0260201簡單機械
01認識槓桿
1-1槓桿原理
你曾經玩過翹翹板嗎?兩個體重不一樣的人坐在翹翹板的兩端,要怎樣坐才能使翹翹板達到平衡?
體重較重的人往翹翹板中央的位置坐,體重較輕的人往翹翹板右端或左端的位置坐,較易使翹翹板達到平衡。
體重較輕的人怎樣才能將比他重的人抬高呢?
體重較重的人坐在接近翹翹板中央的位置,體重較輕的人坐在接近翹翹板右端或左端的位置時,就有機會將體重較重的人抬高。
讓我們利用橡皮擦和尺,製作簡易翹翹板,來試一試。
*簡易翹翹板實驗
1.將尺平放在橡 皮擦上,調整尺的位置,使尺保持平衡,並在尺接觸橡皮擦的位置做記號。
2.在尺的一端放釘書機,手指在尺的另一端甲處用力,使尺的兩端達到平衡。
3.移動手指,改將手指壓在乙處,使尺的兩端達到平衡,比較用力大小。
*討論
釘書機放在尺上的位置不變時,手指壓在尺另一端哪個位置,使尺達到平衡所用的力比較小?
當釘書機的位置不變時,手指壓在甲處,使尺達到平衡所用的力比較小。
以簡易翹翹板為例,尺接觸橡皮擦的位置是支點;手指用力的位置,稱為施力點;放置釘書機的位置,稱為抗力點。施力點到支點的距離,稱為施力臂;抗力點到支點的距離,稱為抗力臂。
使用工具時,具有支點、施力點和抗力點,就是利用槓桿原理的施力方式。翹翹板是一種槓桿原理的應用。
模仿翹翹板,將一根棍子橫放在椅背上,一端掛書包,另一端用手垂直向下壓,把書包抬起來。此時,支點、抗力點及施力點,分別位於哪裡?手壓在棍子的哪個位置,使用的力比較小?
棍子接觸椅背的位置是「支點」;手用力的位置是「施力點」;掛書包的位置是「抗力點」。
當手壓在C的位置,使用的力較小;手壓在A的位置,使用的力較大。
如果手壓棍子的位置不變,但改變書包的位置,用力的大小會改變嗎?
手壓棍子的位置不變,但改變書包的位置,用力的大小會改變。當書包在丙的位置時,最省力;書包在甲的位置時,最費力。
手壓棍子的位置不變,改變書包的位置。
1-2槓桿的平衡
想一想,施力臂和抗力臂的長短,對施力大小有什麼影響?讓我們來進行下面的實驗。
2.將支點左邊的第3格處當作抗力點,掛上2個等重的砝碼。
3.將支點右邊的第3格處當作施力點,掛上等重的砝碼,使槓桿達到平衡,並記錄砝碼數量(圖二)。
1.步驟3中,槓桿達到平衡時,施力臂、抗力臂長度各是多少?施力點和抗力點的砝碼數量各是多少?
2.當施力臂等於抗力臂時,是省力還是費力?
當施力臂與抗力臂一樣長,既不省力也不費力。如果施力臂與抗力臂的長度不同時,對施力大小又有什麼影響?
*施力臂小於抗力臂
1.將支點左邊第6格處當作抗力點,掛上2個砝碼。
2.分別將支點右邊第2、3、4格處當作施力點,掛上砝碼,使槓桿平衡,並記錄砝碼數量。
*討論
1.當抗力及抗力臂固定時,為使槓桿平衡,在哪一個施力點掛的砝碼數量較多?哪一個施力點掛的砝碼數量較少?
2.施力臂長短和施力的大小有什麼關係?
3.當施力臂小於抗力臂時,是省力還是費力?
抗力臂與施力臂的長短會影響施力的大小。當抗力及抗力臂固定時,施力臂越長,就越省力。當施力臂小於抗力臂時,比較費力。
*施力臂大於抗力臂
1.將支點左邊第1格處當作抗力點,掛上6個砝碼;將支點右邊第6格處當作施力點,觀察需要掛幾個砝碼才能使槓桿平衡(圖一)。
2.重複步驟1,改將支點左邊第2、第3格處當作抗力點,分別掛上6個砝碼,觀察支點右邊第6格處的施力點分別需要掛幾個砝碼,才能使槓桿平衡(圖二、圖三)。
*討論
1.當施力臂固定,且抗力大小相同時,為使槓桿平衡,砝碼掛在哪一個抗力點,施力最小?砝碼掛在哪一個抗力點,施力最大?
2.抗力臂長短和施力的大小有什麼關係?
施力臂固定,且抗力大小相同時,抗力臂越長,施力越大;抗力臂越短,施力越小。
3.當施力臂大於抗力臂時,是省力還是費力?
當施力臂大於抗力臂時,施力小於抗力,比較省力。
當施力臂固定,且抗力大小相同時,抗力臂越短,就越省力。當施力臂大於抗力臂時,比較省力。
1-3槓桿工具
生活中,有些工具是應用槓桿原理製作的。
剪刀和麵包夾的支點、施力點、抗力點分別位於哪裡?
*討論
說一說,哪些工具的支點在中間?
支點在中間的工具:尖嘴鉗、剪刀等。
哪些工具的抗力點在中間?
抗力點在中間的工具:開瓶器、榨汁器等。
哪些工具的施力點在中間?
施力點在中間的工具:鑷子、麵包夾等。
支點、施力點、抗力點的位置在什麼情形下,使用工具一定會省力?什麼情形下,一定不省力?
- 支點在中間的工具有三種情形:
(1)施力臂>抗力臂,可以省力;
(2)施力臂<抗力臂,比較費力;
(3)施力臂=抗力臂,不省力也不費力。
2.抗力點在中間的工具,施力臂>抗力臂,可以省力。
3.施力點在中間的工具,施力臂<抗力臂,比較費力。
有些工具使用起來不能省力,我們為什麼還要使用它?
有些工具使用時雖不能省力卻可以方便做事,例如用麵包夾夾麵包雖不省力,但具有方便操作的優點。
生活中還有哪些應用槓桿原理的工具?
釘書機、拔釘器等。
抗力點在中間的工具,施力臂大於抗力臂,可以省力;施力點在中間的工具,施力臂小於抗力臂,比較費力。有些工具雖然不能省力,卻有方便操作的優點。
一、簡易翹翹板是槓桿原理的應用,它的支點、施力點和抗力點分別位於哪裡?施力臂、抗力臂又在哪裡?請在空格中填入代號並回答問題。
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