瓦特和杠桿原理

① 機械運動中的桿杠原理具體怎麼解釋

簡單機械
凡能夠改變力的大小和方向的裝置，統稱「機械」。利用機械既可減輕體力勞動，又能提高工作效率。機械的種類繁多，而且比較復雜。根據伽利略的提示，人們曾嘗試將一切機械都分解為幾種簡單機械，實際上這是很困難的，通常是把以下幾種機械作為基礎來研究。例如，杠桿、滑輪、輪軸、齒輪、斜面、螺旋、劈等。前四種簡單機械是杠桿的變形，所以稱為「杠桿類簡單機械」。後三種是斜面的變形，故稱為「斜面類簡單機械」。不論使用哪一類簡單機械都必須遵循機械的一般規律——功的原理。
杠桿
用剛性材料製成的形狀是直的或彎曲的桿，在外力作用下能繞固定點或一定的軸線轉動的一種簡單機械。其上有支點（用O表示），動力（F）作用點，阻力（W）作用點，杠桿的固定轉軸就是通常所說的「支點」，從轉軸到動力作用線的垂直距離叫「動力臂」，從轉軸到阻力作用線的垂直距離叫「阻力臂」。上述就是通常所講的三點兩臂。由於杠桿上三點的位置不同，即產生不同的受力效果。
杠桿原理
亦稱「杠桿平衡條件[1]」。要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力（動力和阻力）的大小跟它們的力臂成反比。動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為 F1· L1=F2·L2 簡單機械
式中，F1表示動力，L1表示動力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。從上式可看出，欲使杠桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。在使用杠桿時，為了省力，就應該用動力臂比阻力臂長的杠桿；如欲省距離，就應該用動力臂比阻力臂短的杠桿。因此使用杠桿可以省力，也可以省距離。但是，要想省力，就必須多移動距離；要想少移動距離，就必須多費些力。要想又省力而又少移動距離，是不可能實現的。
動力
任何機械，不論是簡單的還是復雜的，在工作時，總要受到兩種力的作用：一種是推動機械的力叫作「動力」動力是使杠桿轉動的力。另一種是阻礙機械運動的力叫作「阻力」阻力是阻礙杠桿轉動的力。動力可以是人力，也可以是畜力、風力、電力、水力、蒸汽壓力等，阻力除了我們要克服的有用阻力之外，還有一些是不可避免的無用阻力。
作用線
通過力的作用點沿力的方向所引的直線，叫作「力的作用線」。
動力臂
從支點到力的作用線的垂直距離叫「力臂」。從支點到動力的作用線的垂直距離L1叫作「動力臂」；從支點到阻力的作用線的垂直距離L2叫作「阻力臂」。如果把從動力點到支點的棒長距離作為動力臂，或把從阻力點到支點的棒長距離作為阻力臂，這種認識是錯誤的。這是因為對動力臂和阻力臂的概念認識不清所致。
阻力臂
見動力臂條。
轉動軸
轉動是常見的一種運動。當物體轉動時，它的各點都做圓周運動，這些圓周的中心在同一直線上，這條直線叫做「轉動軸」。門、窗、砂輪、電動機的轉子等都有固定轉軸，只能發生轉動，而不能平動。幾個力作用在物體上，它們對物體的轉動作用決定於它們的力矩的代數和。若力矩的代數和等於零，物體將用原來的角速度做勻速轉動或保持靜止。
三類杠桿
對杠桿的分類一般是兩種方法。第一種是以支點、阻力點和動力點所處的位置來分的；另一種是按省力或費力來區分的。無論怎樣來劃分，總離不開省力、費力、不省力也不費力這幾種情況。 簡單機械
機械利益
表示機械省力程度的物理量。機械雖然絕對不能省功，但可以省力。使機械作功的力稱為「動力」（F），阻礙機械作功的力稱為「阻力」（P）。使用機械的目的，在於使用很小的動力而與阻力平衡。所謂機械利益（A），就是機械的有用阻力（P）跟動力（F） 小於1。 機械利益>1時，省力費時，凡省力的機械，其機械利益必大於1。例如，獨輪車、鉗子、起子、省力的杠桿等都是省力的機械。機械利益=1時，不省力，也不費力。例如物理天乎。機械利益<1時，費力省時，例如竹夾、火鉗等。機械利益是由實際測得的有用阻力和動力的大小所決定。由於機械潤滑情況的不同，在克服同樣的有用阻力時，亦有所不同。機械潤滑得不好，無用阻力大，需要動力也大，機械利益就小些；機械潤滑得好，無用阻力小，需要的動力也小，機械利益就大些。新生產出的機器需要磨合，汽車出廠要用上一段時間，目的是使其摩擦阻力減小。但機器陳舊，機件磨損，又會增加阻力。
杠桿的應用
不同類型杠桿各具有不同的特點和用途。掌握了杠桿原理，就可根據需要有意識地選用不同類型的杠桿來使用。應明確：省力杠桿省力但要多移動距離，費力杠桿費力但省距離，等臂杠桿不省力也不省距離，又省力又省距離的杠桿是沒有的。有的杠桿是否省力或省距離，不是永恆不變的。根據使用情況的不同，會由省力變為省距離。例如，用鐵鍬鏟土，往車上裝土的過程都會有所改變。鏟土時支點在動力點及阻力點之間，在裝土時動力點在支點與阻力點之間。為此，在使用杠桿時應注意幾點： 1.解答杠桿問題時，必須根據題意畫出示意圖，在圖上標出杠桿的支點、動力作用線和阻力作用線。同時用線段標明動力臂和阻力臂的大小，再根據杠桿平衡條件，列出方程，進行計算。 2.力臂是一個重要的概念。力臂是從支點到力的作用線的垂直距離，不要理解為力臂是從支點到力的作用點的長度。動力和阻力都是指作用在同一杠桿上的力，而不是作用在重物或其他物體上的力。 3.畫杠桿示意圖的方法： （1）畫出杠桿：用粗直線表示直杠桿，用變曲的粗線表示曲杠桿。 （2）在杠桿轉動時找出支點，並在支點旁用箭頭表示杠桿轉動的方向。 （3）根據轉動方向判斷動力、阻力的方向。動力、阻力的作用點應畫在杠桿上，可用力的示意圖表示。 （4）用虛線表示力的作用線的延長線和力臂。 4.杠桿的平衡條件，適用於任意一個平衡位置上，所謂杠桿的平衡是指杠桿靜止不轉動或勻速轉動。
