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1、第5节 改变世界的机械,渠县涌兴中学 王玉政,简单机械的家族,杠杆,滑轮,轮轴,斜面,想想议议： 杠杆、滑轮等简单机械，有的省力有的不省力；使用它们时，有的可以移动较短的距离，有的却要移动更长的距离。通过这几种简单机械的学习，你认为省力或费力、省距离或费距离，它们之间有什么关系？,杠杆、滑轮都是简单机械，它们还可以变形为轮轴。,生活中的轮轴：,车把、方向盘、螺丝刀、扳手、卷扬机等,一、轮轴：由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称轮，小的称轴。,轴,轮,像水龙头这样，轮子和轴固定在一起转动的机械，叫做轮轴 。,轮,轴,轮,轴,你能说出生活中类似水龙头一样的轮轴吗？,轴,轴,轮,轴,轮轴
2、的应用,轴,轮,古代人力起锚装置,轮轴的应用,轮,轴,轮,轴,轮,轴,扳手,1. 井上的辘轳 从右边看过去，可画成下图:,动力臂大于阻力臂 省力杠杆。,分析下面几种轮轴,从上边看下去，也可画成下图:,动力臂大于阻力臂省力杠杆。,2. 汽车的方向盘,从上边看下去，也可画成下图:,动力臂大于阻力臂省力杠杆。,3. 水龙头,r,F1,R,F2,轮轴：是变形杠杆，动力作用在轮上可省力。,因为Rr，所以有F1F2，即省了力。,轮轴：是变形杠杆，动力作用在轮上可省力。平衡时有F1R=F2r,船舵,门的把手,螺丝刀,单车的踏板,4. 其他轮轴,轮轴实质可看做是一个可以连续转动的杠杆,F1R=Gr,F1,G,
3、r,R,动力作用在轮上，轮轴是一个省力杠杆，但费距离,动力作用在轴上，轮轴又将起到什么作用？,轮轴原理,手摇钻,观察变速自行车的齿轮搭配，想一想，怎样才能使自行车跑得更快？,作用：1.改变物体的运动速度,2.实现直线运动和圆周运动的相互转化,图中所示是自行车上两个典型的轮轴装置，从图中可知脚踏板与_组成了一个_轮轴，飞轮与_组成了一个_轮轴。,费力,齿轮盘,省力,后车轮,一是改变用力大小；二是改变物体的运动速度。,（轮轴不能省功。 它实现直线运动和圆周运动的相互转化，是机械传动的重要装置）,轮轴主要功能：,二、斜面,是一个与水平面成一定夹角的的倾斜平面。,斜面可以省力，但费距离。,斜面也是一种
4、省力机械,斜面省力原理,利用斜面这个机械所做的功是：,不利用机械直接把物体抬高h,所做的功：,根据功的原理,如果不计斜面和物体的摩擦：FL=Gh,FL,Gh,因Lh,所以FG,即，利用斜面可省力，但要费距离。,斜面属于什么样的简单机械？有什么特点？,斜面长是斜面高的几倍，作用斜面上的力就是重力的几分之一：,F=h/LG,考虑摩擦阻力时，斜面的机械效率：,机械效率：=Gh/FL,FL,有用功是：总功是：,Gh,此时FLGh,斜面与平面的倾角越小，斜面越长，则省力，但费距离，机械效率低。斜面与平面的倾角越大，斜面较短，则费力，但省距离，机械效率高。,FL=Gh(不计摩擦),课余探究：,当人在骑自行
5、车遇到上坡时，怎样骑会更省力？,找找斜面，说说运用。,例1.斜面高为1m，长为3m，工人用400N沿斜面方向的力将重为840N的箱子推到车上,在这过程中推力做了 J的功,机械效率为 .,例2.将重物从长4m、高1m的斜面底部匀速推上斜面的顶端。已知沿斜面所用的推力是300N，斜面的机械效率是75，则推力做的总功为_J，推力做的有用功为_J，物体所受的重力为_N。,盘山公路,螺旋-特殊的斜面,螺旋除了省力，还可以将螺旋运动与沿轴向的运动进行相互转化。,各种形式的螺旋,螺旋千斤顶是一种常用的起重装置（如图5所示），用手柄转动螺杆时，螺杆顶端的重物就随螺杆一起上升。若螺杆的直径为D ，螺距为h ，手
6、柄末端到转轴的距离为L，要举起重力为G 的重物时，至少要给手柄顶端多大的力？,解析：螺旋手柄转动一周时，手柄末端通过的距离为 s=2L，垂直于手柄的力F 所做的功为W1=F2L，螺旋转动一周时重物升高h ，克服重物所受重力做的功为W 2=Gh。根据功的原理，在理想情况下，Wl=W2，即F2LGh ，FGh2L,例题：在厂房建设中，需要利用某机车把重为1105N的材料沿与水平地面成30角的斜坡以1 m/s的速度匀速从底部拉上坡顶，如图所示。已知斜坡的长度为15 m，机车的牵引功率为6104 W。（1）机车把材料从斜坡底部拉到顶端的时间是多少？（2）机车对材料做的总功是多少？（3）机车把材料拉上坡
