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簡單的機械
- 2. 簡單機械—認識槓桿 阿基米德從 石頭用的 棍，發現借助槓桿可以撬 撬 達到省力的目的。他曾說：｢只要給我一個支點 ，一根足 長的棍子，我也可以抬起地球。 ｣夠
- 4. 認識槓桿—鐵尺翹翹板 ( 實驗 ) 實驗 驟：將鐵尺翹翹板的 端放置三塊磁鐵，手步 ㄧ 在鐵尺 端施力，使鐵尺達到平衡。另ㄧ 實驗討論 ： 1. 手壓鐵尺的位置和手施力的大小有什 麼關係？ 手壓在鐵尺末端，感覺較省力，壓的位置 愈靠近鐵尺中間支點，感覺會較吃力。 2. 要如何測量出手所施力的大小 ？呢
- 5. 認識槓桿—槓桿原理實驗 步驟一：調整槓桿實驗器，使左右達到平衡。 步驟二：先將一端的 碼位置固定，另 端分別砝 ㄧ 在不同位置掛 碼，使兩端平衡。砝
- 6. 簡單機械—認識槓桿 當槓桿在施力與抗力作用下平衡時，施力對支點產 生的力距等於抗力對支點產生的力距，公式如下： 槓桿作用的原理 ( 公式 ) 施力臂 ( 力距 )抗力臂 ( 力距 ) 施力 × 施力臂 = 抗力 × 抗 力臂
- 8. 槓桿一方固定不變，另一方在愈靠近 支點處吊掛，所掛的 碼數會較多；砝 反之， 碼數則較少。砝 認識槓桿—槓桿原理實驗 實驗結果 由此可知，當施力臂愈長時，施力 就愈小、愈省力。所以在日常生活 中，運用的工具施力臂愈長，施力 就愈小、愈省力。想一想，在槓桿 的種類中， 一種是屬於省力的？哪 第二類槓桿第二類槓桿
- 9. 槓桿實驗小測驗 甲 乙 丙 丁 戊 己 庚 辛 1. 如果把左邊的 碼由乙砝 點移到丁點，天平左邊 會怎樣？ 2. 左邊的 碼移到丁點時砝 ，要加掛幾個 碼才會砝 平衡？ 3. 左邊的 碼改成三個時砝 ，要掛在 一點才會保哪 持平衡？ ( 翹上去 ) ( 四個 ) ( 丙 )
- 10. 槓桿原理 -- 牛刀小試 下列各槓桿裝置中，何者會向順時針方向旋轉且 合力矩最大？ (A) (B) (C) (D)
- 13. 第一類槓桿的三種功能 當施力臂 = 抗力臂 既不省力也不費力 。只改變力的方向 當施力臂 > 抗力臂 是省力的工具。 當抗力臂 > 施力臂 是費力但省時的工具。 施力臂抗力臂 施力臂 抗力臂 抗力臂 施力臂
- 18. 槓桿原理 -- 牛刀小試 下列槓桿裝置中，施力點不動， 碼往木尺的砝 哪 邊移動ㄧ ( 左或右 ) 會比較省力？為什麼？ 左邊靠近支點 抗力距 ( 抗力 × 力臂 ) ＝施力距 ( 施力 × 力臂 )
- 19. 槓桿原理 -- 牛刀小試 ◆ 想一想，使用第二類槓桿工具時，下列 一張圖哪 能達到最省力？為什麼？ 圖一 圖二 抗力離支點愈近，就會越省力 ！喔
- 26. 龍船時是屬於 一類的槓桿划 哪 ? 使用開罐器時是屬於 一類的槓桿哪 ? 第三類槓桿省時費力 第二類槓桿省力費時
- 27. 抗力點 施力點
- 29. 簡單的機械—認識輪軸 輪 軸 螺絲起子有兩個半徑不相等的圓，固定在 同一個圓心上轉動，外面的大圓是「輪」 ，中間的小圓是「軸」，而輪軸都是繞著 圓心轉動。 請指出門的喇叭鎖， 裡是輪？ 裡是軸？哪 哪 輪 軸