桿秤
它是測量物體質量的量度工具，是以提紐為轉動軸，根據杠桿平衡原理製造的。桿秤主要由秤桿、秤砣、秤鉤（或秤盤）等構成。如圖1-23所示。G表示桿秤的重力，B點是它的重點，未掛重物時若將 A點即為桿秤的「定盤星」。在秤鉤上加物W後，將秤砣從A點移到A' 力G相對應的刻度A'的位置。桿秤是我國勞動人民所發明並使用已久的測量工具，舊秤以斤，兩為單位計量，目前以千克計量。
力矩
又叫「轉矩」，是表示力對物體作用時，使物體發生轉動或改變轉動狀態的物理量。力矩是矢量。力矩的大小等於力與從轉軸到力的作用線的垂直距離之乘積。如果物體所受的力不在垂直於轉軸O的平面內，就必須把力分解成兩個分力：一個分力與轉軸平行；另一個分力是在轉動的平面內。只有轉動平面內的分力才可能改變物體的轉動狀態。因此，在力矩等於力跟力臂乘積的計算中，應理解力是在它的作用點的轉動平面內的分力。如這一點在力的作用線上，則力矩為零。如果若干個力同時作用在一個物體上，則合力矩是所有分力矩的代數和。一個處於平衡的物體，順時針方向力矩的和等於逆時針方向力矩的和，在國際單位制中，力矩的單位是米·牛頓。其方向用右手螺旋法則決定。在中學階段，因為只研究有固定轉軸的物體的平衡，力矩就只有兩種轉向。規定物體逆時針轉動的力矩為正，使物體順時針轉動的力矩為負。力矩愈大，使物體轉動狀態發生改變的效果就愈明顯。用大小相同的力推門時，力的作用點離轉軸愈遠，且方向垂直於門，力臂愈大，則推門愈省力。
力偶
大小相等、方向相反，但作用線不在同一直線上的兩個力叫作「力偶」。用雙手攻螺紋或用手旋鑰匙、水龍頭時，所施加的作用常是力偶。它能使物體發生轉動，或改變其轉動狀態。汽車駕駛員雙手轉動轉向盤時所施加的一對力就是一個力偶。力偶的轉動效果決定於力偶矩的大小。力偶矩等於其中任何一個力的大小和兩力作用線之間的垂直距離（力偶臂）的乘積。如圖1-24所示。如果作用力F的方向跟AB垂直，AB的長度等於d，那麼這個力偶的力偶矩（M）為： M=±Fd。 式中Fd為力偶矩的大小，符號用來表示力偶的轉向。規定力偶逆時針轉向取「+」，反之取「-」（也可規定，力偶順時針轉向取「+」，那麼力偶逆時針轉向就取「-」）。應注意：力偶中力的方向不跟AB垂直時，應像力矩那樣分解成垂直分量，再進行計算。力偶的轉矩（即力偶矩）和所繞著轉動的點無關。由於力偶的合力為零，它不能使物體產生位移，只能使物體發生轉動或改變物體的轉動狀態。
力偶矩
簡稱為「力偶的力矩」，亦稱「力偶的轉矩」。力偶是兩個相等的平行力，它們的合力矩等於平行力中的一個力與平行力之間距離（稱力偶臂）的乘積，稱作「力偶矩」，力偶矩與轉動軸的位置無關。力偶矩是矢量，其方向和組成力偶的兩個力的方向間的關系，遵從右手螺旋法則。對於有固定軸的物體，在力偶的作用下，物體將繞固定軸轉動；沒有固定軸的物體，在力偶的作用下物體將繞通過質心的軸轉動。
力偶臂
力偶之兩個力之間的垂直距離。見力偶條圖1-24所示。
輪軸
是固定在同一根軸上的兩個半徑不同的輪子構成的杠桿類簡單機械。半徑較大者是輪，半徑較小的是軸。從形式上看是圓盤，但從實質上看起來只有它們的直徑或半徑起力學作用。用R表示輪半徑，也就是動力臂；r表示軸半徑，也就是阻力臂；O表示支點。當輪軸在作勻速轉動時，動力×輪半徑=阻力×軸半徑，所以輪和軸的半徑相差越大則越省力。上式動力用F表示，阻力用W表示，則可寫成FR=Wr。 即利用輪軸可以省力。若將重物掛在輪上則變成費力的輪軸，但它可省距離。輪軸的原理也可用機械功的原理來分析。輪軸每轉一周，動力功等於F×2πR，阻力功等於W×2πr。在不計無用阻力時，機械的 日常生活中常見的轆轤、絞盤、石磨、汽車的駕駛盤、手搖卷揚機等都是輪軸類機械。
滑輪
滑輪是屬於杠桿變形的一種簡單機械，是可以繞中心軸轉動的，周圍有槽的輪子。使用時，根據需要選擇。滑輪可分為定滑輪、動滑輪、滑輪組、差動滑輪等。有的省力，有的可以改變作用力的方向，但是都不能省功。
定滑輪
滑輪的軸固定不動，它實質上是一個等臂杠桿。動力臂和阻力臂都是滑輪的半徑r，根據杠桿原理Fr1=Wr2。它的機械利益為 變了動力的方向，如要把物體提到高處，本應用向上的力，如利用定滑輪，就可以改用向下的力，因而便於工作。
動滑輪
滑輪的軸和重物一起移動的滑輪。它實質上是一個動力臂二倍於阻力臂的杠桿。根據杠桿平衡的原理Wr=F·2r，它的機械利 改變用力的方向。其方向是與物體移動的方向一致。
滑輪組
動滑輪和定滑輪組合在一起叫「滑輪組」。因為動滑輪能夠省力，定滑輪能改變力的方向，若將幾個動滑輪和定滑輪搭配合並而成滑輪組，既可以改變力的大小，又能改變力的方向。普通的滑輪組是由數目相等的定滑輪和動滑輪組成的。而這些滑輪或者是上下相間地坐落在同一個輪架（或叫「輪轅」），或者是左右相鄰地裝在同一根軸心上。繩子的一端固定在上輪架上，即相當於系在一個固定的吊掛設備上，然後依次將繩子繞過每一個下面的動滑輪和上面的定滑輪。在繩子不受拘束的一端以F力拉之，被拉重物掛在活動的輪架上。對所有各段繩子可視為是互相平行的，當拉力與重物平衡時，則重物W必平均由每段繩子所承擔。若有n個定滑輪和n個動滑輪時， 且為勻速運動時，則所需之F力的大小仍和上面一樣。因此，在提升重物時才能省力。其傳動比乃為F∶W=1∶2n。注意，在使用滑輪組時，不能省功，只能省力，但省力是以多耗距離（即行程）為前題的。 前邊所分析的定滑輪、動滑輪以及滑輪組，都是在不計滑輪重力，滑輪與軸之間的摩擦阻力的情況下得出的結論。但在使用時，實際存在輪重和摩擦阻力，所以實際用的力要大些。
