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第一單元 工具和機械 1．機械是能使我們 省力 或 方便 的裝置。螺絲刀、釘錘、剪刀這些機械構造很簡單，又叫 簡單機械 。用螺絲刀可以比較方便的把 螺絲釘 從木頭中取出，用羊角錘可以比較方便的把 釘子 從木頭中取出。不同的工具有不同的用途，不同的工具有不同的 科學道理 。 2．像撬棍這樣的簡單機械叫做 杠桿 。杠桿上有三個重要的位置：支撐著杠桿，使杠桿能圍繞著轉動的位置叫 支點 ；在杠桿上用力的位置叫 用力點 ；杠桿克服阻力的位置叫 阻力點 。當用力點到支點的距離大于阻力點到支點的距離時，杠桿 省力 ；當用力點到支點的距離小于阻力點到支點的距離時，杠桿 費力 ；當用力點到支點的距離等于阻力點到支點的距離時，杠桿不省力也不費力 。（也可以這么理解：當動力臂 大于 阻力臂時杠桿省力；當動力臂 小于 阻力臂時杠桿費力；當動力臂 等于 阻力臂時杠桿不省力也不費力。）杠桿尺上有個支點，左右兩邊都有到支點距離的 標記 ，是研究杠桿作用的好工具。使杠桿尺保持平衡的方法是，左邊阻力乘以 阻力臂 等于右邊動力乘以 動力臂 。 3.常用的杠桿類工具中羊角錘、鋼絲鉗、開瓶器等是 省力 杠桿；火鉗、筷子、鑷子、面包夾、魚竿等是 費力 杠桿；如：蹺蹺板、天平桿秤、訂書器等是 不省力也不費力 杠桿。有些杠桿類工具設計成費力的是因為它有使用 方便 的好處（如：鑷子、釣魚竿、面包夾、理發剪等）。“秤砣雖小，能壓千斤”，那是桿秤利用了 杠桿 原理的結果（提繩相當于 支點 ，秤砣相當于 用力點 ，稱重物處相當于 阻力點 ）。開瓶器、面包夾、鑷子它們這些杠桿的支點不在 用力點 和 阻力點 之間。我們身體上的前臂骨像是一根杠桿，肘關節相當于 支點 ，手握物體處相當于 阻力點 ，上臂的肱二頭肌處相當于 用力點 。阿基米德曾說：“只要在宇宙中給我一個支點，我能用一根長長的棍子把地球撬起來。”這里的棍子相當于 杠桿 。 4．像水龍頭這樣，輪子和軸固定在一起轉動的機械，叫做 輪軸 。螺絲刀是根據輪軸原理制造的工具，所以它的刀柄相當于 輪 ，刀桿相當于 軸 。在輪上用力帶動軸運動時 省力 ；在軸上用力帶動輪運動時 費力 。當輪軸的軸不變時，輪越大并且用輪來帶動軸轉動時就越 省力 。當輪軸的輪不變時軸越大并且用軸來帶動輪轉動時就越 不省力 。所以螺絲刀的刀柄總是要比刀桿 粗 一些。當扳手套在螺帽上擰螺絲帽時，就組成了 輪軸 ，這時整個扳手相當于 輪 ，螺帽部分相當于 軸 。生活中我們常用到的輪軸： 轆轤 、 方向盤 、 車把 、 扳手 、 水龍頭 等。 5．像旗桿頂部的滑輪那樣，固定在一個位置轉動而不移動的滑輪叫做 定滑輪 ；定滑輪的作用是可以改變 用力方向 。但使用它不能 省力 。像塔吊的吊鉤上可以隨著重物一起移動的滑輪叫做 動滑輪 ；動滑輪有 省力 的作用。但使用它又不能改變 用力方向 。力的大小可以用 測力計 來測量，力的單位是牛頓，簡稱“牛”，用字母“ N ”表示。 6.把定滑輪和動滑輪組合在一起使用，就構成了 滑輪組 。使用滑輪組既能 省力 ，又能改變 用力方向 。一個定滑輪和一個動滑輪組合在一起成為一個最 簡單 的滑輪組 。