简单机械与生活应用
进阶杠杆、滑轮、斜面、轮轴等简单机械能改变力量的大小或方向，令人省力做事。机动式控制简单可靠，电子和气动控制各有优点与局限，应用时要按需要选择。
- 简单机械改变力量的大小或方向，不能创造能量
- 杠杆三要素是支点、负荷、施力，并分为三类
- 定滑轮改变方向，动滑轮省力；斜面、楔、螺旋以距离换力量
文体小知识：科技知识说明文讲解简单机械的原理和应用，配合生活实例，说明工具如何帮人省力做事。
§课文原文 Passage
1搬不动的重物、拧不开的樽盖、推不动的铁闸，人类自古就懂得借助简单机械解决。简单机械是最基本的传力装置，它不能创造能量，却可以改变力量的大小或方向，令工作变得省力。埃及人搬运巨石建金字塔，靠的是斜面和杠杆；在井边利用滑轮打水，也是同样的道理。学懂简单机械，就掌握了大部分工具和机器的原理。
2杠杆是在支点上转动的硬棒，由支点、负荷和施力三个要素组成。施力点离支点越远，抬起同一负荷便越省力，所以开樽盖时用长柄汤匙撬，比用手指容易得多。杠杆可按支点位置分为三类：剪刀是支点在中间的第一类，独轮车是负荷在中间的第二类，镊子是施力在中间的第三类，各适合不同场合。
3滑轮能改变拉力方向或省力：旗杆顶的定滑轮令国旗向下拉向上升；动滑轮随负荷移动，可省一半力。斜面以较长距离换取较小力量，楼梯和斜坡都是斜面；轮轴以大轮带动小轴，门柄和单车脚踏是代表；楔是两个背靠背的斜面，刀和斧头靠它劈开物件；螺旋则是卷起来的斜面，螺丝和樽盖都靠它锁紧。
4简单机械属于机动式控制，结构简单、可靠耐用、无须电源，但力量和精度有限。电子控制和气动控制可以自动化和精确调节，却需要电源或气源，结构和维修也较复杂。日常应用要按需要选择：手动抽水泵简单可靠，自动感应门快捷衞生，巴士气动车门有力安全。举个例子：家中的开罐器是机动式，商场的电动玻璃门则是电子控制，各自发挥所长。
1重点摘要 Summary
杠杆、滑轮、斜面、轮轴等简单机械能改变力量的大小或方向，令人省力做事。机动式控制简单可靠，电子和气动控制各有优点与局限，应用时要按需要选择。
2生字卡 Vocabulary
改变力量大小或方向的基本传力装置。
绕支点转动的硬棒，用来省力或改变力的方向。
杠杆转动时所绕的固定点。
使用者加在机械上的力。
机械要移动或抬起的重量。
带槽轮配合绳索，改变拉力方向或省力的装置。
以较长距离换取较小力量的斜坡。
以大轮带动小轴增大力量的装置。
机械令施力缩小的倍数，即负荷除以施力。
纯靠机件传力和控制的方式。
3逐步讲解 Steps
- 简单机械的意义简单机械是最基本的传力装置，包括杠杆、滑轮、斜面、轮轴、楔和螺旋。它不能创造能量：省了力便要走更长的距离，这是能量守恒的表现。它的价值在于把力量放大或改变方向，令单凭体力做不到的事变得可行。举个例子：搬运工人用木板搭成斜坡把雪柜推上货车，走的路远了，用的力却小得多，这就是斜面的省力原理。
- 杠杆的三个要素杠杆由支点、负荷和施力三个要素组成：支点是杠杆绕著转动的固定点，负荷是要对抗的重量，施力是我们施加的力。施力臂越长、负荷臂越短，便越省力。举个例子：用长柄开瓶器撬汽水盖，长柄是施力臂，瓶盖边是支点，撬起的阻力是负荷；同样道理，园艺剪的长手柄令剪刀轻松剪断粗枝。找到支点和两个力臂，任何杠杆都能分析清楚。
- 三类杠杆按三个要素的排列，杠杆分三类：第一类支点在中间，如剪刀和跷跷板，可省力也可改变方向；第二类负荷在中间，如独轮车和开罐器，必定省力；第三类施力在中间，如镊子和扫把，虽然费力，但换来更快的动作和更大的移动幅度。举个例子：独轮车把泥石放在靠近车轮的位置，正是缩短负荷臂令搬运省力；扫把前手是支点、后手施力，扫得快而广。