差動滑輪
即鏈式升降機，是一種用於起重的滑輪組。上面是由兩個直徑不同裝在同一個軸上的圓盤A、B組成的定滑輪。下面是一個動滑輪，用鐵索與上面的定滑輪聯結起來而成滑輪組。若大輪A的半徑是R，小輪B的半徑是r，如圖1-25所示。當動力F拉鏈條使大輪轉一周，動力F拉鏈條向下移動了2πR，大輪捲起鏈條2πR，此時小輪也轉動一周，並放下鏈條長2πr於是動滑輪和重物W上升的高度為 由於2R大於（R-r），差動滑輪的機械利益大於1，若提高機械利益，可加大兩輪的半徑同時縮小兩輪間的半徑差。這種機械，亦稱「葫蘆」，有手動，也有用電來驅動的。鏈條是閉合的，為防止滑輪和鏈條間的滑動，滑輪上有齒牙與鏈條配合運動。
斜面
簡單機械的一種，可用於克服垂直提升重物之困難。距離比和力比都取決於 簡單機械
傾角。如摩擦力很小，則可達到很高的效率。用F表示力，L表示斜面長，h表示斜面高，物重為G。不計無用阻力時，根據功的原理。得 FL=Gh。實驗證明，沿著光滑斜面向上拉重物數學要的拉力F小於重物的所受的重力G，即利用斜面可以省力，當斜面高度一定時，長度L不同的斜面所需的拉力也不同：L越長，F越小，越省力 傾角越小，斜面越長則越省力，但費距離。
螺旋
屬於斜面一類的簡單機械。例如螺旋千斤頂可將重物頂起，它是省力的機械。千斤頂是由一個陽螺旋桿在陰螺旋管里轉動上升而將重物頂起。根據功的原理，在動力F作用下將螺桿旋轉一周，F對螺旋做的功為F2πL。螺旋轉一周，重物被舉高一個螺距（即兩螺紋間豎直距離），螺旋對重物做的功是Gh。依據功的原理得 很小的力，就能將重物舉起。螺旋因摩擦力的緣故，效率很低。即使如此，其力比G/F仍很高，距離比由2πL/h確定。螺旋的用途一般可分緊固、傳力及傳動三類。
齒輪和齒輪組
兩個相互咬合的齒輪，在它們處於平衡狀態時，不省力，因為齒輪的實質是兩個等臂杠桿，所以咬合的齒輪不省力，只省圈數。
劈
亦稱「尖劈」，俗稱「楔子」。它是簡單機械之一，其截面是一個三角形（等腰三角形或直角三角形）。三角形的底稱作劈背，其他兩邊叫劈刃。施力F於劈背，則作用於被劈物體上的力由劈刃分解為兩部分，如圖1-26所示。P是加在劈上的阻力，如果忽略劈和物體之間的摩擦力，利用力的分解法，知P與劈的斜面垂直，P的作用可分成兩個分力：一個是與劈的運動方向垂直，它的大小等於P·cosα，對運動並無影響；另一個是與劈的運動方向相反的，它的大小等於P·sinα，對運動起阻礙作用。所以，當F=2P·sinα時劈才能前進，因而P與F大小之比等於劈面的長度和劈背的厚度之比，因此劈背愈薄，劈面愈長，就愈省力。劈的用途很多，可用來做切削工具，如刀、斧、刨、鑿、鏟等；可用它緊固物體，如鞋楦榫頭，斧柄等加楔子使之漲緊；還可用來起重，如修房時換柱起梁等。
功
是描述物體狀態改變過程的物理量，能量變化的量度。功的概念來源於日常生活中的「工作」一詞。在物理學中，它有特殊的含義。當物體在恆力F的作用下，力的作用點的位移是S時，這個功就等於力跟距離的乘積。對初中學生來說，只要明確「在力的作用下，物體沿力的方向通過了一段距離，那麼這個力就對物體做了功」，這是指物體在恆力作用下，沿力的方向作單向直線運動的情況，所以對功的計算可用公式W=FS。當物體在恆力作用下，作非單向直線運動，如豎直上拋運動、平拋運動、斜拋運動等等，物體受力方向和運動方向不一定是一致時，對功的理解應加深為「力對物體所做的功，等於力的大小、力的作用點的位移大小，力和位移間夾角的餘弦三者之乘積」即W=FScosα。式中W表示外力F對物體所做的功，S表示物體移動的路程，α表示F與S之間的夾角。根據公式研究力對物體做功的一些情況： 1.當α=0°時，W=FS，力對物體做正功； 2.當0°<α<90°時，1>cosα>0，則力F的有效分力Fcosα和物體的運動方向一致，力F對物體做正功； 3.當α=90°時，cosα=0，則W=0，此時力F對物體不做功； 4.當180°>α>90°時，-1<cosα<0，則W<0，即W為負值。在這種情況下F對物體做負功，也可說成物體克服阻力F做功； 5.當α=180°時，則W=-FS，這時力F對物體做負功，或者說成物體克服阻力F做功。 必須注意：在研究有關「功」的問題時，應分清有沒有做功，誰在做功。功是一個只有大小而沒有方向的物理量，它是標量而不是矢量。至於正功和負功，不過是區別外力對物體做功還是物體克服阻力做功，或用來表示力與路程同向還是反向，並不是功有方向性。 功是力對空間的累積效應。力對物體做功，使物體發生位置或運動狀態的改變，因而也就發生了機械能的改變。功即是反映在這一過程中，物體機械能改變多少的物理量。在力學中功的狹義概念僅指機械能轉換的量度；而在物理學中功的廣義概念指除熱傳遞外的一切能量轉換的量度。所以功也可定義為能量轉換的量度。一個系統總能量的變化，常以系統對外做功的多少來量度。能量可以是機械能、電能、熱能、化學能等各種形式，也可以多種形式的能量同時發生轉化。功的單位和能量單位一樣，在國際單位制中，都是焦耳。 計算變力做功是把運動的軌跡分成許許多多無限小的小段，在每個小段內，可以把力看作為恆力，按恆力做功的定義來計算在各個小段內所做的功，最後把各個小段的功加起來，就是變力做的功，即A=ΣFi·ΔSi，如果力和位移都是連續的，則可用積分法計算，