在使用過程中，滑輪組的組數越多越 省力 。起重機、吊車、塔吊等都運用了 滑輪組 。 7．像搭在汽車車廂上的木板那樣的簡單機械，叫做 斜面 。使用斜面就能 省力 ，而且斜面的坡度越 平緩 越省力，坡度越 陡 越不省力。生活中應用斜面的地方很多，如 “S”形的 盤上公路 、各種 刀類 、各種 針類 、螺絲釘、帽的 螺紋 ，高架橋的 引橋 等 。螺絲釘的螺紋是 斜面 的變形。同樣粗細的螺絲釘，螺紋越密，旋進木頭時就越 省力 。 研究的問題：斜面的坡度大小對省力多少有影響嗎？ 我的假設： 斜面坡度大小對省力多少有影響。坡度越小越省力，坡度越大越不省力 。 需要改變的條件： 坡度的大小 不改變的條件： 木板的長短、重物、測力計、拉動測力計的速度等 。 實驗方法：（1） 分別搭好三個不同坡度 。 （2） 分別從三個不同坡度上拉動重物，并記錄每次測力計上的讀數。 （3） 比較三次用力的大小，得出結論。 實驗說明： 斜面坡度大小對省力多少有影響。坡度越小越省力，坡度越大越不省力。 8．自行車上運用了 杠桿 （如：剎車、車鈴的按鈕）、 輪軸 （如：把手、腳蹬子）、 斜面 （如：螺絲釘、螺絲帽）等簡單機械的原理。這些簡單機械起到 省力 或 方便 的作用。自行車上齒輪轉動的快慢與齒輪大小的關系是：大齒輪帶動小齒輪轉動時，小齒輪轉動比大齒輪 快 ；小齒輪帶動大齒輪轉動時，大齒輪轉動比小齒輪 慢 。通過觀察，我們發現自行車上的鏈條與兩個齒輪嚙（niè）合，起到 傳遞動力 而使自行車 運動 的作用。 第二第單元 形狀與結構 1．房屋、橋梁結構中有直立的“柱子”和橫放的“橫梁”， 橫梁 比 柱子 容易彎曲和斷裂，所以要提高橫梁的抗彎曲能力。提高材料的抗彎曲能力，我們可以通過增加材料的寬度，還可以增加材料的 厚度 或改變材料的 形狀 。紙的寬度增加， 抗彎曲能力 能力也會增加；紙的 厚度 增加，抗彎曲能力會大大增加。材料越 薄 ，抗彎曲能力越 弱 ；材料越 厚 ，抗彎曲能力越 強 。 研究的問題：紙的厚度與抗彎曲能力的大小有關嗎？ 我的假設：紙的厚度與抗彎曲能力的大小有關 ，紙越厚抗彎曲能力越強，紙越薄抗彎曲能力越弱。 實驗材料： 20本書、同樣大小的紙10張，墊圈若干 要變的量： 紙的厚度 不變的量： 兩疊書的距離、放墊圈的力度、紙梁的彎曲程度等。 實驗步驟：⑴分別用兩張紙和四張紙粘合在一起 ⑵ 分別用一張紙、兩張厚度和四張厚度的紙作紙梁進行抗彎曲能力實驗，分別記錄承受墊圈的數量。 ⑶ 進行比較分析 ，得出結論 實驗說明：紙的厚度與抗彎曲能力的大小有關 ，紙越厚抗彎曲能力越強，紙越薄抗彎曲能力越弱。 2.把薄板形材料彎折成V、L、U、T、W或“工”字等形狀，雖然減少了材料的 寬度 ，但卻增加了材料的 厚度 ，增加厚度是能夠 大大 增強材料的抗彎曲能力的。從橫切面看，一般情況下橫梁是 立 著放的，因為橫梁這樣放雖然減少材料 寬度 ，但增加了材料的 厚度 ，也大大增強了橫梁的抗彎曲能力。瓦楞紙板的結構能使柔軟的紙變堅硬,是因為瓦楞紙中間的結構是 W 形。還有，瓦楞紙它不只是單純地把紙彎折，也不是單純地平粘來增加厚度，而是又 折 又 黏合 ，使它們結合得更緊密。 研究的問題：紙的形狀與抗彎曲能力的大小有關嗎？ 