飞轮车
探索科学概念:加速、测量距离、力、动能、摩擦和空气。
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!
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!
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
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。
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。
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!
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。
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
- 力
- 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