初二物理：11-5 改变世界的机械

1、杠杆杠杆滑轮滑轮轮轴轮轴斜面斜面想想议议：想想议议： 杠杆、滑轮等简单机械，有的省杠杆、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？距离，它们之间有什么关系？ 杠杆、滑轮都是简单机械，它们杠杆、滑轮都是简单机械，它们还可以变形为还可以变形为轮轴。轮轴。车把、方向盘、螺丝刀、扳手、卷扬机等车把、方向盘、螺丝刀、扳手、卷扬机等轮轮轴轴一、轮轴

2、：由两个半径不等的圆柱固定在一、轮轴：由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，同一轴线上组成，大的称轮，小的称轴。大的称轮，小的称轴。轴轴轮轮像水龙头这样，轮子和轴像水龙头这样，轮子和轴固定在固定在一起转动一起转动的机械，叫做轮轴的机械，叫做轮轴 。轴轴轮轮轮轮轴轴轮轮轴轴你能说出生活中类似水龙头一样的轮轴吗？你能说出生活中类似水龙头一样的轮轴吗？轴轴轴轴轮轮轴轴轮轮轮轮轮轮轴轴轮轴的应用轮轴的应用轴轮古代人力起锚装置古代人力起锚装置轮轴的应用轮轴的应用轮轮轴轴轮轮轴轴轮轮轴轴轮轮轴轴扳手扳手1. 井上的辘轳井上的辘轳 从右边看过去，可画成下图从右边看过去，可画成下图:动力臂大于阻力臂动力臂

3、大于阻力臂 省力杠杆。省力杠杆。F2 l1 = Rl2 = rO F1 分析下面几种轮轴分析下面几种轮轴从上边看下去，也可画成下图从上边看下去，也可画成下图: :动力臂大于阻力臂动力臂大于阻力臂省力杠杆。省力杠杆。F2 l1 = Rl2 = rO F1 2. 2. 汽车的方向盘汽车的方向盘F2 l1 = Rl2 = rO F1 从上边看下去，也可画成下图从上边看下去，也可画成下图: :动力臂大于阻力臂动力臂大于阻力臂省力杠杆。省力杠杆。3. 3. 水龙头水龙头rF1 R F 1 R = F2 r F2 轮轴：是变形杠杆，轮轴：是变形杠杆，动力作用在轮上动力作用在轮上可可省力省力。因为因为R R

4、r r，所以有，所以有F F1 1F F2 2，即省了力。，即省了力。 船舵船舵 门的把手门的把手 螺丝刀螺丝刀 单车的踏板单车的踏板 4. 4. 其他轮轴其他轮轴 轮轴实质可看做是一个可轮轴实质可看做是一个可以以连续转动的杠杆连续转动的杠杆Rr=GF1F1R=GrF1GrR 动力作用在动力作用在轮轮上，轮轴上，轮轴是一个是一个省力杠杆，但费距离省力杠杆，但费距离 动力作用在动力作用在轴轴上，轮轴上，轮轴又将起到什么作用？又将起到什么作用？手摇钻手摇钻 观察变速自行车的齿轮搭配，想一想，怎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？样才能使自行车跑得更快？作用：作用：1.1.改

5、变物体的运动速度改变物体的运动速度, ,2.2.实现直线运动和圆周运动的相互转化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轴装置，从图中可知脚踏板与_组成了一个组成了一个_轮轴，轮轴，飞轮与飞轮与_组成了一个组成了一个_轮轴。轮轴。费力费力齿轮盘齿轮盘省力省力后车轮后车轮一是改变用力大小；一是改变用力大小；二是改变物体的运动速度。二是改变物体的运动速度。（轮轴不能省功。（轮轴不能省功。 它实现它实现直线直线运动和圆周运动的相互转化运动和圆周运动的相互转化，是，是机械传动的重要装置）机械传动的重要装置）轮轴主要功能：轮轴

