簡單機械與生活應用
進階槓桿、滑輪、斜面、輪軸等簡單機械能改變力量的大小或方向，令人省力做事。機動式控制簡單可靠，電子和氣動控制各有優點與局限，應用時要按需要選擇。
- 簡單機械改變力量的大小或方向，不能創造能量
- 槓桿三要素是支點、負荷、施力，並分為三類
- 定滑輪改變方向，動滑輪省力；斜面、楔、螺旋以距離換力量
文體小知識：科技知識說明文講解簡單機械的原理和應用，配合生活實例，說明工具如何幫人省力做事。
§課文原文 Passage
1搬不動的重物、擰不開的樽蓋、推不動的鐵閘，人類自古就懂得藉助簡單機械解決。簡單機械是最基本的傳力裝置，它不能創造能量，卻可以改變力量的大小或方向，令工作變得省力。埃及人搬運巨石建金字塔，靠的是斜面和槓桿；在井邊利用滑輪打水，也是同樣的道理。學懂簡單機械，就掌握了大部分工具和機器的原理。
2槓桿是在支點上轉動的硬棒，由支點、負荷和施力三個要素組成。施力點離支點越遠，抬起同一負荷便越省力，所以開樽蓋時用長柄湯匙撬，比用手指容易得多。槓桿可按支點位置分為三類：剪刀是支點在中間的第一類，獨輪車是負荷在中間的第二類，鑷子是施力在中間的第三類，各適合不同場合。
3滑輪能改變拉力方向或省力：旗桿頂的定滑輪令國旗向下拉向上升；動滑輪隨負荷移動，可省一半力。斜面以較長距離換取較小力量，樓梯和斜坡都是斜面；輪軸以大輪帶動小軸，門柄和單車腳踏是代表；楔是兩個背靠背的斜面，刀和斧頭靠它劈開物件；螺旋則是捲起來的斜面，螺絲和樽蓋都靠它鎖緊。
4簡單機械屬於機動式控制，結構簡單、可靠耐用、無須電源，但力量和精度有限。電子控制和氣動控制可以自動化和精確調節，卻需要電源或氣源，結構和維修也較複雜。日常應用要按需要選擇：手動抽水泵簡單可靠，自動感應門快捷衞生，巴士氣動車門有力安全。舉個例子：家中的開罐器是機動式，商場的電動玻璃門則是電子控制，各自發揮所長。
1重點摘要 Summary
槓桿、滑輪、斜面、輪軸等簡單機械能改變力量的大小或方向，令人省力做事。機動式控制簡單可靠，電子和氣動控制各有優點與局限，應用時要按需要選擇。
2生字卡 Vocabulary
改變力量大小或方向的基本傳力裝置。
繞支點轉動的硬棒，用來省力或改變力的方向。
槓桿轉動時所繞的固定點。
使用者加在機械上的力。
機械要移動或抬起的重量。
帶槽輪配合繩索，改變拉力方向或省力的裝置。
以較長距離換取較小力量的斜坡。
以大輪帶動小軸增大力量的裝置。
機械令施力縮小的倍數，即負荷除以施力。
純靠機件傳力和控制的方式。
3逐步講解 Steps
- 簡單機械的意義簡單機械是最基本的傳力裝置，包括槓桿、滑輪、斜面、輪軸、楔和螺旋。它不能創造能量：省了力便要走更長的距離，這是能量守恆的表現。它的價值在於把力量放大或改變方向，令單憑體力做不到的事變得可行。舉個例子：搬運工人用木板搭成斜坡把雪櫃推上貨車，走的路遠了，用的力卻小得多，這就是斜面的省力原理。
- 槓桿的三個要素槓桿由支點、負荷和施力三個要素組成：支點是槓桿繞著轉動的固定點，負荷是要對抗的重量，施力是我們施加的力。施力臂越長、負荷臂越短，便越省力。舉個例子：用長柄開瓶器撬汽水蓋，長柄是施力臂，瓶蓋邊是支點，撬起的阻力是負荷；同樣道理，園藝剪的長手柄令剪刀輕鬆剪斷粗枝。找到支點和兩個力臂，任何槓桿都能分析清楚。
- 三類槓桿按三個要素的排列，槓桿分三類：第一類支點在中間，如剪刀和蹺蹺板，可省力也可改變方向；第二類負荷在中間，如獨輪車和開罐器，必定省力；第三類施力在中間，如鑷子和掃把，雖然費力，但換來更快的動作和更大的移動幅度。舉個例子：獨輪車把泥石放在靠近車輪的位置，正是縮短負荷臂令搬運省力；掃把前手是支點、後手施力，掃得快而廣。
