第7課　悠悠小車向前進

當我們坐汽車時，會遇到急剎車的情況，身體會不受自己控制向前傾斜，這是為什么呢？其實這是由慣性造成的，在生活中還有很多實例都與慣性有關。本節課，讓我們一起使用樂高器材制作一個慣性小車來探究一下慣性的奧秘吧！

任務分析

慣性小車一般裝有質量比較大的擺動輪。當車輪擺動時，讓小車產生一個初始速度，驅動小車前進，由于物體的慣性作用使得小車前進一段距離后停止。首先在構思這個作品時，要明確作品的功能與特點；然后在設計作品時，需要思考如何通過慣性和棘輪機構來制作慣性小車，并能夠提出相應的解決方案，從而掌握相應的物理知識；最后將所學的知識進行拓展延伸來制作生活中其他的類似物品。

明確功能

要設計制作一個慣性小車，首先要知道它應當具備哪些功能或特征。請將你認為作品所需要達到的目標填寫在圖7-1所示的思維導圖中。

提出問題

在制作慣性小車時，需要思考的問題如圖7-2所示。你還能提出怎樣的問題？填在框中。

頭腦風暴

自行車是我們日常生活中常見的一種交通工具。人騎上車后，以腳踩踏板為動力，自行車會在動力的帶動下向前行駛，如果此時停止為自行車輸入動力，我們發現自行車并沒有立即停止，而是會在沒有動力的情況下前進一段距離后停止，這是為什么呢？其實這是因為慣性的作用，生活中有很多事例都用到了慣性，如緊固錘頭、跳遠運動員的助跑等。如圖7-3所示，請仔細觀察，并比較慣性小車和它們的異同。我們在設計慣性小車的時候，有哪些地方可以借鑒呢？

提出方案

慣性小車是一個擁有蓄能裝置的小車，通過車輪擺動產生能量，從而使得小車前進，小車因為慣性作用向前滑行一段距離后停止前進。本節課我們利用樂高科學套裝搭建一個慣性小車，請填寫表7-1，完善你的方案。

規劃設計

作品規劃

根據以上的方案，可以初步設計出作品的構架，請規劃作品所需要的元素，將自己的想法和問題添加到圖7-4的思維導圖中。

結構設計

慣性小車由底盤、擺動輪、棘輪機構3部分組成。參照圖7-5，你有什么更好的結構方案嗎？

探究實踐

在制作“慣性小車”作品時，首先根據作品結構，選擇合適的器材；然后依次搭建小車的底盤、擺動輪和棘輪機構，并將其組合；最后測試作品功能，開展實驗探究活動。

器材準備

慣性小車的底盤選擇梁、板、軸和軸套；擺動輪選擇梁、板、軸、軸套和銷軸連接器；棘輪機構使用梁和齒輪。它們之間通過各種銷相連，主要器材清單如表7-2所示。

搭建作品

搭建慣性小車時，可以分模塊進行。首先搭建慣性小車的底盤；然后根據支架和橫梁的位置搭建擺動輪；最后搭建棘輪機構。大家也可以根據自己的想法進行搭建，只要能夠滿足慣性小車的功能即可。

●搭建底盤

以4根梁作為底盤的主體，用板進行連接固定，在底盤上安裝用來固定車輪的軸，如圖7-6所示。

●搭建擺動輪

使用梁、板、軸和銷軸連接器等零件搭建支架和橫梁，最后將車輪掛在橫梁上，形成擺動輪，如圖7-7所示。

●搭建棘輪機構

用3孔的梁、灰色的非摩擦銷以及24齒的齒輪搭建棘輪機構，從而讓慣性小車只能保持前進狀態，如圖7-8所示。

●組合

將底盤、擺動輪和棘輪機構用銷進行連接，然后將4個車輪安裝在底盤的軸上，作品搭建完成。

功能檢測

慣性小車搭建好后，我們可以利用擺動輪去測量小車的滑行距離。下面開始我們的科學探究吧。

●質量與慣性

使用不同質量的擺動輪，對小車的滑行距離進行測試并思考分析原因，測試的距離以厘米為單位，按照表7-3開展實驗，將實驗結果記錄在表中。

●擺動幅度變化

使用搭建的慣性小車，按照表7-4開展實驗，改變擺動幅度，記錄慣性小車的滑行距離并思考分析原因，將實驗結果記錄在表中。

智慧鑰匙

1．慣性

物體保持靜止狀態或勻速直線運動狀態的性質，稱為慣性。慣性是物體的一種固有屬性，是一種抵抗的現象，其大小與該物體的質量成正比。當作用在物體上的外力為零時，慣性表現為物體保持靜止或勻速直線運動狀態；當作用在物體上的外力不為零時，慣性表現為外力改變物體運動狀態的難易程度。如圖7-9所示，拍打床被去除灰塵和開車時系安全帶等現象都是利用了物體的慣性，請你找一找慣性在生活中還有哪些應用。

2．棘輪機構

棘輪機構是由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運動機構。可以將連續的轉動和往復運動轉換成單向步進運動，由主動棘爪、棘輪、主動擺桿、止回棘爪組成。棘輪機構按照機構形式分為齒式棘輪機構和摩擦式棘輪機構。如圖7-10所示，男士腰帶、千斤頂等生活用品都是棘輪機構的實際應用。