6、主要功能：二、斜面二、斜面 是一个与水平面成一定夹角的的是一个与水平面成一定夹角的的倾斜平面。倾斜平面。斜面可以省力，但费距离。斜面可以省力，但费距离。斜面也是一种省力机械斜面也是一种省力机械斜面省力原理斜面省力原理利用斜面这个机械所做利用斜面这个机械所做的功是：的功是：不利用机械直接把物体抬不利用机械直接把物体抬高高h,h,所做的功：所做的功：根据功的原理根据功的原理, ,如果不计斜面如果不计斜面和物体的摩擦：和物体的摩擦：FL=GhFLGh因因Lh,所以所以FG即，利用斜面可省力，但要费距离。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？斜面属于什么样的简单机械？有什么特点？

7、有什么特点？ 斜面长是斜面高的几倍，作用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：斜面上的力就是重力的几分之一：F=h/LG考虑摩擦阻力时，斜面的机考虑摩擦阻力时，斜面的机械效率：械效率：机械效率机械效率：=Gh/FLFL有用功是：有用功是：总功是：总功是：Gh此时此时FLGhFG课余探究：课余探究：当人在骑自行车遇到上坡时，怎当人在骑自行车遇到上坡时，怎样骑会更省力？样骑会更省力？找找斜面，找找斜面，说说运用。说说运用。例例1.1.斜面高为斜面高为1m1m，长为，长为3m3m，工人，工人用用400N400N沿斜面方向的力将重为沿斜面方向的力将重为840N840N的箱子推到车上的

8、箱子推到车上, ,在这过程中在这过程中推力做了推力做了 J J的功的功, ,机械机械效率为效率为 . .例例2.2.将重物从长将重物从长4m4m、高、高1m1m的斜面的斜面底部匀速推上斜面的顶端。已知底部匀速推上斜面的顶端。已知沿斜面所用的推力是沿斜面所用的推力是300N300N，斜面，斜面的机械效率是的机械效率是7575，则推力做的，则推力做的总功为总功为_J_J，推力做的有用功，推力做的有用功为为_J_J，物体所受的重力为，物体所受的重力为_N_N。盘山公路盘山公路螺旋螺旋-特殊的斜面特殊的斜面 螺旋除了螺旋除了省力省力，还可以，还可以将螺旋运动将螺旋运动与沿轴向的运动进行相互转化与沿轴向

9、的运动进行相互转化。螺旋千斤顶螺旋千斤顶是一种常用的起重装置（如图是一种常用的起重装置（如图5 5所所示），用手柄转动螺杆时，螺杆顶端的重物就示），用手柄转动螺杆时，螺杆顶端的重物就随螺杆一起上升。若螺杆的直径为随螺杆一起上升。若螺杆的直径为D D ，螺距为，螺距为h h ，手柄末端到转轴的距离为，手柄末端到转轴的距离为L L，要举起，要举起重力重力为为G G 的重物时，至少要给手柄顶端多大的力？的重物时，至少要给手柄顶端多大的力？解析：解析：螺旋手柄转动螺旋手柄转动一周一周时，手时，手柄末端通过的距离为柄末端通过的距离为 s=2L，垂，垂直于手柄的力直于手柄的力F 所做的功为所做的功为W1=

10、F2L，螺旋转动一周时重，螺旋转动一周时重物升高物升高h ，克服重物所受重力做，克服重物所受重力做的功为的功为W 2=Gh。根据功的原理，。根据功的原理，在理想情况下，在理想情况下，Wl=W2，即，即F2LGh ，FGh2L 例题：在厂房建设中，需要利用某机车把重为例题：在厂房建设中，需要利用某机车把重为1 110105 5N N的材料沿与水平地面成的材料沿与水平地面成3030角的斜坡以角的斜坡以1 1 m/sm/s的速度匀速从底部拉上坡顶，如图所示。已知的速度匀速从底部拉上坡顶，如图所示。已知斜坡的长度为斜坡的长度为15 m15 m，机车的牵引功率为，机车的牵引功率为6 610104 4 W

