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第一单元 工具和机械 1．机械是能使我们 省力 或 方便 的装置。螺丝刀、钉锤、剪刀这些机械构造很简单，又叫 简单机械 。用螺丝刀可以比较方便的把 螺丝钉 从木头中取出，用羊角锤可以比较方便的把 钉子 从木头中取出。不同的工具有不同的用途，不同的工具有不同的 科学道理 。 2．像撬棍这样的简单机械叫做 杠杆 。杠杆上有三个重要的位置：支撑着杠杆，使杠杆能围绕着转动的位置叫 支点 ；在杠杆上用力的位置叫 用力点 ；杠杆克服阻力的位置叫 阻力点 。当用力点到支点的距离大于阻力点到支点的距离时，杠杆 省力 ；当用力点到支点的距离小于阻力点到支点的距离时，杠杆 费力 ；当用力点到支点的距离等于阻力点到支点的距离时，杠杆不省力也不费力 。（也可以这么理解：当动力臂 大于 阻力臂时杠杆省力；当动力臂 小于 阻力臂时杠杆费力；当动力臂 等于 阻力臂时杠杆不省力也不费力。）杠杆尺上有个支点，左右两边都有到支点距离的 标记 ，是研究杠杆作用的好工具。使杠杆尺保持平衡的方法是，左边阻力乘以 阻力臂 等于右边动力乘以 动力臂 。 3.常用的杠杆类工具中羊角锤、钢丝钳、开瓶器等是 省力 杠杆；火钳、筷子、镊子、面包夹、鱼竿等是 费力 杠杆；如：跷跷板、天平杆秤、订书器等是 不省力也不费力 杠杆。有些杠杆类工具设计成费力的是因为它有使用 方便 的好处（如：镊子、钓鱼竿、面包夹、理发剪等）。“秤砣虽小，能压千斤”，那是杆秤利用了 杠杆 原理的结果（提绳相当于 支点 ，秤砣相当于 用力点 ，称重物处相当于 阻力点 ）。开瓶器、面包夹、镊子它们这些杠杆的支点不在 用力点 和 阻力点 之间。我们身体上的前臂骨像是一根杠杆，肘关节相当于 支点 ，手握物体处相当于 阻力点 ，上臂的肱二头肌处相当于 用力点 。阿基米德曾说：“只要在宇宙中给我一个支点，我能用一根长长的棍子把地球撬起来。”这里的棍子相当于 杠杆 。 4．像水龙头这样，轮子和轴固定在一起转动的机械，叫做 轮轴 。螺丝刀是根据轮轴原理制造的工具，所以它的刀柄相当于 轮 ，刀杆相当于 轴 。在轮上用力带动轴运动时 省力 ；在轴上用力带动轮运动时 费力 。当轮轴的轴不变时，轮越大并且用轮来带动轴转动时就越 省力 。当轮轴的轮不变时轴越大并且用轴来带动轮转动时就越 不省力 。所以螺丝刀的刀柄总是要比刀杆 粗 一些。当扳手套在螺帽上拧螺丝帽时，就组成了 轮轴 ，这时整个扳手相当于 轮 ，螺帽部分相当于 轴 。生活中我们常用到的轮轴： 辘轳 、 方向盘 、 车把 、 扳手 、 水龙头 等。 5．像旗杆顶部的滑轮那样，固定在一个位置转动而不移动的滑轮叫做 定滑轮 ；定滑轮的作用是可以改变 用力方向 。但使用它不能 省力 。像塔吊的吊钩上可以随着重物一起移动的滑轮叫做 动滑轮 ；动滑轮有 省力 的作用。但使用它又不能改变 用力方向 。力的大小可以用 测力计 来测量，力的单位是牛顿，简称“牛”，用字母“ N ”表示。 6.把定滑轮和动滑轮组合在一起使用，就构成了 滑轮组 。使用滑轮组既能 省力 ，又能改变 用力方向 。一个定滑轮和一个动滑轮组合在一起成为一个最 简单 的滑轮组 。