里有一根已经平衡的杠杆尺,支点左边的钩码悬挂在距支点4格的位置,支点右边的钩码悬挂在距支点2格的位置。对比发现,距离越远,需要的钩码个数就越少,也就是平衡时需要的力就小。由此,我们对杠杆进行了分类。生活中,我们把第一种杠杆称为省力杠杆,省力杠杆的特征是平衡时动力比阻力小。
第二种杠杆我们叫做费力杠杆,它的特征是平衡时动力比阻力大。当然,还有第三种杠杆,我们叫做等臂杠杆,这是指平衡时动力和阻力一样大的杠杆,也就是既不省力也不费力的杠杆。有没有同学能举出等臂杠杆的例子呢?我们实验室用的天平就是一种等臂杠杆。那么杠杆究竟有哪些作用?我们来思考这个问题:下图的鱼竿作为一个杠杆,对于人来说,它是省力的还是费力的呢?同学们好好想想怎么解决这个问题。
第一步,我们要确定动力、阻力和支点的位置。经过分析不难得出,人钓鱼时,手提供的是动力,所以动力点在这;鱼拉扯鱼竿的鱼线,所以阻力点在这;整个鱼竿绕鱼竿柄转动,所以支点在这。那么距离是怎样的呢?很简单,我们发现阻力到支点比动力到支点远,所以自然能得出平衡时,需要的动力比阻力大。
那么鱼竿对于人来说就是一个费力杠杆,同学们,你们懂了吗?生活中杠杆的作用也很多。第一,杠杆可以省力,比如铡刀、羊角锤、开瓶器以及老虎钳等,都用到了杠杆省力的作用。第二,我们可以通过费力来节省物体移动的距离,比如之前讲的鱼竿,人手只要移动很小的距离,就能让鱼移动很大的距离,飞快脱离水面。除此以外,像镊子、筷子、起重机,也都用到了相同的作用。
还有一个作用容易被忽视,那就是杠杆可以改变力的方向,比如说图中出现的中世纪的投石机,我们发现杠杆一端的力是向下的,而另一端的力是向上的。在我们这一单元的学习中,还有一个机械也能起到相同的作用,是什么呀?定滑轮,其实定滑轮也可以等效地看作一种杠杆。
图中出现的是什么机械呢?这个机械是斜面。它有三个重要要素,第一是坡长,第二是坡高,第三是坡度。斜面具有怎样的功能呢?斜面可以省力,而且坡度越小就越省力。但是物体爬相同的坡高,走得越省力,走过的坡长就越长。这也印证了一句老话:天下没有免费的午餐。在生活中,斜面运用在哪些例子中呢?比如说,为了让汽车更好地爬山,我们修建了蜿蜒的盘山公路;为了让钉子更好地钉入木板等物体中,我们将斜面缠绕在钉子上形成螺旋,制成螺丝钉;而刀、斧等刀刃,也利用了斜面的原理。
那么经过学习,我们能解决下面的问题吗?两组斜面,分别哪一条斜面更省力呢?首先第一组,是具有相同坡高、不同坡长的斜面。不管怎样,我们判断省不省力,只要看坡的角度。在这三个斜面中,1号斜面的坡角最小,所以这一组斜面中,1号斜面最省力。第二组斜面,是具有相同坡长、不同坡高的斜面,哪一组斜面更省力呢?
同样看坡角,这里面3号斜面的坡角最小,所以3号斜面更省力。同学们,我们接着看这样一个机械,它叫什么?在生活中,我们把由轮和轴组成,能绕共同轴心转动的简单机械叫做轮轴。这里轮子的形状和个数都是不固定的,比如说在生活中轮轴的运用,像自行车的后轮、各式各样的水龙头以及门把手等等,这些都是轮轴。这里不要惊讶,有的时候为了节省材料和方便使用,我们甚至能将外面的轮替换成一根杆子。