- 30. 步驟 1 ：調整大輪和小輪上的棉線，使其分別垂掛在支 架的左右兩邊。 步驟 2 ：分別測量大輪和小輪的半徑，並做記錄。 步驟 3 ：在小輪棉線上吊掛 4 個 碼，觀察大輪的棉線砝 需掛幾個 碼，才能使輪軸不轉動。砝 步驟 4 ：小輪上改掛 8 個 碼，觀察當輪軸平衡時，大砝 輪上所掛的 碼數量。砝 簡單機械 -- 輪軸實驗
- 31. 1. 當輪軸實驗器平衡時，在小輪和大輪上所掛的砝 碼數量相同 ？嗎 不相同。小輪掛的 碼數較多，大輪掛的 碼數較少砝 砝 2. 當輪軸實驗器平衡時，大輪和小輪的半徑大小與 碼數量有什麼關係？砝 半徑較大，代表力臂較長，掛的 碼數也較少。砝 3. 為什麼使用輪軸時，施力在輪上會比較省力 ？呢 因為輪軸是一種槓桿的變形，所以 施力在輪上時，輪半徑即為施力臂 ，輪半徑比軸半徑大，即輪的施力 臂較長，所以會較省力。 簡單機械 -- 輪軸實驗討論
- 33. 0 大 中 小 簡單機械 -- 輪軸實驗 1. 右圖小輪上要掛幾個 碼輪軸才能達到平砝 衡？ 2. 若以中輪當軸，要掛 幾個 碼才會達到平砝 衡？ ( 四 個 ) ( 兩 個 ) 1 4 動動腦時間 3. 若以中輪、小輪當軸 ，要掛幾個 碼才會砝 達到平衡？( 中輪 1 個小輪 2 個 )
- 34. 輪軸的省時與省力的應用原理 (2) 若施力在軸上時，由於施力臂較小 ，因此施力會大於抗力，此時的輪 軸必費力，但施力的移動距離較短 能省時。如右圖的 麵棍擀 。 (1) 若施力在輪上時，由於施力臂較大 ，因此施力會小於抗力，此時的輪 軸必省力，而代價則是施力移動距 離加長較費時。如右圖門把裝置。 軸 輪
- 41. 簡單機械—認識滑輪 滑輪也是一種槓桿的變形，是由有溝槽的輪子和繩子所 組成，可將 個小小的力量在很長的距離中達到放大的效ㄧ 果，其機械功能和槓桿一樣。可分為下列三種： 定滑輪 動滑輪 滑輪組 重物 重物 重物 施力 施力施力
- 42. 簡單機械—定滑輪實驗 步驟 1 ：架設定滑輪裝置，並取 碼砝 當成重物，記錄重量 後掛在繩子的一端。 步驟 2 ：在繩子的另一端依序掛上 碼砝 ，直到定滑輪上的 繩子不再滑動，記錄所掛的 碼個數砝 。 步驟 3 ：取下 碼，用手拉動繩子，當繩子垂直向下拉動砝 10 公分後，觀察重物移動的方向和距離。 10 公分
- 43. 簡單機械—定滑輪實驗 1. 實驗結果，使用定滑輪拉動重物時能省力 ？嗎 定滑輪不能省力（物重 = 拉力），只能改變力的方向， 達到操作的便利性。 2. 手拉動繩子的長度和重物移動的距離相同 ？嗎 碼上升的距離和手拉繩子的砝 距離是一樣的，手拉多長 ，物體上升多長。 3. 重物移動的方向和手拉繩子的方向一樣 ？嗎 移動方向相反，重物移動的方向向上，手拉繩子的方向 是向下。
- 46. 簡單機械—動滑輪實驗 步驟 1 ：將 碼掛在滑輪掛勾上，再利用彈簧秤測砝 量 滑輪和 碼的重量。砝 步驟 2 ：將繩子一端固定在支架上，繞過滑輪，另 一 端掛住彈簧秤，手拉住彈簧秤，觀察刻度。 步驟 3 ：取下彈簧秤，用手垂直向上拉動繩子 10 公分 ，觀察 碼移動的方向和距離。砝
- 47. 1. 根據實驗結果，使用動滑輪拉動 碼時砝 能省力嗎？ 2. 手拉動繩子的長度和 碼移動的距離有什麼差異？砝 3. 碼移動的方向和手拉繩子的砝 方向一樣 ？嗎 可省一半的力，但操作的不便性也會增加。 手拉動繩子 10 公分， 碼大約只上升砝 5 公分。所以，物 體上升的高度是手拉長度的一半。 手拉繩子的方向和物體上升的方 向相同，操作較不方便。 簡單機械—動滑輪實驗 ( 討論 )