在使用过程中，滑轮组的组数越多越 省力 。起重机、吊车、塔吊等都运用了 滑轮组 。 7．像搭在汽车车厢上的木板那样的简单机械，叫做 斜面 。使用斜面就能 省力 ，而且斜面的坡度越 平缓 越省力，坡度越 陡 越不省力。生活中应用斜面的地方很多，如 “S”形的 盘上公路 、各种 刀类 、各种 针类 、螺丝钉、帽的 螺纹 ，高架桥的 引桥 等 。螺丝钉的螺纹是 斜面 的变形。同样粗细的螺丝钉，螺纹越密，旋进木头时就越 省力 。 研究的问题：斜面的坡度大小对省力多少有影响吗？ 我的假设： 斜面坡度大小对省力多少有影响。坡度越小越省力，坡度越大越不省力 。 需要改变的条件： 坡度的大小 不改变的条件： 木板的长短、重物、测力计、拉动测力计的速度等 。 实验方法：（1） 分别搭好三个不同坡度 。 （2） 分别从三个不同坡度上拉动重物，并记录每次测力计上的读数。 （3） 比较三次用力的大小，得出结论。 实验说明： 斜面坡度大小对省力多少有影响。坡度越小越省力，坡度越大越不省力。 8．自行车上运用了 杠杆 （如：刹车、车铃的按钮）、 轮轴 （如：把手、脚蹬子）、 斜面 （如：螺丝钉、螺丝帽）等简单机械的原理。这些简单机械起到 省力 或 方便 的作用。自行车上齿轮转动的快慢与齿轮大小的关系是：大齿轮带动小齿轮转动时，小齿轮转动比大齿轮 快 ；小齿轮带动大齿轮转动时，大齿轮转动比小齿轮 慢 。通过观察，我们发现自行车上的链条与两个齿轮啮（niè）合，起到 传递动力 而使自行车 运动 的作用。 第二第单元 形状与结构 1．房屋、桥梁结构中有直立的“柱子”和横放的“横梁”， 横梁 比 柱子 容易弯曲和断裂，所以要提高横梁的抗弯曲能力。提高材料的抗弯曲能力，我们可以通过增加材料的宽度，还可以增加材料的 厚度 或改变材料的 形状 。纸的宽度增加， 抗弯曲能力 能力也会增加；纸的 厚度 增加，抗弯曲能力会大大增加。材料越 薄 ，抗弯曲能力越 弱 ；材料越 厚 ，抗弯曲能力越 强 。 研究的问题：纸的厚度与抗弯曲能力的大小有关吗？ 我的假设：纸的厚度与抗弯曲能力的大小有关 ，纸越厚抗弯曲能力越强，纸越薄抗弯曲能力越弱。 实验材料： 20本书、同样大小的纸10张，垫圈若干 要变的量： 纸的厚度 不变的量： 两叠书的距离、放垫圈的力度、纸梁的弯曲程度等。 实验步骤：⑴分别用两张纸和四张纸粘合在一起 ⑵ 分别用一张纸、两张厚度和四张厚度的纸作纸梁进行抗弯曲能力实验，分别记录承受垫圈的数量。 ⑶ 进行比较分析 ，得出结论 实验说明：纸的厚度与抗弯曲能力的大小有关 ，纸越厚抗弯曲能力越强，纸越薄抗弯曲能力越弱。 2.把薄板形材料弯折成V、L、U、T、W或“工”字等形状，虽然减少了材料的 宽度 ，但却增加了材料的 厚度 ，增加厚度是能够 大大 增强材料的抗弯曲能力的。从横切面看，一般情况下横梁是 立 着放的，因为横梁这样放虽然减少材料 宽度 ，但增加了材料的 厚度 ，也大大增强了横梁的抗弯曲能力。瓦楞纸板的结构能使柔软的纸变坚硬,是因为瓦楞纸中间的结构是 W 形。还有，瓦楞纸它不只是单纯地把纸弯折，也不是单纯地平粘来增加厚度，而是又 折 又 黏合 ，使它们结合得更紧密。 研究的问题：纸的形状与抗弯曲能力的大小有关吗？ 