我的假設： 紙的形狀與抗彎曲能力的大小有關。紙的形狀不同，抗彎曲能力也不同。 實驗材料： 20本書、同樣大小的紙10張，墊圈若干 要變的量： 紙的形狀 不變的量： 兩疊書的距離、放墊圈的力度、紙梁的彎曲程度等。 實驗步驟：⑴ 分別把紙折成W、L、U、口字形 ⑵ 先用一張未折的紙作紙梁進行實驗，記錄承受墊圈的數量；再分別用不同形狀的紙作紙梁進行實驗，分別記錄承受墊圈的實力。 ⑶ 進行比較分析 ，得出結論 實驗說明： 紙的形狀與抗彎曲能力的大小有關。紙的形狀不同，抗彎曲能力也不同。 3．拱形承載重量時，能把壓力向 下 和向 外 傳遞給相鄰的部分，拱形各部分相互 擠壓 結合得更加緊密。拱形受壓會產生一個向外 推 的力，抵住了這個力，拱就能承載 很大 的重量。抵住拱足，能使拱的 形狀 保持不變，拱就能承載 更大 的重量。 4．圓頂形可以看成 拱形 的組合，它有拱形承載壓力大的優點，而且不產生向外的 推力 。球形在 各個 方向上都可以看成拱形，這使得它比任何形狀都要 堅固 。塑料瓶的上部、底部為近似于 圓頂 形，中部為圓柱形。最厚最硬的地方在瓶口，最薄最軟的地方在 瓶身 。 人體的結構非常巧妙。頭骨近似于 球形 ，可以很好的保護 大腦 ；拱形的肋骨護衛著 胸腔 中內臟；人的足骨構成一個拱形——足弓，它可以更好的承載人體的 重量 。 生活中的拱形有： 拱橋 、 拱門 、 足弓 、 窯洞 、 肋骨 等；圓頂形有： 頭盔 、 貝殼 、 龜殼 等；球形： 乒乓球 、 頭骨 、 蛋殼 等。 同樣多的材料，做成空心的管狀比做成實心的棒狀要粗得多，而且 各個 方向的抗彎曲能力都 相同，即重量輕、強度高。管狀的手臂骨、腿骨，植物的桿、莖，鋼管等都是應用了這個原理。空心管不但 抗彎曲 能力強，而且中間還可以輸送 氣體 和 液體 。 5．像鐵塔這樣骨架式的構造叫做 框架 結構。 三角形 框架的穩定性最好，不容易變形。 三角形 、 四邊形 是框架結構的最基本的形狀。框架結構的優點是：能用較少的 材料 建構巨大的物體，支撐出巨大的 空間 。框架中的斜桿有的起到 拉住 的作用，有的起到 推（支撐） 的作用。 6.建高塔不但要做到 結實不變形 ，還要保持 直立不倒 。框架鐵塔結構特點：① 上輕下重 ② 上小下大③空氣阻力小等。 7．橋面在拱下方的拱橋，橋板 拉住 拱足，抵消拱向外的 推力 ，減少了橋墩的負擔。橋面也比較 低 而且 平坦 ，方便通行。橋面在拱上方的橋，橋下 空間 高，便于 船只 的通行。鋼纜能承受巨大的拉力，人們用它們建造的 鋼索橋 ，大大增加了橋的 跨越 能力。鋼索橋由 鋼纜 、 橋塔 、 橋面 組成。 鋼纜 是 橋承重的主要構件， 橋塔 是支承鋼纜的主要構件。橋塔修得高，是為了降低鋼纜的 拉力 。 橋梁最基本的四大類型是： 梁 橋、 拱 橋、 拉索 橋、 浮 橋。 8．用紙設計橋需考慮的問題：①紙這種材料的 特性 ；②紙的承受力有什么特點；③選擇 形狀 和結構。④用什么方法增強紙的 抗彎曲 能力。評價一座橋好壞的指標：①是否 堅固 ；②是否 節省 材料；③是否 美觀 。 |
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