- 49. 若滑輪與 碼重量合是砝 150 克，那麼繩子往上拉 的力量是多少？ 75 克 75 克 動滑輪公式 簡單機械—省力的動滑輪
- 51. 簡單機械—滑輪組 滑輪組 將定滑輪與動滑輪組合起來，既可以 省力也可以改變方向。 40 克 80 克 甲： 40×1/2=20 乙： 80/4 條 =20 數 一 數 有 幾 條 線 將 重 物 往 上 拉 ？
- 52. 計算動滑輪數： 個動滑輪可省ㄧ 1/2 倍的力 兩個動滑輪拉力＝ W×1/2×1/2 三個動滑輪拉力＝ W×1/2×1/2×1/2 計算 方法 甲類滑輪組 乙類滑輪組 計算往上拉的繩 子數目：
- 53. 簡單機械—滑輪組 ( 牛刀小 試 ) 請算出下列滑輪組所需的拉力 12 克 20 克 15 克 丙
- 54. 簡單機械—滑輪組 ( 牛刀小 試 ) 請算出下列滑輪組所需的拉力 20 克 丁
- 59. 試試看，轉動大齒輪時，小齒輪會如何轉動？它 們轉動的圈數相同 ？嗎 簡單機械的組合—齒輪運轉 ( 實驗 ) 步驟 1 ：準備大小不同的 2 個齒輪，互 相扣住後固定在操作板上。 步驟 2 ：轉動大齒輪，觀察小齒輪轉動 的情形。 步驟 3 ：將 2 個齒輪分開，分別固定後 ， 再利用塑膠鏈條套住 2 個齒輪。 步驟 4 ：轉動大齒輪，觀察小齒輪轉動 的情形。
- 60. 簡單機械的組合—齒輪運轉 ( 討 論 ) ? 1. 互相扣住的 2 個齒輪，齒輪轉動的方向有什麼相關性？ 右邊 大、小齒輪轉動的方向是相反的。當大齒輪 往左邊轉動時，小齒輪就會往右邊轉動。
- 61. 簡單機械的組合—齒輪運轉 齒輪的作用都是使一個齒輪轉的比另一個快或慢，或以不同 的方向轉動，兩個齒輪之間的速度差會產生傳送力的變化。 2. 當大齒輪轉一圈時 ， 小齒輪要轉幾圈？ 36 24 36 24 3. 當小齒輪轉一圈時， 大齒輪會轉幾圈？ 三分之二圈 一圈半
- 62. 簡單機械的組合—齒輪運轉 4. 兩個齒輪相連後，齒輪轉動的方向有什麼相關性？ 當 20 齒的齒輪轉動 1 圈時， 10 齒的齒輪轉動幾 圈？ 兩個齒輪轉動方向相同。如果大齒輪順時針運轉，小齒輪 也是順時針運轉。 20 齒的齒輪轉一圈時， 10 齒的齒輪 會轉 2 圈。 20 10 方向相同兩圈
- 63. 簡單機械的組合—齒輪 齒輪怎樣帶動另一個齒輪轉動並傳送動力？ 當大、小齒輪互相扣在一 起時，轉動其中一個齒輪 ，另一個齒輪會以反方向 跟著轉動。 1. 傳遞動力 2. 改變動力方向 3. 改變旋轉速度。 齒輪主要的功用
- 64. 利用齒輪傳送動力 按 下ㄧ
- 66. ◆ 當我們轉動 踏車的踏板時，大、小齒輪的轉動腳 方向相同 ？當前輪轉一圈，後輪會轉幾圈 ？嗎 呢 簡單機械的組合— 踏車腳 轉動方向相同 後輪轉動 4 圈 16 齒 32 齒 ◆ 想一想， 踏車前進的速度是以什麼來控制？動腳 力 又是如何傳送的 ？呢 踏板腳 轉動 踏車腳 踏板的動力，會轉動踏板上的大齒輪， 在經由鏈條將動力傳送至後輪上的小齒輪，小齒輪 再帶動後輪轉動，推動前輪，使車子前進。