7、顶的过程中的机械效率是多少,三、改变世界的机械,机械的发明，改变了整个世界,机械的大型化和微型化、精密化,三峡截流大型装载机,从陆地到海洋、天空直到太空,现代机械极大地扩大了人们的活动范围,信息时代，人们将智慧赋予机械,自动化、智能化机械进入到我们生活。,发展空间,研究自行车的构造。,自行车是如何前进的？,自行车是依靠链条和两个齿轮带动车轮前进的。,自行车上的简单机械,把我们的发现写下来：,轮轴,滑轮,滑轮,轮轴,车把,刹车装置,脚踏板,大齿轮,小齿轮,从蒸汽机的发明，到电力机械，到神七发明. . 天上飞的，海里游的，陆上行的，无不与物理学的发展有关。 人类正制造出各式各样的，庞大的，精密的机
8、械，机械的创新，形成先进生产力，改变着我们的世界。,改变世界的机械,蒸汽火车,蒸汽火车是世界上第一代的火车，是利用煤为动力，蒸汽机为核心的最初级最古老的火车。蒸汽火车通过用煤烧水，使水变成蒸汽，从而推动活塞，使火车运行。在人们的心目中，气势磅礴的蒸汽机车具有一种特殊的意味，因为它曾以无比的巨力开启过人类历史上一个崭新的时代。,20世纪初，美国的莱特兄弟在世界的飞机发展史上做出了重大的贡献。在1903年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者”1号，并且获得试飞成功。他们因此于1909年获得美国国会荣誉奖。自从飞机发明以后，飞机日益成为现代文明不可缺少的运载工具。它深刻的改变和影响着
9、人们的生活。,莱特兄弟与历史上第一架飞机,2005年11月初，中国铁道部与德国西门子公司在德国签下了63.5亿人民币购买60列高速列车的协议。 2008年，这批列车首先运行于北京-天津线路。该列车时速300公里，行驶非常平稳，车门自动感应。,现代火车,现代火车,英国政府计划在未来十年内在全国推广时速可达362公里的列车。这款名叫“水星”的铁路交通工具不仅速度快、外型靓丽，而且可以给乘客带来更高品质的享受。它配备了多节视野开阔的车厢，车厢内有两层高的观景台。还设计了可举行家庭聚会和商业会议的玻璃舱包间及供儿童玩耍的游乐区。,现代飞机空客A380,空客A380是欧洲空中客车工业公司研制生产的世界最
10、大的客机。它在2005年4月进行了首航，在2007年10月进行了第一次商业飞行。A380在投入服务后，结束了波音747在市场上30年的垄断地位，成为载客量最大的民用客机。2012年3月，南航第三架A380正式投入运营北京-香港航线。,空客A380机舱内部,日本未来世界“水上巴士”,2012年1月，在日本Sumidada河，由日本松元零士设计的水上巴士在水中正式航行。鲜亮的金属线条以及绿色的玻璃罩外表，使得这艘水上巴士看起来非常像很多科幻大片里面的未来太空飞船。 这艘巴士总吨位114吨，全长30.5米，全宽8米，可搭载旅客171名。这或许是未来人们乘坐交通工具的又一选择。,“远大湖号”油轮,“远
11、大湖”号超级油轮是我国第一艘自行设计的油轮，船舱总容量相当于装载200万桶原油。续航能力2万多海里，可实现一人驾驶操作和无人机舱，在空载情况下能抵御9级大风。“远大湖”号超级油轮由南通中远川崎船舶工程有限公司建造，2002年12月20日投入使用。,上海世博会日本馆内机器人,正在讲解的主持人机器人,表演小提琴独奏的机器人,纳米蜘蛛机器人,2010年5月，美国哥伦比亚大学的科学家成功研制出一种由DNA分子构成的纳米蜘蛛机器人，它们能够跟随DNA的运行轨迹自由地行走、转向以及停止。这种纳米蜘蛛机器人只有4纳米长，比人类头发直径的十万分之一还小。这一进展的强大之处在于：一旦被编程，纳米蜘蛛机器人就能够
12、自动完成任务。纳米蜘蛛机器人可以用于帮助人类识别并杀死癌细胞，还可以帮助人们完成外科手术，清理动脉血管垃圾等。,未来10大必要科技发明,海洋殖民地是理论上人类永久性在海洋“居住”，可能漂浮在水面上、或固定在海底以及存在于海底与水面之间。 海洋殖民地的优势包括：扩展人类活动范围和扩大地球资源使用，还可为人类未来的太空殖民积累经验。殖民地可以利用潮汐能量制造电能输出，为海洋殖民地提供基础能源。,1、海洋殖民地,大西洋隧道是一种理论上的交通通道，它跨越大西洋、北美洲和欧洲之间，能够承载火车等类型的交通工具，使用先进的技术，预计交通工具的速度可达到500-8000公里/小时。这将如何实现呢？计划建造这