功的原理
亦稱「機械功的原理」。即動力對機械所做的功等於機械克服阻力所做的功。也就是說利用任何機械都不能省功。動力功W動，又稱輸入功或總功。阻力功W阻，包括克服有用阻力所做的W有用（又稱輸出功）和克服無用阻力所做的W無用（又稱損失功），即W動=W阻=W有用+W無用。也可寫成W輸入=W輸出+W損失。功的原理是機械的基本原理。要省力就要多移動距離，要少移動距離就要多用力，使用任何機械都不能省功。在機械做功過程中，只有在不存在無用阻力，機械本身作勻速運動的理想情況下，有用功才等於總功，效率為100%。事實上，必然存在無用阻力，效率一定小於100%，也就是說使用任何機械，在實際情況下總是費功的。應明確，只有在理想情況下，有用功才等於總功。
正功
作用力的方向和力的作用點的位移方向之夾角小於90°且大於或等於0°時（即α為銳角），根據公式作用力A做正功。當力F與位移S夾角α=0°時，W=FScos0°=FS，F做最大正功；0°<α<
負功
當作用力方向與力的作用點位移方向夾角大於90°且小於或等於180°時，這時cosα<0，根據公式功為負。力對物體作負功-A就代表受力作用的物體克服阻力作了正功A。這兩種說法描述的是同一物理過程。例如，空氣壓縮機中空氣對活塞作負功，也可以說成是活塞克服空氣的壓力作正功。又如，汽車緊急制動，車輪停止轉動，輪胎在地面上滑動，這時摩擦力對汽車作負功，反過來也可以說汽車克服摩擦力作正功。
功率
功跟完成這些功所用時間的比值叫做「功率」。最初定義功率為「單位時間里完成的功」，它是指做功快慢不變的情況，初中學生易於掌握。「功跟完成這些功所用時間的比值」這一定義功率，對於做功快慢不變的情況，既表示平均功率，又表示即時功率。對於做功快慢不均勻的情況，如時間取得長些，則為平均功率；時間趨於零，這一 率，只能表示機器在一段時間t內的平均功率。而由公式P=Fv計算出來的功率就有了不同的含義。若速度v代表平均速度，那麼P代表平均功率，如果v代表即時速度，那麼P就代表機器在某瞬時的即時功率。 公式中力是一個矢量，速度也是一個矢量，而功率卻是一個標量。 方法，一為「標積」；一為「矢積」。兩矢量的「標積」為一標量，其大小（к）為兩矢量的大小和兩矢量夾角的餘弦的乘積，用公式表示為 式P=Fv中，實際上P應為 矢量和 矢量的標積，即 所以得到的功率P應為一標量。 關於公式P=Fv，中F與v成反比的關系，應明確，不能脫離具體條件，防止得出謬誤的結果。因為機器的牽引力要受速度的限制，又受機器的構造、運轉條件等限制，任何機器在設計製造時，已規定了它的正常功率和最大作用力。超過最大作用力范圍，牽引力和速度成反比這一關系就不能適用。另一方面也不能使機器的牽引力趨近於零，而使機器的速度無限制地增加。因為任何機器在工作時要受到阻力作用，阻力還與機器運轉的速度有關。即使在沒有負載的情況下，機件間的摩擦阻力仍然存在。為維持機器的運轉，發動機的牽引力不能小於它所受的阻力。因而它的速度也不能無限增加。因此，任何機械在有一定的最大輸出功率的同時，還具有一定的最大速度和最大作用力。 功率的常用單位是瓦特（焦耳/秒），簡稱瓦，單位符號W。瓦特這個單位較小，技術上常用千瓦做功率的單位。過去還有爾格/秒、牛頓·米/秒、千克力·米/秒。 間t內的平均功率。當物體受恆力作用時也可表示為P=F 。式中 表示某段時間的平均速度。平均功率隨所取的時間不同而不同，因此在談到平均功率時，一定要指出是哪一段時間內的平均功率。參閱功率條。
即時功率
即「瞬時功率」，簡稱功率。描述機械在某一瞬間作 物體運動即時速度的乘積。作平均速度時，P當然代表平均功率，如果作即時速度，那麼P就代表機械在某瞬時的即時功率。當作勻速運動時，即時功率和平均功率相同 杠桿概念：當動力點離支點的距離小於阻力點離支點的距離時，省力。 當動力點離支點的距離大於阻力點離支點的距離時，費力。 當動力點離支點的距離等於阻力點離支點的距離時，不省力也不費力。
編輯本段分類法
第一種分類法
第一類杠桿：是動力F和有用阻力W分別在支點的兩邊。這類杠桿 不省力也不費力。例如，剪金屬片用的剪刀，刀口很短，它的機械利益遠大於1 。這是因為金屬板很硬，刀口短，刀把長，即動力臂大於阻力臂，可以少用力。屬於這種情況的杠桿還有克絲鉗等。家庭裁衣剪布用的剪刀，把與刃基本是等長的，即動力臂等於阻力臂，屬於不省力也不費力的類型。因為布的厚度較薄，不需太大的力，剪布要直故刀口要長些，為此用力不大，布剪的也直。屬於這種類型的還有物理天平。又如理發用的剪刀，刀口很長，即動力臂小於阻力臂，它的機械利益小於1。這是因為剪發本來不需要多大的力，刀口長一些，能夠剪得快一些和齊一些。 第二類杠桿：是支點和動力點分別在有用阻力點的兩邊。這類杠桿的動力臂大於阻力臂，其機械利益總是大於1，所以總是省力的。例如，用鍘刀鍘草、獨輪車等都是這類杠桿。 第三類杠桿：是支點和有用阻力點分別在動力點的兩邊，這類杠桿的動力臂小於阻力臂，其機械利益總是小於1，所以總是費力的。例如，縫紉機的腳踏板、夾食品的竹夾子都屬於這類杠桿。
第二種分類法
第一類杠桿：是省力的杠桿，即動力臂大於阻力臂。例如，羊角錘、木工鉗、獨輪車、汽水板子、鍘刀等等。 第二類杠桿：是費力的杠桿，即動力臂小於阻力臂。如鑷子、釣魚桿、理發用的剪刀。 第三類杠桿：不省力也不費力的杠桿，即動力臂等於阻力臂。其機械利益等於1。如夭平、定滑輪等。

