0260201簡單機械
02滑輪與輪軸
2-1滑輪
滑輪是由有溝槽的輪子和繩子所組成。工作時，滑輪有兩種不同的裝置方法。
滑輪安裝在固定的位置，不會隨物品移動的，稱為定滑輪。滑輪的位置沒有固定，會和物品一起移動的，稱為動滑輪。
定滑輪
▲升旗就是利用定滑輪將國旗升上旗杆頂端。
▲定滑輪裝置中，滑輪的位置是固定的。
動滑輪
▲搬運重物時，可以利用動滑輪將物品運送到高處。
▲動滑輪裝置中，滑輪會隨著物品移動位置。
使用定滑輪拉起物體時，可以省力嗎？施力的方向和大小如何？讓我們利用滑輪來進行實驗。
1.將物體掛在彈簧秤下方，測量它的重量，並記錄下來。
2.如下圖，在定滑輪的兩側各掛一個彈簧秤，保持平衡。
使用彈簧秤前須先確認刻度是否歸零。
3.將物體掛在定滑輪一側的彈簧秤下，再用手拉動另一側的彈簧秤，直到定滑輪兩端達到平衡、不轉動，並讀取兩個彈簧秤上的刻度。
手拉彈簧秤時應保持垂直。
討論
- 使用定滑輪時，手往下拉，物體會往哪個方向移動？
使用定滑輪時，手往下拉，施力方向是向下，物體則會向上移動（方向相反）。
- 掛物體的彈簧秤和手拉的彈簧秤，所顯示的重量分別是多少？和物體本身的重量相同嗎？
手拉彈簧秤所顯示的重量大約等於物體的重量。
- 使用定滑輪拉起物體時，可以省力嗎？
使用定滑輪拉起物體時，施力大約等於物重，所以不省力也不費力。
試試看，使用動滑輪拉起物體時，可以省力嗎？施力的方向和大小如何？
1.利用彈簧秤分別測量物體和滑輪的重量，並記錄下來。
2.如下圖，將繩子一端固定在支架上，另一端繞過已掛上重物的滑輪，綁在彈簧秤的掛鉤上。
3.將彈簧秤向上拉，觀察滑輪和物體的移動方向，再將彈簧秤掛在支架上，讀取彈簧秤上的刻度。
討論
1.使用動滑輪時，手往上拉，滑輪和物體會往哪個方向移動？
使用動滑輪時，手往上拉，施力方向和物體移動方向都是向上（方向相同）。
2.掛在支架上的彈簧秤所顯示的重量是多少？和物體加上滑輪的重量相同嗎？
掛在支架上的彈簧秤所顯示的重量與物體加上滑輪的重量不同。
3.使用動滑輪拉動物體時，可以省力嗎？
使用動滑輪時，施力大小大約等於（物體＋滑輪）重量的一半，所以可以省力。
4.使用定滑輪和動滑輪，哪一種比較省力？哪一種可以改變施力方向？
動滑輪裝置可以省力，適合用來搬運重物。定滑輪裝置可以改變施力方向，讓工作方便。
雖然滑輪的外形看起來是輪子，但滑輪和槓桿原理有關，滑輪是槓桿原理的應用。
在定滑輪和動滑輪上都可以找到支點、施力點和抗力點。但使用定滑輪和動滑輪時，支點、施力點和抗力點的位置不一樣。
定滑輪
使用定滑輪時，支點在滑輪的中心點，施力點和抗力點分別在滑輪兩端。施力臂長度等於抗力臂長度，因此不省力也不費力。
動滑輪
使用動滑輪時，抗力點在滑輪的中心點，支點和施力點分別在滑輪兩端。施力臂長度大於抗力臂長度，因此會比較省力。
用定滑輪拉起物體時，不省力也不費力，但是可以改變施力的方向，方便操作。
用動滑輪拉起物體時可以省力，但是要同時拉起物體和滑輪。工程上使用的滑輪重量不輕，因此只有拉起很重的物體時，才會採用這種工作方式。
吊車、起重機等工具，同時使用了定滑輪和動滑輪，兼具方便操作和省力的功能。
還有哪些工具同時使用了定滑輪和動滑輪？
其他同時使用定滑輪及動滑輪的工具，例如電梯等。
