簡單機械概念中易錯點辨析

王進

簡單機械概念較為抽象，理解上容易發生錯誤.下面對簡單機械概念中易錯點進行簡要辨析.

一、使用杠桿時省距離與費距離

在講杠桿分類時，杠桿分為三類：省力杠桿、費力杠桿、等臂杠桿.由于教師的解釋不夠，有些學生誤認為省力杠桿的費距離是指動力臂比阻力臂長，省或費的是兩力臂的差距.其實不然，實際是指動力作用點移動的距離與阻力作用點距離的比較.省距離是動力作用點移動的距離比阻力作用點距離小，費距離是動力作用點移動的距離比阻力作用點距離大.

阿基米德說過一句豪言壯語：“給我一個支點，我就能撬起地球！”學習了杠桿的平衡，知道杠桿的平衡條件是：動力×動力臂=阻力×阻力臂.只要動力臂足夠長，那么動力就能夠絕對小.利用這樣一個杠桿，有可能把地球舉起來.其實，這是不可能做到的.因為這樣一個省力杠桿使用起來一定費距離.我們先且不說這么長的杠桿能不能找到，也不說這樣的支點能不能找到.就當這些東西都存在，都可能被我們利用吧.那么，對于撬起地球這一壯舉，我們可以做一個定量的分析.地球的質量大約有6×1024kg，也就是6×1025N.假設我們可以用600N（相當一個成年人的體重）的力就能將地球撬起，那么根據杠桿的平衡條件可知，我們所用杠桿的動力臂必須是阻力臂的1023倍.我們省了1023倍的力，動力作用點移動距離就是阻力作用點移動距離的1023倍.假設我們把地球只是撬起1cm，那么杠桿另一端，動力的作用點就必須移動1021m，移動如此巨大的距離別說是辦不到，就算能夠辦到，如果按我們移動的速度是1m/s來計算，移動1021m的距離，我們需要1021s，大約是30萬億年.即使我們移動的速度能夠達到光速那么快，要想移動如此巨大的距離也得90萬年，試想誰能長壽到這個時間呢？我們可以肯定地說，撬起地球是不可能的.

二、支點的概念例析

課堂中經常將指甲刀作為杠桿的典型例題.生活中的指甲刀有幾個杠桿組成的呢？如圖1，指甲刀由ABC、OBD及立柱CE組成，刀口D處是工作部分.由構造知，它是由三個杠桿組成.從下往上，OED為一個杠桿，OBD為第二個杠桿，ABC為第三個杠桿.OED為第三個杠桿，當B點將OBD下壓時，立柱CE將E點上提，指甲在D點向下施力，所以此杠桿動力作用點是E，阻力作用點是D，支點是O，這個杠桿動力臂小于阻力臂，是費力杠桿.OBD為第二個杠桿，當手向下按A點時，B點將OBD下壓，使杠桿轉動，同時指甲在D點向上施力，阻礙杠桿轉動，所以此杠桿的動力作用點是B，動力的方向向下，阻力作用點是D，阻力方向向上，支點為O，此杠桿動力臂小于阻力臂，是費力杠桿.其中第三杠桿是省力杠桿，但在分析時最易出錯是支點.有的教師認為支點為B，其實仔細分析，ABC杠桿在轉動時，B點往下壓刀片，B點是往下移動的，指甲刀上的C點固定在CE鐵柱上，是不動的，所以C點才是支點.

三、用滑輪組提重物時，繩子沿豎直方向拉的

理由

例如，在做“測滑輪組機械效率”的實驗時，教師不斷提醒學生記住：用滑輪組拉著重物時，繩子必須沿豎直方向拉，但從不解釋為什么要這樣.其實，沿豎直方向拉，有兩個理由：一個是便于測量繩子移動的距離，被提物體是在豎直方向上上升的，如繩子也沿豎直方向拉，用一把直尺測量就夠了;另一個原因是豎直方向上拉時，滑輪組的機械效率是最高的.因為沿豎直方向拉，拉力最小，總功最小，在有用功不變時，機械效率是最大的.

四、“多次”在實驗中的作用

在做有關簡單機械的實驗時，有時一個實驗需要重復多次，目的是為了減小實驗誤差或避免實驗結論的偶然性.

在研究“杠桿的平衡條件”實驗中，其實驗步驟是：a.把杠桿的中點支在支架上;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，記下實驗數據;d.改變力和力臂數值，做三次實驗;e.求出各次實驗的動力乘以動力臂和阻力乘以阻力臂數值.這個實驗中有“改變力和力臂數值，做三次實驗”.這里的多次實驗的目的是，尋找出杠桿平衡的條件的規律，避免實驗結論的偶然性.