② 瓦特的主要貢獻是什麼使人類進入什麼時代

瓦特的主要貢獻是改良蒸汽機，使人類從此進入了蒸汽時代。

英國的儀器修理工詹姆斯·瓦特1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，並於1769年取得了英國的專利。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。

瓦特的創造性工作使蒸汽機迅速地發展，他使原來只能提水的機械，成為了可以普遍應用的蒸汽機，並使蒸汽機的熱效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽機的改良者。

(2)瓦特和杠桿原理擴展閱讀

瓦特在原有蒸汽機的基礎上發明的新式蒸汽機結構在之後的50年之內幾乎沒有什麼改變。瓦特蒸汽機發明的重要性是難以估量的，它被廣泛地應用在工廠成為幾乎所有機器的動力，改變了人們的工作生產方式，極大地推動了技術進步並拉開了工業革命的序幕。

它使得工廠的選址不必再依賴於煤礦而可以建立在更經濟更有效的地方，也不必依賴於水能從而能常年地運轉，這進一步促進了規模化經濟的發展，大大提高了生產率的同時也使得商業投資更有效率。

蒸汽機為一系列精密加工的革新提供了可能，更高的工藝保證各種機器包括蒸汽機本身的性能提高。經過不斷的努力，引入更高氣壓的蒸汽，蒸汽火車蒸汽輪船便很快相繼問世。

瓦特是世界公認的蒸汽機發明家。他的創造精神、超人的才能和不懈的鑽研為後人留下了寶貴的精神和物質財富。瓦特改進、發明的蒸汽機是對近代科學和生產的巨大貢獻，具有劃時代的意義，它導致了第一次工業技術革命的興起，極大地推進了社會生產力的發展。

到19世紀30年代，蒸汽機廣泛應用到紡織、冶金、採煤、交通等部門去，很快引起了一場技術革命。美國人富爾頓發明了用瓦特蒸汽機作動力的輪船；英國人史蒂芬遜發明了用瓦特蒸汽機作動力的火車。