11、 W。（1 1）机车把材料从斜坡底部拉到顶端的时间是多）机车把材料从斜坡底部拉到顶端的时间是多少？少？（2 2）机车对材料做的总功是多少？）机车对材料做的总功是多少？（3 3）机车把材料拉上坡顶的过程中的机械效率）机车把材料拉上坡顶的过程中的机械效率是是多少多少三、改变世界的机械三、改变世界的机械机械的发明，改变了整个世界机械的发明，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信息时代，人们将智慧赋予机械

12、自动化、智能化机械进入到我们生活。自动化、智能化机械进入到我们生活。发展空间发展空间研究自行车的构造。研究自行车的构造。自行车是如何自行车是如何前进的？前进的？自行车是依靠自行车是依靠链链条和两个齿轮条和两个齿轮带带动车轮前进的。动车轮前进的。自行车上的简单机械自行车上的简单机械把我们的发现写下来：把我们的发现写下来：脚蹬板脚蹬板 大齿轮大齿轮 链条链条 小齿轮小齿轮 后轮后轮轮轴轮轴滑轮滑轮滑轮滑轮轮轴轮轴车把车把刹车刹车装置装置脚踏板脚踏板大齿轮大齿轮小齿轮小齿轮 从蒸汽机的发明，到电力机械，到从蒸汽机的发明，到电力机械，到神七发明神七发明. . . 天上飞的，海里游的，陆上行的，天上飞的

13、，海里游的，陆上行的，无不与物理学的发展有关。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，人类正制造出各式各样的，庞大的，精密的机械，机械的创新，形成先进生精密的机械，机械的创新，形成先进生产力，改变着我们的世界。产力，改变着我们的世界。改变世界的机械改变世界的机械蒸汽火车蒸汽火车蒸汽火车是世界上第一代蒸汽火车是世界上第一代的火车，是利用煤为动力，的火车，是利用煤为动力，蒸汽机为核心的最初级最蒸汽机为核心的最初级最古老的火车。蒸汽火车通古老的火车。蒸汽火车通过用煤烧水，使水变成蒸过用煤烧水，使水变成蒸汽，从而推动活塞，使火汽，从而推动活塞，使火车运行。在人们的心目中，车运行。在人

14、们的心目中，气势磅礴的蒸汽机车具有气势磅礴的蒸汽机车具有一种特殊的意味，因为它一种特殊的意味，因为它曾以无比的巨力开启过人曾以无比的巨力开启过人类历史上一个崭新的时代。类历史上一个崭新的时代。2020世纪初，美国的莱特兄世纪初，美国的莱特兄弟在世界的飞机发展史上弟在世界的飞机发展史上做出了重大的贡献。在做出了重大的贡献。在19031903年制造出了第一架依年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行靠自身动力进行载人飞行的飞机的飞机“飞行者飞行者”1 1号，并号，并且获得试飞成功。他们因且获得试飞成功。他们因此于此于19091909年获得美国国会年获得美国国会荣誉奖。自从飞机发明以荣誉奖。自从飞机

15、发明以后，飞机日益成为现代文后，飞机日益成为现代文明不可缺少的运载工具。明不可缺少的运载工具。它深刻的改变和影响着人它深刻的改变和影响着人们的生活。们的生活。莱特兄弟与历史上第一架飞机莱特兄弟与历史上第一架飞机20052005年年1111月初，中国月初，中国铁道部与德国西门子铁道部与德国西门子公司在德国签下了公司在德国签下了63.563.5亿人民币购买亿人民币购买6060列高速列车的协议。列高速列车的协议。 20082008年，这批列车首年，这批列车首先运行于北京先运行于北京- -天津天津线路。该列车时速线路。该列车时速300300公里，行驶非常公里，行驶非常平稳，车门自动感应。平稳，车门自动