- 滑轮与轮轴定滑轮固定在支架上，只改变拉力方向不省力；动滑轮随负荷移动，理论上省一半力；多个滑轮组成滑轮组可以省更多力。轮轴则是大轮配小轴，用力转动大轮，小轴输出更大的扭力。举个例子：升旗时向下拉绳、国旗向上升，用的就是定滑轮；大厦吊运家私的滑轮组省力更多；门柄和螺丝批的手柄都是轮轴，手柄越大越省力，这也是水龙头手柄做得宽大的原因。
- 斜面、楔与螺旋斜面以较长距离换取较小力量，坡度越缓越省力；楔是两个背靠背的斜面，把向下的打击力转为向两侧的分力；螺旋是绕在圆柱上的斜面，旋转多圈换来强大的锁紧力。举个例子：轮椅通道的斜坡做得长而缓，坐轮椅的人才能独力上落；厨师的刀利用楔的原理把食材分开；螺旋式樽盖转几圈便密封不漏，螺旋千斤顶更可以用手举起整辆汽车。
- 省力与机械利益机械利益衡量简单机械省力的程度，等于负荷除以施力。机械利益大于一代表省力，代价通常是施力要移动更长距离；小于一的机械费力，但换来精确和速度。举个例子：动滑轮的机械利益是二，拉绳的距离也要加倍；镊子的机械利益小于一，却能夹起细小的针，做精细工作。设计工具时要在省力和精确之间取得平衡，按工作性质选择合适的机械。
- 控制系统的优点、局限与应用简单机械属机动式控制，优点是结构简单、可靠耐用、成本低、无须电源，局限是力量和精度有限、难以自动化。电子控制精确灵活、可程式化，但需要电源且怕潮湿；气动控制力量大又安全，但需要气源和保养。举个例子：手动抽水泵结构简单，停电也能使用；商场感应门自动开合，方便人流；巴士气动车门夹到人也会自动弹开。按场合选择控制方式，正是系统应用的核心。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
例题：婆婆总是拧不开玻璃樽的金属樽盖，请你设计一个协助开樽盖的小工具，说明它运用了什么简单机械原理。
- 找出困难 → 樽盖拧得太紧，婆婆手握力弱，樽盖又滑又小
- 选用原理 → 加大握柄省力（轮轴），加橡胶增加摩擦，或用杠杆撬松
- 设计工具 → 硬胶制圆形握套，内加防滑橡胶纹，紧套在樽盖上；侧边伸出短柄作杠杆
- 解释原理 → 握套加大等效手柄（轮轴），橡胶防滑，短柄令手掌以更长力臂施力
- 答案：设计一个防滑开樽器：硬胶握套内壁有橡胶防滑纹，紧套在樽盖上，令等效手柄直径比樽盖大数倍，这是轮轴省力原理；握套侧边伸出一个短柄，用手掌轻按柄端，便以杠杆方式先撬松樽盖。两个简单机械合用后，婆婆只需轻力便能开盖。这说明简单机械不必复杂：认清困难在于握力不足和摩擦不够，选对原理，小小工具就能解决日常大问题。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1独轮车属于哪一类杠杆？为什么它省力？
Q2升旗时用的定滑轮有什么作用？
Q3为什么轮椅通道的斜坡要建得又长又缓？
Q4螺旋千斤顶能用手举起汽车，它运用了哪种简单机械？
Q5试各举一个机动式控制和电子控制的日常应用，并说出各自的优点。
8重点回顾 Recap
- 简单机械改变力量的大小或方向，不能创造能量
- 杠杆三要素是支点、负荷、施力，并分为三类
- 定滑轮改变方向，动滑轮省力；斜面、楔、螺旋以距离换力量
- 机械利益衡量省力程度，省力通常要移动更长距离
- 机动式、电子、气动控制各有优点与局限，应按场合选择