- 67. 踏車腳 後輪及後齒輪之間的關係可看成一個變形的槓桿。我們 踏板踩 後藉著鏈條傳給後齒輪的力為施力；施力臂為後齒輪的 半徑；地面給予車輪的阻力為抗力；而抗力臂為車輪的半徑。 簡單機械的組合— 踏車腳 施力臂 --- 抗力臂 抗力 施力 踏板後藉著鏈條傳給後齒輪的力踩 × 後 齒輪半徑＝地面給予車輪的阻力 × 車輪 半徑
- 68. 簡單機械的組合— 踏車腳 當 踏板轉一圈時，與它結合在一起的大齒輪也會轉腳 一圈，所以他們是一種輪軸的應用。 小齒輪和後車輪結合是以軸帶動輪，所以費力。當 踏板 一圈腳 踩 時，後車輪轉的圈數會多於一圈，所以 踏車不是省力的工具，腳 卻可以省時。
- 69. 簡單機械的組合 -- 變速 踏車的原理腳 後齒輪 小 大 速度 快 慢 施力 較費力 較省力 當地面給予車輪的阻力及車輪的半徑固定時，後齒 輪的半徑愈小時，所需要踩踏的力就愈大，也就是 愈「費力」！想一想，爬坡時你要如何「變速」？ ( 選擇大齒輪或小齒輪 ) 選擇大齒輪 齒輪可以傳送動力、改變方向或是速度。
- 70. 想一想， 踏車除了鏈條與齒輪之外，還利用到 些腳 哪 簡單機械的原理？ 簡單機械的組合— 踏車腳
- 71. 踏車運用的簡單機械和力的作用如下：腳 1. 槓桿： 踏車把手利用槓桿來控制方向， 車握腳 煞 柄利用槓桿來傳達力量。 2. 輪軸：踏板、曲柄和大鏈輪之間，以及小鏈輪和 後車輪之間，都利用輪軸原理來傳動力。 3. 齒輪：大齒輪經由鏈條帶動小齒輪，是應用齒輪 的帶動方式。 5. 摩擦力： 車時，是靠 車皮和車輪的摩擦煞 煞 4. 彈力： 踏車的坐 下的彈簧，可以避震。腳 墊
- 74. 電扶梯是一種鏈輪的機械裝置
- 75. 簡單機械—結語 所有的簡單機械都能符合「功—能」定理。 換句話說，所有簡單機械都符合以下原則： 1. 省力的必費時 2. 省時的必費力 3. 沒有任何一種工具可以寄省力又省時 凡是能使我們工作時省力或得到方便的工具，都可 稱為「機械」。常用的機械大都是由槓桿、輪軸、 滑輪以及斜面等幾種基本元件組合而成的，可稱之 為「簡單機械」。
- 76. 單元結束
- 77. 天平秤 -- 槓桿有三個種類，認識生活中常見的事物是 第幾類槓桿，支點的不同、作用力的方向、力量的大 小，都會造成不同的力量傳導，有些方式可以使我們 更省時，有些方式可以更省力，但是有可能同時達到 省時和省力的效果嗎？ 在遊樂場中有各式各樣的遊樂設施，而這些遊樂 設施都有他的機械運作原理，相信大家都坐過 『旋轉咖啡杯』，在咖啡杯的設施上，有很多的 旋轉杯子，而杯子的選轉方向都不相同，為了讓 杯子有各種不同的旋轉方向，我們可一運用不同 齒輪的搭配，現在我們就來製作一台有去的旋轉 咖啡杯。
Editor's Notes
- 定滑輪與動滑輪的使用情形在此部分先不必提及，只需讓學生由觀察圖片察覺兩者在裝置上的差異性即可。 窗簾軌道上的滑輪：有一定滑輪固定在窗簾軌道的末端，拉動繩子即可開閉窗簾。窗簾軌道上的滑輪位置固定，繩子移動時，滑輪只有轉動，不會移動位置。 利用動滑輪搬運磚塊：有一滑輪固定在搬運重物的車子上方，人在高處拉重物上升時，滑輪會轉動，而且會隨著上下移動位置。
- 討論1：動滑輪可以省力，愈多動滑輪是不是愈省力？ 答：是的，但或許操作的不便性也會增加。 討論2：砝碼上升的距離是手拉動繩子距離的一半。例如：手拉動繩子20公分，重物約只上升10公分。 討論3：手拉繩子的方向和重物上升的方向一樣。