16、感应。现代火车现代火车现代火车现代火车英国政府计划在未来十英国政府计划在未来十年内在全国推广时速可年内在全国推广时速可达达362362公里的列车。公里的列车。这款名叫这款名叫“水星水星”的铁的铁路交通工具不仅速度快、路交通工具不仅速度快、外型靓丽，而且可以给外型靓丽，而且可以给乘客带来更高品质的享乘客带来更高品质的享受。它配备了多节视野受。它配备了多节视野开阔的车厢，车厢内有开阔的车厢，车厢内有两层高的观景台。还设两层高的观景台。还设计了可举行家庭聚会和计了可举行家庭聚会和商业会议的玻璃舱包间商业会议的玻璃舱包间及供儿童玩耍的游乐区。及供儿童玩耍的游乐区。现代飞机现代飞机空客空客A380空客空

17、客A380A380是欧洲空中客车是欧洲空中客车工业公司研制生产的世界工业公司研制生产的世界最大的客机。它在最大的客机。它在20052005年年4 4月进行了首航，在月进行了首航，在20072007年年1010月进行了第一次商业月进行了第一次商业飞行。飞行。A380A380在投入服务后，在投入服务后，结束了波音结束了波音747747在市场上在市场上3030年的垄断地位，成为载年的垄断地位，成为载客量最大的民用客机。客量最大的民用客机。20122012年年3 3月，南航第三架月，南航第三架A380A380正式投入运营北京正式投入运营北京- -香港航线。香港航线。空客空客A380机舱内部机舱内部日本

18、未来世界日本未来世界“水上巴士水上巴士” 2012 2012年年1 1月，在日本月，在日本SumidadaSumidada河，由日本松元零河，由日本松元零士设计的水上巴士在水中正士设计的水上巴士在水中正式航行。鲜亮的金属线条以式航行。鲜亮的金属线条以及绿色的玻璃罩外表，使得及绿色的玻璃罩外表，使得这艘水上巴士看起来非常像这艘水上巴士看起来非常像很多科幻大片里面的未来太很多科幻大片里面的未来太空飞船。空飞船。 这艘巴士总吨位这艘巴士总吨位114114吨，全长吨，全长30.530.5米，全宽米，全宽8 8米，可搭载旅客米，可搭载旅客171171名。这名。这或许是未来人们乘坐交通工或许是未来人们乘坐

19、交通工具的又一选择。具的又一选择。“远大湖号远大湖号”油轮油轮 “ “远大湖远大湖”号超级号超级油轮是我国第一艘自行油轮是我国第一艘自行设计的油轮，船舱总容设计的油轮，船舱总容量相当于装载量相当于装载200200万桶万桶原油。续航能力原油。续航能力2 2万多万多海里，可实现一人驾驶海里，可实现一人驾驶操作和无人机舱，在空操作和无人机舱，在空载情况下能抵御载情况下能抵御9 9级大级大风。风。“远大湖远大湖”号超级号超级油轮由南通中远川崎船油轮由南通中远川崎船舶工程有限公司建造，舶工程有限公司建造，20022002年年1212月月2020日投入使日投入使用。用。上海世博会日本馆内机器人上海世博会日

20、本馆内机器人正在讲解的主持人正在讲解的主持人机器人机器人表演小提琴独奏的机器人表演小提琴独奏的机器人纳米蜘蛛机器人纳米蜘蛛机器人20102010年年5 5月，美国哥伦比亚大月，美国哥伦比亚大学的科学家成功研制出一种由学的科学家成功研制出一种由DNADNA分子构成的纳米蜘蛛机器分子构成的纳米蜘蛛机器人，它们能够跟随人，它们能够跟随DNADNA的运行的运行轨迹自由地行走、转向以及停轨迹自由地行走、转向以及停止。这种纳米蜘蛛机器人只有止。这种纳米蜘蛛机器人只有4 4纳米长，比人类头发直径的纳米长，比人类头发直径的十万分之一还小。这一进展的十万分之一还小。这一进展的强大之处在于：一旦被编程，强大之处在