我的假设： 纸的形状与抗弯曲能力的大小有关。纸的形状不同，抗弯曲能力也不同。 实验材料： 20本书、同样大小的纸10张，垫圈若干 要变的量： 纸的形状 不变的量： 两叠书的距离、放垫圈的力度、纸梁的弯曲程度等。 实验步骤：⑴ 分别把纸折成W、L、U、口字形 ⑵ 先用一张未折的纸作纸梁进行实验，记录承受垫圈的数量；再分别用不同形状的纸作纸梁进行实验，分别记录承受垫圈的实力。 ⑶ 进行比较分析 ，得出结论 实验说明： 纸的形状与抗弯曲能力的大小有关。纸的形状不同，抗弯曲能力也不同。 3．拱形承载重量时，能把压力向 下 和向 外 传递给相邻的部分，拱形各部分相互 挤压 结合得更加紧密。拱形受压会产生一个向外 推 的力，抵住了这个力，拱就能承载 很大 的重量。抵住拱足，能使拱的 形状 保持不变，拱就能承载 更大 的重量。 4．圆顶形可以看成 拱形 的组合，它有拱形承载压力大的优点，而且不产生向外的 推力 。球形在 各个 方向上都可以看成拱形，这使得它比任何形状都要 坚固 。塑料瓶的上部、底部为近似于 圆顶 形，中部为圆柱形。最厚最硬的地方在瓶口，最薄最软的地方在 瓶身 。 人体的结构非常巧妙。头骨近似于 球形 ，可以很好的保护 大脑 ；拱形的肋骨护卫着 胸腔 中内脏；人的足骨构成一个拱形——足弓，它可以更好的承载人体的 重量 。 生活中的拱形有： 拱桥 、 拱门 、 足弓 、 窑洞 、 肋骨 等；圆顶形有： 头盔 、 贝壳 、 龟壳 等；球形： 乒乓球 、 头骨 、 蛋壳 等。 同样多的材料，做成空心的管状比做成实心的棒状要粗得多，而且 各个 方向的抗弯曲能力都 相同，即重量轻、强度高。管状的手臂骨、腿骨，植物的杆、茎，钢管等都是应用了这个原理。空心管不但 抗弯曲 能力强，而且中间还可以输送 气体 和 液体 。 5．像铁塔这样骨架式的构造叫做 框架 结构。 三角形 框架的稳定性最好，不容易变形。 三角形 、 四边形 是框架结构的最基本的形状。框架结构的优点是：能用较少的 材料 建构巨大的物体，支撑出巨大的 空间 。框架中的斜杆有的起到 拉住 的作用，有的起到 推（支撑） 的作用。 6.建高塔不但要做到 结实不变形 ，还要保持 直立不倒 。框架铁塔结构特点：① 上轻下重 ② 上小下大③空气阻力小等。 7．桥面在拱下方的拱桥，桥板 拉住 拱足，抵消拱向外的 推力 ，减少了桥墩的负担。桥面也比较 低 而且 平坦 ，方便通行。桥面在拱上方的桥，桥下 空间 高，便于 船只 的通行。钢缆能承受巨大的拉力，人们用它们建造的 钢索桥 ，大大增加了桥的 跨越 能力。钢索桥由 钢缆 、 桥塔 、 桥面 组成。 钢缆 是 桥承重的主要构件， 桥塔 是支承钢缆的主要构件。桥塔修得高，是为了降低钢缆的 拉力 。 桥梁最基本的四大类型是： 梁 桥、 拱 桥、 拉索 桥、 浮 桥。 8．用纸设计桥需考虑的问题：①纸这种材料的 特性 ；②纸的承受力有什么特点；③选择 形状 和结构。④用什么方法增强纸的 抗弯曲 能力。评价一座桥好坏的指标：①是否 坚固 ；②是否 节省 材料；③是否 美观 。 |
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