瓦特的蒸汽機成為真正的國際性發明，它有力地促進了歐洲18世紀的產業革命，推動世界工業進入了「蒸汽時代」。

③ 初二物理 杠桿重點

為什麼你們初二學的？
我們初三才學的

簡單機械
1．杠桿：一根在力的作用下能繞著固定點轉動的硬棒就叫杠桿。
2.什麼是支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂？
(1)支點：杠桿繞著轉動的點(o)
(2)動力：使杠桿轉動的力(F1)
(3)阻力：阻礙杠桿轉動的力(F2)
(4)動力臂：從支點到動力的作用線的距離（L1）。
(5)阻力臂：從支點到阻力作用線的距離（L2）
3．杠桿衡的條件:動力×動力臂=阻力×阻力臂.或寫作：F1L1=F2L2 。這個平衡條件也就是阿基米德發現的杠桿原理。
4．三種杠桿：
(1)省力杠桿：L1>L2,平衡時F1<F2。特點是省力，但費距離。（如剪鐵剪刀，鍘刀，起子）
(2)費力杠桿：L1<L2,平衡時F1>F2。特點是費力，但省距離。（如釣魚杠，理發剪刀等）
(3)等臂杠桿：L1=L2,平衡時F1=F2。特點是既不省力，也不費力。（如：天平）
5．定滑輪特點：不省力，但能改變動力的方向。（實質是個等臂杠桿）
6．動滑輪特點：省一半力，但不能改變動力方向，要費距離.(實質是動力臂為阻力臂二倍的杠桿)
7．滑輪組：使用滑輪組時,滑輪組用幾段繩子吊著物體,提起物體所用的力就是物重的幾分之一。
功
1．功的兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的距離。
2．功的計算：功(W)等於力(F)跟物體在力的方向上通過的距離(s)的乘積。（功=力×距離）
3．功的公式：W=Fs；單位：W→焦；F→牛頓；s→米。(1焦=1牛•米).
4．功的原理：使用機械時，人們所做的功，都等於不用機械而直接用手所做的功，也就是說使用任何機械都不省功。
5．斜面：FL=Gh 或 F=Gh/L 。斜面長是斜面高的幾倍，推力就是物重的幾分之一。（螺絲也是斜面的一種）
6．機械效率：有用功跟總功的比值叫機械效率。
計算公式：n=(W有用/W總)*100%
7．功率(P)：單位時間(t)里完成的功(W)，叫功率。
計算公式：P=W/t 。單位：P→瓦特；W→焦；t→秒。（1瓦=1焦/秒。1千瓦=1000瓦）

④ 瓦特是研究什麼的,很急

瓦特（JamesWatt,1736～1819）英國發明家、工程師。1736年1月19日生於蘇格蘭的一個小鎮格里諾克。他從小體弱多病，由父母進行了啟蒙教育。父親是個具有多種手藝的工匠，受其影響瓦特特從小就有實驗的興趣和才能。傳說他小的時候，曾用布把壺嘴堵死，看到蒸汽的力量把壺蓋沖開。這一現象激發了他的探索精神。後來進了格里諾克文法學校學習，因身體不好，退學在家自學，並經常隨父親到工廠學習製作機械模型、儀器的技術，進行化學和電學實驗。靠著虛心求學、刻苦鑽研的精神，15歲學完了《物理學原理》並獲得了豐富的木工、金屬冶煉和加工等工藝技術。1753年他在家鍾錶店學手藝。1753年又跟有名的機械師摩爾根當學徒。經過刻苦學習，努力實踐，他已能製造難度較高的象限儀、羅盤、經緯儀等。1756年在格拉斯哥大學當了儀器修理員，這是他一生的轉折點。一方面該校具有較完善的儀器設備和先進技術，為他的工作創造了良好的技術條件。更重要的是他在這里結識了英國化學家、物理學家J.布萊克等著名學者，他可以經常跟他們討論改進蒸汽機的理論和技術問題，從他們那裡學到許多科學理論知識。這對他後來的發明工作影響很大。

1764年瓦特在修理紐科門蒸汽機時，精心研究了這種熱機的工作原理和耗煤量大、效率低的症結。他受J.布萊克的潛熱學說啟示，找到了紐科門蒸汽機耗煤量大、效率低的原因，即汽缸在使氣體膨脹和用水冷凝時一熱一冷，損耗大量熱量。瓦特於1765年發明了把冷凝過程從汽缸中分離出來的分離式冷凝器。冷凝器的發明在蒸汽機的發展中起了關鍵性的作用。1768年他製成了一台單動作蒸汽機（活塞單方向推動做功），這台蒸汽機還採用了汽缸外設置絕熱層、用油潤滑活塞等各種新措施，大大降低了蒸汽消耗量，耗煤量只有紐科門機的1／4，動作也更迅速。1776年這種機器開始在廠礦使用。1781年，他發明了行星式齒輪，將蒸汽機活塞的往運動變為旋轉運動。1782年他發明了大動力的「雙動作蒸汽機」並獲得專利，並利用飛輪解決了蒸汽機運轉的穩定性問題。1784年他發明了平行運動連桿機構，解決了雙動作蒸汽機的結構問題。1788年他發明了離心式調速器和節氣閥，用來自動控制蒸汽機的運轉速度。1790年發明了蒸汽機配套用壓力計。

到此為止，瓦特完成了對蒸汽機的整套發明過程。經過他的一系列重大的發明和改進，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，而且配套齊全、性能優良、切合實用。瓦特由此博得了第一部現代蒸汽機——高效率瓦特蒸汽機的發明者稱號。很快，瓦特蒸汽機在紡織、采礦、冶煉和交通運輸等方面得到了廣泛應用，極大地推動了英國和歐洲的第一次工業革命，使世界進入了所謂的「蒸汽機時代」。瓦特對蒸汽機的發明、改進及蒸汽機的廣泛應用，直接推動了熱力學理

