简单动力机械套装

惯性车

探索质量、摩擦、势能和动能的科学概念。

45-90分钟
中级
年级 6-8
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1. 联系

(5-10分钟)

杰克和吉尔像往常一样在争论。他们正在制作小车,想知道谁的小车能够沿着当地万绿公园的发射坡滚动得最远?

吉尔说如果她在自己的车上再增加些重量,比如加个小狗佐格,那么她的车会走得更远,因为车更重了。杰克则认为越重的东西越难推动,因此他的车才跑得更远。他想使用更大的车轮,但吉尔不确定这 种方法行不行得通。

哪个跑得更远?负载重的车还是负载轻的车,使用大轮的车还是使用小轮的车?
让我们一起找出答案吧!

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2. 建构

(20-25分钟)

制作滑行坡道
在距离木板一端 1 米远处画一条起点线。将木板支撑起来,使起点线距离地面 15 cm。

我们为何需要起点线呢?
我们需要它来确保所有测试公平公正;所有小车沿着相同的坡道滚下。

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提示:
如果木板厚度过大造成小车在行进到地面上时颠簸,可以使用一张纸 板来确保顺利从木板过渡到地面。

搭建惯性车
(所有 3A 和 3B 图纸的第 6 页,第 12 步)。

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在坡道上测试惯性车。模型车是否能顺畅行进?如不能,请检查所有轴和轴套,以确保车轮顺畅转动。此外,请检查所有元件之间是否接合紧密

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记录刻度
或者,如果你想保留原先的刻度盘,可以用纸裁剪出几个副本。

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3. 反思

(20-25分钟)

测量空车滚动的距离。使用米尺进行测量,并与指针刻度盘对比。记录距离,并使用乐高积木作为记号标记车停止处。至少测量三次,确保得出科学正确的答案。

空车大概滚动约 160 cm。这超出了刻度盘一圈记录的距离。刻度盘精确到几厘米。

用可擦除的白板笔在塑料盘上标出 1 m 记号。让惯性车再次沿坡道滑下,观察指针刻度盘(转一 圈半多一点)看看车子是否会行进大约 160 cm。多测试几次。不需使用标尺或卷尺 – 用刻度盘上的读数即可。

提示:
注意,刻度盘一圈测量距离约为 1m。这意味着当车子到达地面时指针正好转到零点。

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往车子上加一个砝码积木(3B 图纸,第 7 页,第 13 步)。使用另一块积木作为记号放在行进轨道旁,预测这次车子将滚动多远。然后测试。

车子的滚动距离几乎增加了一倍。砝码积木随小车一起冲下给小车增加了近一倍的动能。但是,请注意,多出的重量也增加了轴的摩擦力,使小车速度减慢。

你注意到指针发生了什么变化?
指针走了不止一圈。你需要计算指针走了多少圈。

多测几次,确保结果一致。

你知道吗?
空车重约 58 g。砝码积木重 53 g,两者重量几乎相同!

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杰克的大车轮想法

大车轮能比小车轮使车子滚动得更远吗?将大车轮安装在后轴上,然后在坡道上测试(3B 图纸,第 7 页,第 14 步)

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首先测试空车(3B 图纸,第 7 页,第 14 步),然后测试装载砝码积木的车子(3B 图纸,第 8 页,第 15 步)。

车子通常滚动得更远。有两个原因:更大重量 = 更大能量;后轴转动得更慢,摩擦力更小。

你知道吗?
大车轮每个重 16 g,小车轮每个仅重 6 g。

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4. 拓展

(25-30分钟)

超级刻度盘
搭建图纸 3B,第 12 页,第 12 步。将 8 齿齿轮替 换为 24 齿齿轮。预测并测试指针走完一圈车子行进多远。

车子滚动 3 米。新齿轮的齿数是原先小齿轮的 3 倍。要使 24 齿齿轮转动一圈,蜗轮需要比通常 情况下多转动 3 倍的圈数。现在,你需要校准刻度盘,使其能够准确地测量出 3 米的距离。

超级坡道
如果将坡道高度增加一倍将会发生什么情况,先预测,然后测试。

势能和动能会翻倍,而轴摩擦力不会翻倍。

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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 – 轮和轴
• 装配组件

科学
• 测量距离
• 读取并校准刻度
• 力
• 动能
• 位能
• 摩擦力和空气阻力
• 科学调查

9686 简单动力机械组合 (建议每两名学生一套)
4 米长的平滑地面
遮蔽胶带
米尺或卷尺
至少 1 米长的木板或搁板
一堆书或盒子,用来垫起板子
备用乐高® 积木,用来测量
白板笔
剪刀

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
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
材料特性
计数系统
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
了解公制
了解数的表示方式
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
解决比例因子相关问题
分选和归类
选择合适的方法进行评估和测量
运用分数和小数
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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