21、于：一旦被编程，纳米蜘蛛机器人就能够自动完纳米蜘蛛机器人就能够自动完成任务。纳米蜘蛛机器人可以成任务。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胞，还可以帮助人们完成外科手术，清理动脉血管垃圾等。手术，清理动脉血管垃圾等。未来未来1010大必要科技发明大必要科技发明 海洋殖民地是理论上人海洋殖民地是理论上人类永久性在海洋类永久性在海洋“居住居住”，可能漂浮在水面上、或固可能漂浮在水面上、或固定在海底以及存在于海底定在海底以及存在于海底与水面之间。与水面之间。 海洋殖民地海洋殖民地的优势包括：扩展人类活的优势包括：扩展人类活动范围和扩大地球资

22、源使动范围和扩大地球资源使用，还可为人类未来的太用，还可为人类未来的太空殖民积累经验。殖民地空殖民积累经验。殖民地可以利用潮汐能量制造电可以利用潮汐能量制造电能输出，为海洋殖民地提能输出，为海洋殖民地提供基础能源。供基础能源。 1 1、海洋殖民地、海洋殖民地大西洋隧道是一种理论上的大西洋隧道是一种理论上的交通通道，它跨越大西洋、交通通道，它跨越大西洋、北美洲和欧洲之间，能够承北美洲和欧洲之间，能够承载火车等类型的交通工具，载火车等类型的交通工具，使用先进的技术，预计交通使用先进的技术，预计交通工具的速度可达到工具的速度可达到500-8000500-8000公里公里/ /小时。这将如何实现小时。

23、这将如何实现呢？计划建造这样的隧道实呢？计划建造这样的隧道实际上目前离设计概念还有很际上目前离设计概念还有很大的差距。主要的碍障是建大的差距。主要的碍障是建造这样隧道的成本，至少需造这样隧道的成本，至少需要要1212万亿美元，以及当前建万亿美元，以及当前建筑材料的限制。筑材料的限制。2 2、大西洋隧道、大西洋隧道地方性地方性Wi-FiWi-Fi的概念是将整个的概念是将整个城市成为一个无线网络访问城市成为一个无线网络访问区，其最终目标是提供全球区，其最终目标是提供全球性无线访问服务。性无线访问服务。 这将如何这将如何实现呢？实际上，此项技术实现呢？实际上，此项技术已在世界的许多城市存在了，已在世

24、界的许多城市存在了，然而却并未成为互联网服务然而却并未成为互联网服务的主流。通常，私人通信公的主流。通常，私人通信公司与当地政府合作建立这样司与当地政府合作建立这样的网络并进行维护。一旦该的网络并进行维护。一旦该网络建成，将使人们的网络网络建成，将使人们的网络服务进入一个新纪元，使人服务进入一个新纪元，使人们的上网更加便利。们的上网更加便利。 3 3、全球地方性、全球地方性Wi-FiWi-Fi 仿生学是指从生物学仿生学是指从生物学向工程学的延伸，也指工向工程学的延伸，也指工程学向生物学的拓展。在程学向生物学的拓展。在医学领域，仿生学意味着医学领域，仿生学意味着通过机械形式更换或增强通过机械形式

25、更换或增强身体器官。在科学技术领身体器官。在科学技术领域，仿生学引用了模拟生域，仿生学引用了模拟生物学适应环境的特殊技术，物学适应环境的特殊技术，比如：船身外壳模拟了海比如：船身外壳模拟了海豚的厚皮肤。豚的厚皮肤。 目前已生目前已生产出许多仿生学装置。医产出许多仿生学装置。医学仿生学设计包括：人造学仿生学设计包括：人造心脏和耳蜗植入。心脏和耳蜗植入。4 4、仿生学、仿生学 反重力器是反重力器是建立一个区建立一个区域使一个物体摆脱重力吸域使一个物体摆脱重力吸引作用。建造反重力器的引作用。建造反重力器的意义在于使一些物体摆脱意义在于使一些物体摆脱重力吸引抵达太空。这将重力吸引抵达太空。这将如何实现

