王進(jìn)

簡(jiǎn)單機(jī)械概念較為抽象，理解上容易發(fā)生錯(cuò)誤.下面對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械概念中易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要辨析.

一、使用杠桿時(shí)省距離與費(fèi)距離

在講杠桿分類時(shí)，杠桿分為三類：省力杠桿、費(fèi)力杠桿、等臂杠桿.由于教師的解釋不夠，有些學(xué)生誤認(rèn)為省力杠桿的費(fèi)距離是指動(dòng)力臂比阻力臂長(zhǎng)，省或費(fèi)的是兩力臂的差距.其實(shí)不然，實(shí)際是指動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離與阻力作用點(diǎn)距離的比較.省距離是動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離比阻力作用點(diǎn)距離小，費(fèi)距離是動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離比阻力作用點(diǎn)距離大.

阿基米德說(shuō)過(guò)一句豪言壯語(yǔ)：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起地球！”學(xué)習(xí)了杠桿的平衡，知道杠桿的平衡條件是：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂.只要?jiǎng)恿Ρ圩銐蜷L(zhǎng)，那么動(dòng)力就能夠絕對(duì)小.利用這樣一個(gè)杠桿，有可能把地球舉起來(lái).其實(shí)，這是不可能做到的.因?yàn)檫@樣一個(gè)省力杠桿使用起來(lái)一定費(fèi)距離.我們先且不說(shuō)這么長(zhǎng)的杠桿能不能找到，也不說(shuō)這樣的支點(diǎn)能不能找到.就當(dāng)這些東西都存在，都可能被我們利用吧.那么，對(duì)于撬起地球這一壯舉，我們可以做一個(gè)定量的分析.地球的質(zhì)量大約有6×1024kg，也就是6×1025N.假設(shè)我們可以用600N（相當(dāng)一個(gè)成年人的體重）的力就能將地球撬起，那么根據(jù)杠桿的平衡條件可知，我們所用杠桿的動(dòng)力臂必須是阻力臂的1023倍.我們省了1023倍的力，動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)距離就是阻力作用點(diǎn)移動(dòng)距離的1023倍.假設(shè)我們把地球只是撬起1cm，那么杠桿另一端，動(dòng)力的作用點(diǎn)就必須移動(dòng)1021m，移動(dòng)如此巨大的距離別說(shuō)是辦不到，就算能夠辦到，如果按我們移動(dòng)的速度是1m/s來(lái)計(jì)算，移動(dòng)1021m的距離，我們需要1021s，大約是30萬(wàn)億年.即使我們移動(dòng)的速度能夠達(dá)到光速那么快，要想移動(dòng)如此巨大的距離也得90萬(wàn)年，試想誰(shuí)能長(zhǎng)壽到這個(gè)時(shí)間呢？我們可以肯定地說(shuō)，撬起地球是不可能的.

二、支點(diǎn)的概念例析

課堂中經(jīng)常將指甲刀作為杠桿的典型例題.生活中的指甲刀有幾個(gè)杠桿組成的呢？如圖1，指甲刀由ABC、OBD及立柱CE組成，刀口D處是工作部分.由構(gòu)造知，它是由三個(gè)杠桿組成.從下往上，OED為一個(gè)杠桿，OBD為第二個(gè)杠桿，ABC為第三個(gè)杠桿.OED為第三個(gè)杠桿，當(dāng)B點(diǎn)將OBD下壓時(shí)，立柱CE將E點(diǎn)上提，指甲在D點(diǎn)向下施力，所以此杠桿動(dòng)力作用點(diǎn)是E，阻力作用點(diǎn)是D，支點(diǎn)是O，這個(gè)杠桿動(dòng)力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿.OBD為第二個(gè)杠桿，當(dāng)手向下按A點(diǎn)時(shí)，B點(diǎn)將OBD下壓，使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)指甲在D點(diǎn)向上施力，阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)，所以此杠桿的動(dòng)力作用點(diǎn)是B，動(dòng)力的方向向下，阻力作用點(diǎn)是D，阻力方向向上，支點(diǎn)為O，此杠桿動(dòng)力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿.其中第三杠桿是省力杠桿，但在分析時(shí)最易出錯(cuò)是支點(diǎn).有的教師認(rèn)為支點(diǎn)為B，其實(shí)仔細(xì)分析，ABC杠桿在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，B點(diǎn)往下壓刀片，B點(diǎn)是往下移動(dòng)的，指甲刀上的C點(diǎn)固定在CE鐵柱上，是不動(dòng)的，所以C點(diǎn)才是支點(diǎn).

三、用滑輪組提重物時(shí)，繩子沿豎直方向拉的

理由

例如，在做“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師不斷提醒學(xué)生記住：用滑輪組拉著重物時(shí)，繩子必須沿豎直方向拉，但從不解釋為什么要這樣.其實(shí)，沿豎直方向拉，有兩個(gè)理由：一個(gè)是便于測(cè)量繩子移動(dòng)的距離，被提物體是在豎直方向上上升的，如繩子也沿豎直方向拉，用一把直尺測(cè)量就夠了;另一個(gè)原因是豎直方向上拉時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率是最高的.因?yàn)檠刎Q直方向拉，拉力最小，總功最小，在有用功不變時(shí)，機(jī)械效率是最大的.

四、“多次”在實(shí)驗(yàn)中的作用

在做有關(guān)簡(jiǎn)單機(jī)械的實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)一個(gè)實(shí)驗(yàn)需要重復(fù)多次，目的是為了減小實(shí)驗(yàn)誤差或避免實(shí)驗(yàn)結(jié)論的偶然性.

在研究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)步驟是：a.把杠桿的中點(diǎn)支在支架上;b.把鉤碼掛在杠桿的兩邊，改變鉤碼的位置使杠桿水平平衡;c.記下兩邊的鉤碼的重，用尺量出它們的力臂，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);d.改變力和力臂數(shù)值，做三次實(shí)驗(yàn);e.求出各次實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力乘以動(dòng)力臂和阻力乘以阻力臂數(shù)值.這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有“改變力和力臂數(shù)值，做三次實(shí)驗(yàn)”.這里的多次實(shí)驗(yàn)的目的是，尋找出杠桿平衡的條件的規(guī)律，避免實(shí)驗(yàn)結(jié)論的偶然性.