13、样的隧道实际上目前离设计概念还有很大的差距。主要的碍障是建造这样隧道的成本，至少需要12万亿美元，以及当前建筑材料的限制。,2、大西洋隧道,地方性Wi-Fi的概念是将整个城市成为一个无线网络访问区，其最终目标是提供全球性无线访问服务。 这将如何实现呢？实际上，此项技术已在世界的许多城市存在了，然而却并未成为互联网服务的主流。通常，私人通信公司与当地政府合作建立这样的网络并进行维护。一旦该网络建成，将使人们的网络服务进入一个新纪元，使人们的上网更加便利。,3、全球地方性Wi-Fi,仿生学是指从生物学向工程学的延伸，也指工程学向生物学的拓展。在医学领域，仿生学意味着通过机械形式更换或增强身体器官。
14、在科学技术领域，仿生学引用了模拟生物学适应环境的特殊技术，比如：船身外壳模拟了海豚的厚皮肤。 目前已生产出许多仿生学装置。医学仿生学设计包括：人造心脏和耳蜗植入。,4、仿生学,反重力器是建立一个区域使一个物体摆脱重力吸引作用。建造反重力器的意义在于使一些物体摆脱重力吸引抵达太空。这将如何实现呢？从理论上显示反重力是可能实现的。简单来讲，数以千计的碰撞发生在空气中带电离子和中性气体分子之间，导致两者之间发生迁移变化。这将在电极上形成一个反方向作用力。,5、反重力器,万能药是可以治愈所有疾病，并且延长寿命的药物。它能够治疗癌症、艾滋病以及任何病毒。这将如何实现呢？从理论上讲，基因医疗科学技术(尤其
15、是遗传基因和环境基因)和免疫系统的逐年提高和改善对万能药的研制带来更多的可信性，很可能我们这一代人中能够实现万能药的成功研制。,6、万能药,能量保护罩是力场形式，通过偏移或吸收碰撞力量，可用于防护武器的攻击或暴风雨等自然力量的侵袭。这项科学计划可适用于地球表面，或是太空中保护一个物体。其工作原理是吸收或驱散前来攻击侵袭的能量，延长攻击的时间使攻击力逐渐削弱，最终在保护罩的抵制下瓦解。,7、能量保护罩,8、太空电梯,科学家提议建造太空电梯意在实现从地球表面向太空传输物体。 这将如何实现呢？最通常的方法是采用绳索，这可以是电缆或绳链，当地球旋转时，在地面上的绳索末端可抵消重力惯性，保持绳索处于拉紧
16、状态。人造卫星或宇宙飞船系在绳索上无需使用火箭推进装置即可升空。,9、外星环境地球化,外星环境地球化是指人类对某个潜在适合人类居住的星体改造，改造成类似地球的大气层、温度、地貌或生态结构，以适合人类的居住。这将如何实现呢？第一部分是生态合成性，将地球上的生物转移到被瓦解的外星生态环境中，加速生态环境的恢复；第二部分是地形适合性，在外星球上建造一个可居住的场地，最终无数个这样的生活基地遍布整个星球。,10、星际航行,星际航行是指有人或无人驾驶在星际之间旅行。由于距离非常遥远，星际旅行要比太阳系间旅行更难以实现。这将如何实现呢？目前，美国宇航局“突破推进力物理学计划”明确指出星际旅行成为可能必须的
17、两项技术突破：尽可能添加达到最大推进力速度的方法；新型舰载能量生产以驱动星际航行器上的装置。,1以下生活中的装置属于轮轴的有（ ） A学校教室门的把手 B螺丝刀 C钳子 D自行车车把,课内练习：,ABD,2使用轮轴（ ）A只能省一半力 B不能省力，但可以改变力的方向C动力作用在轴上时可以省力 D动力作用在轮上时可以省力,D,3、使用斜面可以_，但_。往汽车上搬运油桶，在地面与车中间搭一块木板，这就是利用了_；某同学通过仔细观察发现生活中有许多简单机械，如：把钥匙插入锁孔开锁时，钥匙就相当于_（选填“杠杆”、“轮轴”、“滑轮”或“斜面”），它是一个_(选填“省力”或“费力”）的机械。,省力,费距离,斜面,轮轴,省力,4.使用轮半径与轴半径之比为51的轮轴，若作用在轮上的动力是30N，则作用在轴上的阻力是_N,150,5、一辘轳的轮半径是90cm，轴半径是15cm，要从井下匀速提起240N的水桶，加在轮边缘上的动力应是多少?若水桶升高3m，动力作用点通过的距离是多少?,解：R=90cm=0.9m r=15cm=0.15m,FR=GrF 0.9m=240N 0.15mF=40N,S/h=R/rS/3m=0.9m/0.15S=18m,6、如图所示，标出了轮半径和轴半径，物体的质量都相同，则最大拉力是_ 。,F2,智慧的花朵，常常开放在苦苦思索的枝头上。,学会倾听，是一种美德。,再见,