⑤ 功。功率。杠桿。滑輪所有定理公式

力與物體在力的方向上通過的距離的乘積稱為機械功（mechanical work)，簡稱功。功定義為力與位移的內積[1]。
其中，W 表示功，F 表示外力，而dx 表示與外力同方向的微小位移；上式應表示成路徑積分，a 是積分路徑的起始點，b 是積分路徑的終點。為了了解物體受力作用，經過一段距離後所產生的效應，而定義出

⑥ 一個小小的發電機,通過層層杠桿放大,能不能讓它功率到達2000瓦特呀

呵呵，功率是不能放大的，或者說功是不能放大的。這就是能量守恆的原理，能量不能憑空產生或消失。
發電機輸出的功率是一定的情況下，你放大的要麼是扭力，要麼是速度。在功率一定時，放大一個量，另外一個量必然減小，以保證功率不變。

⑦ 牛頓、瓦特、張 衡他們的發明或發現分別是什麼

1. 牛頓：

發明地動儀、渾天儀、瑞輪莢、指南車、計里鼓車、獨飛木雕、地形圖。

張衡在天文學方面著有《靈憲》、《渾儀圖注》等，數學著作有《算罔論》，文學作品以《二京賦》、《歸田賦》等為代表。《隋書·經籍志》有《張衡集》14卷，久佚。明人張溥編有《張河間集》，收入《漢魏六朝百三家集》。

拓展資料：

瓦特發明蒸汽機的創造點：

1764年，英國的儀器修理工詹姆斯·瓦特為格拉斯哥大學修理紐可門蒸汽機模型時，注意到了這一缺點，並於1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，並於1769年取得了英國的專利。

初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。

瓦特的創造性工作使蒸汽機迅速地發展，他使原來只能提水的機械，成為了可以普遍應用的蒸汽機，並使蒸汽機的熱效率成倍提高，煤耗大大下降。

⑧ 瓦特為什麼被稱為「現代蒸汽機之父」

瓦特於1736年1月19日出生在蘇格蘭的格林諾克鎮。格林諾克鎮位於當時造船業很發達的格拉斯哥城附近。瓦特的父親是一位水平很高的造船技師和建築師。少年瓦特看到和接觸的機械較多，並對機械產生了興趣，經常用父親的工具、機械零件拼裝一些小玩意兒。1755年從格拉斯哥到了倫敦，在一家鍾錶店當學徒。由於他勤奮好學，在短短一年時間里，除了學會修理鍾表之外，還學會修理一些像方位儀、經緯儀那樣的航海儀器和其他儀表。瓦特於1757年到了格拉斯哥大學當了一名修理教學儀器的技工。由於格拉斯哥大學的儀器設備和模型在當時是比較先進的，瓦特通過修理這些儀器，在技術上有了很大的長進。同時在大學里，他遇到了不少的科學家和工程師，使他有機會請教學習了一些理論。

1763年，格拉斯哥大學從倫敦買了一台紐可門機的教學模型，運轉不靈。1764年，瓦特接了修理這台機器的差事，他在修理這台機器的過程中感到，紐可門機的冷凝裝置很不合理。瓦特經過一段時間的思考摸索後認為：要克服紐可門機的最大缺點，合理的辦法就是只冷凝蒸氣，而不冷卻汽缸。要做到這一點，就應將蒸氣冷凝過程移出汽缸，增加一個與汽缸分開的冷凝器，將蒸氣的冷凝過程在冷凝器中進行。這是一項重大的發明。1765年5月，瓦特決定改進蒸汽機的想法，得到了格拉斯哥大學著名化學教授布萊克的支持，並取得了學校的實驗經費。在翻砂工羅伯克的幫助下，瓦特設計製成了一台試驗性的機器。由於這台機器採用了冷凝器與汽缸相分離的設計，使得蒸汽機的效率大為提高。又經過了很多次試驗改進，到1776年，瓦特製造安裝了兩台實用機器，一台安裝在一個煤礦中用於抽水，另一台為一家煉鐵廠的高爐鼓風。此後的5年時間里，他又安裝了一些用於銅礦和錫礦的抽水機。這期間瓦特並沒有間斷對蒸汽機的研究和實驗。1782年，瓦特進一步改進了汽缸的結構，製成雙沖程的蒸汽機，這樣蒸氣可以從汽缸的兩頭分別進入汽缸，由蒸氣來推動活塞做往復運動，徹底改變了紐可門機利用大氣壓力推動活塞的情況，變單動為雙動。後來，瓦特又對蒸汽機進行了幾項較大的革新，1784年為了便於速度變換，他把紐可門的杠桿轉動改變為曲軸和齒輪轉動，使活塞的直線運動變為圓周運動，從而製成了能夠連續轉動的、雙動通用蒸汽機。這種蒸汽機經濟、有效，獲得了廣泛應用。4年後，為了能自動控制蒸汽機的速度，他發明了離心調速器。1790年他又發明了測量蒸汽機壓力的壓力計。至此經過瓦特不懈的努力，現代蒸汽機就基本完成了。為此，瓦特整整花去了25年的時間，為之後一個多世紀世界工業的迅猛發展，作出了歷史性的巨大貢獻。

蒸汽機是由薩維利、巴本、紐可門、瓦特等人為代表的幾代科學家共同發明的。只是在改進蒸汽機的結構、提高蒸汽機的效率、促進蒸汽機的廣泛應用方面，瓦特貢獻更大，影響更廣。因此我們稱瓦特為現代蒸汽機之父是毫不過分的。

