基础篇 · 第06-07课

简单机械与功

用小力撬动大世界——探索简单机械的奇妙世界

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🛞

🔧一、简单机械

什么是简单机械?

简单机械是人类最早使用的工具,它们能够帮助我们省力改变力的方向。最常见的简单机械有六种:杠杆、滑轮、斜面、轮轴、楔和螺丝。

杠杆——以小撬大

杠杆是在力的作用下能绕固定点(支点)转动的硬棒。根据支点、动力点和阻力点的位置不同,杠杆分为三类:

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省力杠杆

动力臂 > 阻力臂
省力但费距离
例:开瓶器、钢丝钳

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费力杠杆

动力臂 < 阻力臂
费力但省距离
例:钓鱼竿、镊子

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等臂杠杆

动力臂 = 阻力臂
不省力也不费力
例:天平

F₁ × L₁ = F₂ × L₂
杠杆平衡条件:动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂

滑轮——升降的秘密

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定滑轮

固定不动的滑轮
不省力,但可改变力的方向

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动滑轮

随物体一起移动
省一半力,但费一倍距离

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滑轮组

定滑轮+动滑轮组合
既省力又可改变方向

斜面——省力的坡道

斜面是一种省力的简单机械。将物体沿斜面推上去,比直接提升到同样高度要省力,但需要走更长的距离。

盘山公路
螺丝钉(螺旋是斜面的变形)
斧头(楔是斜面的应用)
斜坡装卸货物

核心原理:使用任何机械都不省功!省力必然费距离,省距离必然费力。

二、功

什么是功?

当一个力作用在物体上,并使物体在力的方向上移动了一段距离,这个力就对物体做了功。做功必须同时满足两个条件:

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有力作用在物体上

必须有外力作用

📏

在力的方向上移动了距离

必须有位移且与力同向

W = F × s
功 = 力 × 在力的方向上移动的距离
单位:焦耳(J),1 J = 1 N·m

什么时候力不做功?

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有力无距离

用力推墙但墙不动
(劳而无功)

🚫

有距离无力

足球离脚后继续滚动
(不劳无功)

🚫

力与距离垂直

手提水桶水平行走
(垂而不功)

功率——做功的快慢

功率表示做功的快慢程度。功率越大,做功越快。

P = W / t
功率 = 功 ÷ 时间
单位:瓦特(W),1 W = 1 J/s

生活实例:爬同样一层楼,跑步比走路做功更快(功率更大);同一物体提升相同高度,起重机比人力功率大得多。

🎮三、互动演示

⚖️ 杠杆模拟器

拖动滑块改变力和力臂,观察杠杆平衡

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🪨
左侧力 F₁ (N)3
左侧力臂 L₁ (cm)4
右侧力 F₂ (N)6
右侧力臂 L₂ (cm)2

F₁×L₁ = 12,F₂×L₂ = 12 → 杠杆平衡!

⬆️ 功的计算器

输入力和距离,计算功的大小

力 F (N)10
距离 s (m)5
W = 50 J
功 = 力 × 距离
➡️

🛞 斜面效率体验

比较直接提升和使用斜面的用力大小

物体重力 G (N)100
斜面高度 h (m)1
斜面长度 L (m)2
直接提:100 N
竖直提升所需力
斜面推:50 N
沿斜面推力(理想情况)

斜面越长越省力,但需走更远距离

📝四、互动练习

🎯 检验你的学习成果

01使用简单机械可以( )
A省功
B省力或改变力的方向
C省功的同时省力
D既省力又省距离
02下列工具中,属于省力杠杆的是( )
A开瓶器
B钓鱼竿
C镊子
D筷子
03用 20N 的力把物体匀速提升 2m,所做的功是( )
A10 J
B40 J
C20 J
D80 J
04下列关于功率的说法正确的是( )
A功率大说明做的功多
B功率小说明做功少
C功率大说明做功快
D功率与做功和时间都无关
05用动滑轮提起重物时,下列说法正确的是( )
A可以省一半距离
B可以省一半力
C可以改变力的方向
D可以省功
0/5
答对题数

📌 本节知识小结