- 滑輪與輪軸定滑輪固定在支架上，只改變拉力方向不省力；動滑輪隨負荷移動，理論上省一半力；多個滑輪組成滑輪組可以省更多力。輪軸則是大輪配小軸，用力轉動大輪，小軸輸出更大的扭力。舉個例子：升旗時向下拉繩、國旗向上升，用的就是定滑輪；大廈吊運傢俬的滑輪組省力更多；門柄和螺絲批的手柄都是輪軸，手柄越大越省力，這也是水龍頭手柄做得寬大的原因。
- 斜面、楔與螺旋斜面以較長距離換取較小力量，坡度越緩越省力；楔是兩個背靠背的斜面，把向下的打擊力轉為向兩側的分力；螺旋是繞在圓柱上的斜面，旋轉多圈換來強大的鎖緊力。舉個例子：輪椅通道的斜坡做得長而緩，坐輪椅的人才能獨力上落；廚師的刀利用楔的原理把食材分開；螺旋式樽蓋轉幾圈便密封不漏，螺旋千斤頂更可以用手舉起整輛汽車。
- 省力與機械利益機械利益衡量簡單機械省力的程度，等於負荷除以施力。機械利益大於一代表省力，代價通常是施力要移動更長距離；小於一的機械費力，但換來精確和速度。舉個例子：動滑輪的機械利益是二，拉繩的距離也要加倍；鑷子的機械利益小於一，卻能夾起細小的針，做精細工作。設計工具時要在省力和精確之間取得平衡，按工作性質選擇合適的機械。
- 控制系統的優點、局限與應用簡單機械屬機動式控制，優點是結構簡單、可靠耐用、成本低、無須電源，局限是力量和精度有限、難以自動化。電子控制精確靈活、可程式化，但需要電源且怕潮濕；氣動控制力量大又安全，但需要氣源和保養。舉個例子：手動抽水泵結構簡單，停電也能使用；商場感應門自動開合，方便人流；巴士氣動車門夾到人也會自動彈開。按場合選擇控制方式，正是系統應用的核心。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：婆婆總是擰不開玻璃樽的金屬樽蓋，請你設計一個協助開樽蓋的小工具，說明它運用了什麼簡單機械原理。
- 找出困難 → 樽蓋擰得太緊，婆婆手握力弱，樽蓋又滑又小
- 選用原理 → 加大握柄省力（輪軸），加橡膠增加摩擦，或用槓桿撬鬆
- 設計工具 → 硬膠製圓形握套，內加防滑橡膠紋，緊套在樽蓋上；側邊伸出短柄作槓桿
- 解釋原理 → 握套加大等效手柄（輪軸），橡膠防滑，短柄令手掌以更長力臂施力
- 答案：設計一個防滑開樽器：硬膠握套內壁有橡膠防滑紋，緊套在樽蓋上，令等效手柄直徑比樽蓋大數倍，這是輪軸省力原理；握套側邊伸出一個短柄，用手掌輕按柄端，便以槓桿方式先撬鬆樽蓋。兩個簡單機械合用後，婆婆只需輕力便能開蓋。這說明簡單機械不必複雜：認清困難在於握力不足和摩擦不夠，選對原理，小小工具就能解決日常大問題。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1獨輪車屬於哪一類槓桿？為什麼它省力？
Q2升旗時用的定滑輪有什麼作用？
Q3為什麼輪椅通道的斜坡要建得又長又緩？
Q4螺旋千斤頂能用手舉起汽車，它運用了哪種簡單機械？
Q5試各舉一個機動式控制和電子控制的日常應用，並說出各自的優點。
8重點回顧 Recap
- 簡單機械改變力量的大小或方向，不能創造能量
- 槓桿三要素是支點、負荷、施力，並分為三類
- 定滑輪改變方向，動滑輪省力；斜面、楔、螺旋以距離換力量
- 機械利益衡量省力程度，省力通常要移動更長距離
- 機動式、電子、氣動控制各有優點與局限，應按場合選擇