简单动力机械套装

飞轮车

探索科学概念:加速、测量距离、力、动能、摩擦和空气。

45-90分钟
中级
年级 6-8
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1. 联系

5-10分钟

杰克和吉尔发生了点小口角,于是到外面冷静冷静。吉尔坐在小车上,让小狗佐格拉她,但是小狗拉 不动。

杰克在玩他的陀螺。陀螺转得非常快,杰克很想和吉尔和好,然后再在一起玩耍。吉尔也是这样想的 – 要是俩人能和好如初,相互坦诚该多好啊,他们早厌倦玩无聊的游戏了。

他们相互瞅着对方,忽然吉尔想到一个主意。玩一个将小车和陀螺接合在一起的游戏怎么样?你认为这 能行得通吗?

陀螺的旋转能帮助推动车子移动吗?能让车子跑得更远、跑更长时间吗? 让我们一起找出答案吧!

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2. 建构

20-25分钟

首先制作测试轨道。
划一块 50 cm 长的助跑道。这是助跑区,位于起 跑线前方。然后在地面上扯一个 2 m 长的遮蔽胶 带,每隔 10 cm 标一个记号。现在我们可以搭建 模型啦!

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搭建飞轮车
(所有 10A 和 10B 图纸的第 10 页,第 20 步。)

  • 推动后,车子能非常缓慢地停下来
  • 如果它很快慢下来,请松开轴套,确保齿轮正确 啮合,其他所有零件接合紧密
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3. 反思

20-25分钟

公平测试
要公平测试每个模型,最好先经过一个用时 2 秒、 超过 50 cm 长的助跑区,然后再以相同速度在起 跑线松开。这需要练习!因此稳妥起见,每个模 型最好测试三次。

你知道吗?
储存能量最理想的情况是 将飞轮放置在密闭的箱体 中,让其在真空中运行, 消除空气阻力。

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什么才是出色的飞轮?
好的飞轮能够在助跑完全相同的情况下,让车子 跑得更远,并跑更长时间。尝试不使用任何飞 轮!尝试使用带车胎和不带车胎的大轮毂。也可 自己组合。

重飞轮比轻飞轮更好,但需要你用很大的臂力来 增速,即其所储存的动能取决于其重量和行驶 速度。

飞轮滚动多远和多长时间?
测量每个飞轮滚动的距离,最好能记录滚动的 时间!

按照第 12 页,第 22 步搭建模型。 测试并测量。

按照第 14 页,第 24 步搭建模型。 测试并测量。

飞轮车行进得非常缓慢。通常情况下,飞轮越 大,行进的速度越慢,但行驶的时间更长,距离 更远。

你知道吗?
我们使用 8 齿和 24 齿齿轮 来进行增速。有两个增速 阶段,每个增速比例都是 1:3,即车轮每在地面转一 圈可以驱使飞轮转 9 圈。

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4. 拓展

25-30分钟

晃荡车!
按照 10B 图纸的第 17 页,第 3 步搭建模型,将飞 轮安装在偏离中心位置。 预测会发生什么情况 – 然后进行测试。

车子快速停了下来!飞轮在旋转时必须保持动态 平衡,否则会朝许多方向产生巨大的力,从而增 加轴上的摩擦力。

尝试让晃荡车滚下坡。此时会出现什么情况?将 其与使用平衡飞轮的情况进行对比。

晃荡车滚动得非常慢,也不能加快速度。动态不 平衡力大大增加,而速度只快了一点。速度低时 这些力比较小,因此车辆速度也比较慢。

你知道吗?
在现实生活中,转速太快 的失衡飞轮会引起爆炸!

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爬坡车
制作一个坡道供小汽车往上爬。预测并测试一辆 飞轮车和无飞轮车在相同助跑的情况下会有怎样 的表现(这会非常有趣!)你可能会想和教室其 他小组的成员一起执行这项活动。

飞轮车沿木板爬得更高,因为它储存的能量很大。.

制作一些矮坡来实验,用贴在鞋子或物品上的薄 纸板制作就可以。

飞轮车在上坡和下坡时都比较慢。飞轮的作用类似“控制器”,可帮助车子以均衡的速度越坡。.

穿越障碍道路
在地面或桌面上摆放一大堆乐高® 积木,看看哪种 飞轮能够帮助小汽车越过乐高“群山”。

大轮胎飞轮车在穿过障碍道路和越过积木堆时表 现最好。

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教师支持

学生们将会探究下列概念:

技术

  • 使用机构 – 增速
  • 装配组件

科学

  • 测量距离
  • 测量时间
  • 动能
  • 摩擦和空气
  • 阻力
  • 科学调查
  • 9686 简单动力机械组合 (建议每两名学生一套)
  • 3 米长的平滑地面
  • 遮蔽胶带
  • 米尺(码尺)或卷尺
  • 计时器或秒表

科学
科学探究
确定要解决的问题
设计和开展研究
运用工具对数据进行收集和解释
加深对力与运动的理解
运动、位置、方向
齿轮和传动比(机械优势)
齿轮增速和减速
摩擦力
平衡力和不平衡力
加深对能量的理解

技术
理解属性设计
培养应用设计流程的能力
设计解决方案和产品
评估产品
控制和计时操作
运输
使用证据推理

工程
确定目标、输入、流程、输出和反馈
加深对工程设计的理解
测试和评估

数学
进行合理估计
将 2D 模型转换为 3D 模型
视觉辨别
对距离/时间的非正式和正式测量
分选和归类
选择合适的方法进行评估和测量
收集和处理数据

批判性思维和逻辑性思维
合作与运用团队合作
逻辑、推理和证明

学生材料

学生学习单

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了解详情

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