⑨ 瓦特發明 蒸汽機原理

瓦特
一個夏日的早晨,天氣
晴朗,畫眉在樹上唱著悅耳的歌。在英國格拉斯哥大學的校園里,有一個人正在散步。他邁著緩緩的步伐,在綠茵茵的草坪上踱來踱去。他時而望著廣闊的天空,時而瞧瞧乎坦的操場,時而皺起雙眉……突然,他臉上流露出笑容,心情豁然開朗,他想出來了,想出了解決蒸汽機的有效辦法。他高興地跑起來,腳步騰空。霎時間,他的身影便出現在陪伴他多年的操作台上。他就是蒸汽機的發明家瓦特。曾有人說："瓦特發明蒸汽機,是因為他有超人的天才和智慧。"其實不然。為了說明這個問題,還是講講關於瓦特勤奮學習,刻苦鑽研；發明創造的故事吧。
水蒸汽的啟示
隨著智育的發展,瓦特對客觀存在的一些事物都發生了濃厚的興趣,產生了好奇和鑽研之心。這為他以後發明蒸汽機打下了良好的基礎。
在瓦特的故鄉--格林諾克的小鎮於上,家家戶戶都是生火燒水做飯。對這種司空見慣的事,有誰留過心呢？瓦特就留了心。有淮?他在廚房裡看祖母做飯。灶上坐著一壺開水。開水在沸騰。壺蓋啪啪啪地作響,不停地往上跳動。瓦特觀察好半天,感到很奇怪,猜不透這是什麼緣故,就問祖母說?什麼玩藝使壺蓋跳動呢"
祖母回答說："水開了,就這樣。"
瓦特沒有滿足,又追問："為什麼水開了壺蓋就跳動？是什麼東西推動它嗎？"
可能是祖母太忙了,沒有功夫答對他,便不耐煩地說："不知道。小孩子刨根問底地問這些有什麼意思呢。"
瓦特在他祖母那裡不但沒有找到答案,反而受到了冤枉的批評,心裡很不舒服,可他並不灰心。
連續幾天,每當做飯時,他就蹲在火爐旁邊細心地觀察著。起初,壺蓋很安穩,隔了一會兒,水要開了,發出嘩嘩的響聲。摹地,壺里的水蒸汽冒出來,推動壺蓋跳動了。蒸汽不住地往上冒,壺蓋也不停地跳動著,好象里邊藏著個魔術師,在變戲法似的。瓦特高興了,幾乎叫出聲來,他把壺蓋揭開蓋上,蓋上又揭開,反復驗證。他還把杯子、調羹遮在水蒸汽噴出的地方。瓦特終於弄清楚了,是水蒸汽推動壺蓋跳動,這水蒸汽的力量還真不小呢。
就在瓦特興高采烈,歡喜若狂的時候,祖母又開腔了："你這孩子,不知好歹,水壺有什麼好玩的,快給我走開！"她漫不經心地說。
他的祖母過於急躁和主觀了,這隨隨便便不放在心上的話,險些挫傷了瓦特的自尊心和探求科學知識的積極性。年邁的老人啊,根本不理解瓦特的心,不知?水蒸汽"對瓦特有多麼大的啟示！水蒸汽推動壺蓋跳動的物理現象,不正是瓦特發明蒸汽機的認識源泉嗎？
一七六九年,瓦特把蒸汽機改成為發動力較大的單動式發動機。後來又經過多次研究,於一七八二年,完成了新的蒸汽機的試制工作。機器上有了聯動裝置,把單式改為旋轉運動,完善的蒸汽機發明成功了。
由於蒸汽機的發明,加之英國當時煤鐵工業發達,所以英國就成為世界上最早利用蒸汽推動鐵制"海輪"的國家。十九世紀,開始海上運輸改革,一些國家進入了所謂的"汽船時代"。從此,船隻就行駛在茫茫無際的海洋上了。隨之而來,煤礦、工廠、火車也全應用了蒸汽機。體力勞動解放了,經濟發展了。這不能不說是蒸汽機發明的成果。當然也是蒸汽機的發明家瓦特的功勞。因此,瓦特在世界上享有盛名。
瓦特的一生充滿著艱苦和斗爭,他走過的道路是多麼坎坷不平啊。他在艱苦和坎坷中為人類造了福,為人類前進,開辟了新的里程。瓦特十分重視學習和實踐。學習,豐富了他的智慧；實踐,結出了豐碩的成果。

⑩ 瓦特如何改良蒸汽機

瓦特運用科學理論，逐漸發現了這種蒸汽機的毛病所在，於1765年發明了設有與汽缸壁分開的凝汽器的蒸汽機，並於1769年取得了英國的專利。

從1765年到1790年，他進行了一系列發明，比如分離式冷凝器、汽缸外設置絕熱層、用油潤滑活塞、行星式齒輪、平行運動連桿機構、離心式調速器、節氣閥、壓力計等等，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，最終發明出工業用蒸汽機。

第一個巨大的改善是將氣缸與凝結缸通過一個閥門分開。瓦特在伯明翰發明了這個改進。這個改進提高了蒸汽機的效率。

下一個改進是將閥門的操作自動化。初期的瓦特蒸汽機仍用平衡杠桿和拉桿機構來驅動提水泵，為了從凝汽器中抽除凝結水和空氣，瓦特裝設了抽氣泵。他還在汽缸外壁加裝夾層，用蒸汽加熱汽缸壁，以減少冷凝損失。

蒸汽機分類

按蒸汽在活塞一側或兩側工作，蒸汽機可分為單作用和雙作用式兩種；

按汽缸布置方式，可分為立式和卧式；按蒸汽是在一個汽缸中膨脹或依次連續在多個汽缸中膨脹，可分為單脹式和多脹式；按蒸汽在汽缸中的流向，可分為迴流式和單流式；

按排汽方式和排汽壓力可分為凝汽式、大氣式和背壓式。