简单机械套装

疯狂地板

探索并认识到,一个滑轮相对于另一个滑轮的传动比 (turning ratio) 是由滑轮大小所决定的。

45-90分钟
高级
1-5 年级
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联系

(5-10分钟)

山姆和莎莉喜欢去赶集。那里有一个有趣的游戏,需要玩的人掌握好平衡。旋转板很疯狂!它们会以不同的速度和方向移动。随着旋转板转动并试着不被转晕或掉下去非常有趣。
你能很好地保持平衡吗?
你见过移动的地板吗?
要使疯狂地板工作需要哪些简单机械?

让我们一起搭建疯狂地板!

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建构

(10-15分钟)

1. 首先,搭建疯狂地板模型 D6 并使其转动。
按照搭建指导手册 D 第 34 至 54 页的第 1 至 22 步搭建。

搭建好疯狂地板模型 D6 后,检查以下各项:
摇动黄色把手使疯狂地板转动。
确保把山姆和莎莉固定好。

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注意:
确保按图示把山姆和莎莉放在模型上。

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提示
应提醒学生,驱动轮是由外力转动的轮,在此例中外力是你摇动黄色把手的手。

反思

(10-15分钟)

2. 数出模型上的滑轮的数量。

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模型上共搭建了七个滑轮;三个灰色大滑轮,四个黄色小滑轮。

3. 然后,认真观察模型图片,并将疯狂地板模型 D6 与 D7 进行对比。
圈出不同之处。
你发现了什么?解释模型的不同之处。
学生会发现模型 D6 和 D7 滑轮装置的不同。

4. 接下来,认真观察模型图片,并做出预测。
如果对模型 D6 和 D7 进行比较,我认为疯狂地板模型 (D6/D7) 会在山姆一侧和莎莉一
侧间产生较大的旋转(转速)差异。
鼓励学生用自己的话讨论不同滑轮装置对疯狂地板的影响。对于预测,正确答案是模型 D7,因为疯狂地板模型两侧的转速不同。模型 D6 的比例为 1:1,两侧转速相同。在这点上学生回答正确与否并不重要,但他们需要做出自己的预测,以便随后核实。

5. 测试疯狂地板模型 D6。
如果你想让山姆或莎莉旋转一圈,需要摇动多少次把手?
让学生观察把手的起点,以及山姆和莎莉在疯狂地板上的起始位置。鼓励他们多尝试几次,以确保观察结果准确。学生需要将答案写在把手旁边的空白框里。学生需要摇动近四次把手才能使疯狂地板模型 D6 转动一圈,但是由于滑落原因,答案可能会有所不同。如果学生用过齿轮原理模型,他们应该知道疯狂地板下面的锥齿轮能以 90 度角传递旋转运动。

注意:
如有可能,保留一个疯狂地板 D6 模型,以便学生与模型 D7 作比较。

6. 搭建疯狂地板模型 D7 并使其转动。
按照搭建指导手册 D 第 56 页的第 1 步搭建。
轻轻抓住地板的一个零件阻止其转动,会发现滑轮皮带会滑移。
鼓励学生在测试模型时识别零件。学生轻轻抓住地板零件阻止其转动,便会发现“滑移”现象(参见词汇表),因为该操作会导致连接的滑轮皮带滑移。

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7. 测试疯狂地板模型 D7。
疯狂地板的哪一侧转得最快,山姆一侧还是莎莉一侧?
让学生注意把手和人仔的起始位置。鼓励他们多尝试几次,以确保观察结果准确。学生需要标记 F 代表快速,标记 S 代表慢速。不同的滑轮装置会使山姆和莎莉以不同的速度旋转。驱动轮与把手连接,因此在山姆站立的一侧有一个增速滑轮装置。莎莉站立的一侧有减速滑轮装置,因而山姆旋转速度较快(F=快速),莎莉旋转速度则较慢(S=慢速)。

8. 最后,下定结论,并检查你的预测。
疯狂地板模型 D7 两侧的转速差别较大,因为两侧的滑轮装置不同。

拓展

(10-15分钟)

鼓励学生探讨学生学习卡上图示的滑轮装置,并记录他们的观察结果。

注意
在拓展阶段没有任何搭建说明供学生参考,但学生学习卡上提供了插图和建议。
鼓励学生用自己的语言讨论滑轮装置对疯狂地板的影响,提出问题来给他们提示,比如:
描述转动把手时会发生什么情况。
要使疯狂地板转动一圈,需要摇动多少圈把手?你是怎么想的?
描述模型的工作原理。
你如何确保观察结果准确无误?
建议学生画出运用滑轮的日常机器和机构等物件。阅读或展示“概述:滑轮”部分来激发
灵感。

可选
对于程度较高的学生,可以考虑介绍复合皮带传动装置。可以将同轴上尺寸不同的两个滑轮与其他滑轮连接,搭建一个更大的减速(和增速)装置。

教师支持

学生们将会探究下列概念:
降低转速
增加转速
旋转方向
改变旋转方向

9689 乐高® 教育简单机械套 (建议每两名学生一套)

学生材料

学生学习单

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