國中教育會考
109年
自然
第 12 題
圖(十)為輪軸裝置的正視圖及側視圖，若要使用此裝置「省力地」將重物等速向上抬起，下列何種使用方式最適當？
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A
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B
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C
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D
思路引導 VIP
想像這是一個以圓心為支點的槓桿。根據槓桿原理，若要達到「省力」的目的，施力的力臂 $L_{force}$ 應該要比重物的力臂 $L_{weight}$ 長還是短呢？請觀察圖中的大圓與小圓，哪一個半徑比較長？為了省力，我們應該將施力作用在哪一個圓上，才能讓力臂最長呢？
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這道題目考查的是「輪軸（wheel and axle）」的應用，是一個結合了力矩平衡與空間觀察的經典會考題型。看到這類題目時，我們只要掌握兩個關鍵判斷步驟，就能輕鬆鎖定答案。
如何達成「省力」的目標？
在輪軸的裝置中，施力臂與抗力臂的長度決定了它是省力還是費力。根據力矩平衡公式：$$F \times R = W \times r$$
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為啥不是B
輪軸的省力原理
💡 施力在半徑較大的「輪」上可省力，施力在「軸」上則費力。
| 比較維度 | 施力在輪 (省力模式) | VS | 施力在軸 (費力模式) |
|---|---|---|---|
| 施力大小 | 小於重物重量 (省力) | — | 大於重物重量 (費力) |
| 拉動位移 | 長 (費時) | — | 短 (省時) |
| 生活實例 | 門把、螺絲起子、方向盤 | — | 竹蜻蜓、汽車傳動軸、桿麵棍 |
💬要達到「省力」目的，必須將繩子纏繞在半徑較大的「輪」上進行施力。