2-2輪軸
螺絲起子是生活中常見的工具，可以將螺絲釘鑽入孔洞中，或是將螺絲釘從孔洞中取出。看看下面這兩種使用方式，哪一種使用起來比較輕鬆省力？
有握把的螺絲起子，使用起來比較省力，很輕鬆就可以轉動了。
▲使用無握把的螺絲起子
▲使用有握把的螺絲起子
有握把的螺絲起子，使用起來比較省力，沒有握把的螺絲起子使用起來卻比較費力。
有些工具由固定在同一軸心上的大、小圓輪組合而成，轉動其中一個圓輪，另一個圓輪也會一起轉動，這就是輪軸。半徑較大的是輪，半徑較小的是軸。螺絲起子是一種輪軸的應用。
使用輪軸工具時，施力在輪上或軸上，施力大小會有什麼不一樣？我們來實際操作看看。
1.分別測量輪和軸的半徑，並在輪和軸上纏繞棉線。
輪和軸上的線纏繞方向要相反。
2.將物體掛在彈簧秤下方，測量重量，並記錄下來。
3.將物體掛在軸的棉線上，彈簧秤掛在輪的棉線上，將彈簧秤往上拉，記錄用力的大小。
4.改將物體掛在輪的棉線上，彈簧秤掛在軸的棉線上，將彈簧秤往上拉，記錄用力的大小。
討論
1.物體掛在軸上，施力在輪上，需要用多少力？
手拉彈簧秤所顯示的重量小於物體的重量。
2.物體掛在輪上，施力在軸上，需要用多少力？
手拉彈簧秤所顯示的重量大於物體的重量。
3.施力在輪上比較省力，還是施力在軸上比較省力？輪和軸的半徑大小與施力大小有什麼關係？
施力在輪上比較省力，因為輪的半徑就是施力臂，施力臂>抗力臂；施力在軸上比較費力，因為軸的半徑就是施力臂，施力臂<抗力臂。
使用輪軸工作時，輪與軸會一起轉動，當輪轉動一大圈，軸就轉動一小圈。
輪軸的原理和槓桿相同。如果把軸心當支點，施力在輪上，輪半徑就是施力臂，軸半徑就是抗力臂。
施力在輪
施力在輪上時，輪的半徑就是施力臂，軸的半徑就是抗力臂。施力臂長度大於抗力臂長度，使用時比較省力。
施力在軸
施力在軸上時，軸的半徑就是施力臂，輪的半徑就是抗力臂。施力臂長度小於抗力臂長度，使用時比較費力。
觀察生活中應用輪軸的物品，分別指出輪和軸的位置在哪裡？
施力在輪上的物品：如旋轉式水龍頭、削鉛筆機、螺絲起子、喇叭鎖等。
施力在軸上的物品：如竹蜻蜓、擀麵棍、電風扇等。
施力在軸上的物品
▲竹蜻蜓
▲擀麵棍
下列這些應用輪軸的物品，它們的運作方式是施力在輪或軸上呢？
喇叭鎖是施力在輪上；電風扇是施力在軸上。
▲喇叭鎖
▲電風扇
滑輪、輪軸都是槓桿原理的應用，有些在使用時可以省力，有些雖然不能省力，但能讓我們使用時更方便。
四、請根據滑輪實驗，回答下列問題。
1.使用定滑輪和動滑輪拉起物體，施力方向和物體移動方向如何？請用箭頭畫出來。
2.操作定滑輪與動滑輪實驗，並將結果記錄在下表中。
3.比較使用定滑輪和動滑輪拉起物體的情形，將結果記錄在下表中。
五、請根據輪軸實驗，回答下列問題，並在 中打 。
1.將操作輪軸實驗的結果記錄在下表中。
2、輪軸也是槓桿原理的應用，請根據下列的輪軸施力示意圖回答問題。
3.(1)從前面的實驗結果可以推論，施力在輪上比較省力，還是施力在軸上比較省力？
(2) 輪和軸的半徑大小與施力大小有什麼關係？
輪的半徑比軸 （填大或小），施力在輪
上比施力在軸上 （填省力或費力）。
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