26、呢？从理论上显如何实现呢？从理论上显示反重力是可能实现的。示反重力是可能实现的。简单来讲，数以千计的碰简单来讲，数以千计的碰撞发生在空气中带电离子撞发生在空气中带电离子和中性气体分子之间，导和中性气体分子之间，导致两者之间发生迁移变化。致两者之间发生迁移变化。这将在电极上形成一个反这将在电极上形成一个反方向作用力。方向作用力。5 5、反重力器、反重力器 万能药万能药是可以治愈所是可以治愈所有疾病，并且延长寿命的有疾病，并且延长寿命的药物。它能够治疗癌症、药物。它能够治疗癌症、艾滋病以及任何病毒。这艾滋病以及任何病毒。这将如何实现呢？从理论上将如何实现呢？从理论上讲，基因医疗科学技术讲，基因医疗

27、科学技术( (尤其是遗传基因和环境尤其是遗传基因和环境基因基因) )和免疫系统的逐年和免疫系统的逐年提高和改善对万能药的研提高和改善对万能药的研制带来更多的可信性，很制带来更多的可信性，很可能我们这一代人中能够可能我们这一代人中能够实现万能药的成功研制。实现万能药的成功研制。 6 6、万能药、万能药 能量保护罩是力场形能量保护罩是力场形式，通过偏移或吸收碰撞式，通过偏移或吸收碰撞力量，可用于防护武器的力量，可用于防护武器的攻击或暴风雨等自然力量攻击或暴风雨等自然力量的侵袭。这项科学计划可的侵袭。这项科学计划可适用于地球表面，或是太适用于地球表面，或是太空中保护一个物体。其工空中保护一个物体。其

28、工作原理是吸收或驱散前来作原理是吸收或驱散前来攻击侵袭的能量，延长攻攻击侵袭的能量，延长攻击的时间使攻击力逐渐削击的时间使攻击力逐渐削弱，最终在保护罩的抵制弱，最终在保护罩的抵制下瓦解。下瓦解。7 7、能量保护罩、能量保护罩8 8、太空电梯、太空电梯 科学家提议建造太空科学家提议建造太空电梯意在实现从地球表电梯意在实现从地球表面向太空传输物体。面向太空传输物体。 这将如何实现呢？最通这将如何实现呢？最通常的方法是采用绳索，常的方法是采用绳索，这可以是电缆或绳链，这可以是电缆或绳链，当地球旋转时，在地面当地球旋转时，在地面上的绳索末端可抵消重上的绳索末端可抵消重力惯性，保持绳索处于力惯性，保持绳

29、索处于拉紧状态。人造卫星或拉紧状态。人造卫星或宇宙飞船系在绳索上无宇宙飞船系在绳索上无需使用火箭推进装置即需使用火箭推进装置即可升空。可升空。 9 9、外星环境地球化、外星环境地球化外星环境地球化是指人类对外星环境地球化是指人类对某个潜在适合人类居住的星某个潜在适合人类居住的星体改造，改造成类似地球的体改造，改造成类似地球的大气层、温度、地貌或生态大气层、温度、地貌或生态结构，以适合人类的居住。结构，以适合人类的居住。这将如何实现呢？第一部分这将如何实现呢？第一部分是生态合成性，将地球上的是生态合成性，将地球上的生物转移到被瓦解的外星生生物转移到被瓦解的外星生态环境中，加速生态环境的态环境中，

30、加速生态环境的恢复；第二部分是地形适合恢复；第二部分是地形适合性，在外星球上建造一个可性，在外星球上建造一个可居住的场地，最终无数个这居住的场地，最终无数个这样的生活基地遍布整个星球。样的生活基地遍布整个星球。1010、星际航行、星际航行 星际航行是指有人或无星际航行是指有人或无人驾驶在星际之间旅行。由人驾驶在星际之间旅行。由于距离非常遥远，星际旅行于距离非常遥远，星际旅行要比太阳系间旅行更难以实要比太阳系间旅行更难以实现。这将如何实现呢？目前，现。这将如何实现呢？目前，美国宇航局美国宇航局“突破推进力物突破推进力物理学计划理学计划”明确指出星际旅明确指出星际旅行成为可能必须的两项技术行成为可能必须的两项技术突破：尽可能添加达到最大突破：尽可能添加达到最大推进力速度的方法；新型舰推