第8課　小車受阻找原因

人總是對未知的事物感到好奇，世界那么大，誰都想去看看。冬季假期時，有不少人會選擇自己駕車到北方去看雪，但是，要讓汽車在雪地上行駛，可不是一件容易的事情，有什么辦法能解決這個問題呢？其實這與輪胎和雪地路面之間的摩擦力有關，只需要在汽車輪胎上裹上鐵鏈或履帶來增大與雪地路面的摩擦力，汽車就可以在雪地上行駛了。在本課內容中，我們使用樂高器材制作一個測量小車來探索一下摩擦力的奧秘。

任務分析

測量小車裝有一個測量指針，小車前進時指針轉動，通過記錄指針轉動的圈數測算出小車前進的距離，比較小車與水平接觸面之間的摩擦力大小。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，需要思考如何利用摩擦力和渦輪機構來制作小車，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

要設計制作一個測量小車，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8-1的思維導圖中。

提出問題

在制作測量小車時，需要思考的問題如圖8-2所示。你還能提出怎樣的問題？填在框中。

頭腦風暴

摩擦力與我們的生活息息相關，世界上的萬物之間充滿著摩擦力，摩擦力無處不在，無處不有，沒有了摩擦力的世界是難以想象的。人可以在路面上行走，靠的是腳與地面之間的摩擦力；汽車可以在路面上行駛，靠的是汽車輪胎與地面之間的摩擦力。如圖8-3所示，請仔細觀察，并比較測量小車和它們的異同。我們在設計測量小車的時候，有哪些地方可以借鑒呢？

提出方案

我們可以將測量小車放在與水平面成45°傾角的斜面木板上，讓小車自由滑下，小車因為接觸面的摩擦力作用向前滑行一段距離后停止前進。本課我們利用樂高科學套裝搭建一個測量小車，請填寫表8-1，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8-4的思維導圖中。

結構設計

測量小車由底盤、渦輪機構、指針3部分組成。參照圖8-5，你有什么更好的結構方案嗎？

探究實踐

在制作“測量小車”作品時。首先根據作品規劃，選擇合適的器材；然后依次搭建底盤、渦輪機構和指針，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

測量小車底盤選擇梁、板、軸和軸套；渦輪機構選擇梁、板、軸、軸套、齒輪和蝸桿；指針使用雙軸連接器和軸。它們之間通過軸相連，主要器材清單如表8-2所示。

搭建作品

搭建測量小車時，可以分模塊進行。首先搭建小車的底盤；然后根據底盤的位置搭建渦輪機構；最后搭建指針。大家也可以根據自己的想法進行搭建，只要能夠滿足測量小車的功能即可。

●搭建底盤

以2根15孔的梁作為底盤的主體，用板進行連接固定，在底盤上安裝用來固定車輪的軸，如圖8-6所示。

●搭建渦輪機構

用軸、蝸桿以及24齒的齒輪等搭建渦輪機構。注意只能由蝸桿帶動24齒的齒輪轉動，反之則不行。搭建好的渦輪機構可以通過車輪傳遞動力，帶動指針轉動，如圖8-7所示。

●搭建指針

將雙軸連接器和2個單位的軸連接，指針搭建完，如圖8-8所示。

●組合

將底盤、渦輪機構和指針用軸進行連接，然后用軸套進行固定，接著將4個車輪安裝在底盤的軸上，最后將小人放置在車上，作品搭建完成。

功能檢測

測量小車搭建好后，將小車放在與水平面成45°傾角的斜面木板上，當小車滑下時，帶動指針轉動，通過指針轉動的圈數來測算小車的滑行距離，得出與水平接觸面之間摩擦力的大小。

●壓力變化

將小車放在與水平面成45°傾角的斜面木板上，水平接觸面是木板，在小車后座上使用不同質量的重力塊，改變小車對接觸面的壓力，記錄小車的滑行距離，比較與水平接觸面之間的摩擦力大小。按照表8-3開展實驗，將實驗結果記錄在表中。

●接觸面變化

將小車放在與水平面成45°傾角的斜面木板上，使用不同材料的水平接觸面進行測試，記錄小車的滑行距離，比較與水平接觸面之間的摩擦力大小。按照表8-4開展實驗，將實驗結果記錄在表中。

智慧鑰匙

1．摩擦力

摩擦力是阻礙物體相對運動或者相對運動趨勢的力，摩擦力的方向與物體相對運動或者相對運動趨勢的方向相反。摩擦力可分為靜摩擦力、滾動摩擦力、滑動摩擦力。在日常生活中，摩擦力總是無處不在，如圖8-9所示，汽車輪胎的凹凸花紋和鞋子底下的紋路，都是為了增大與地面之間的摩擦力，起到防滑作用。

2．距離的測算

尺子是我們最常用的測量距離的工具，但是它在一些特殊場合使用時往往會有一些局限，例如要準確測量一個彎曲的公路長度時，如圖8-10所示，這時用尺子測量是無法做到的。但是，本課搭建的測量小車卻可以派上用場，只需要推著小車在公路上走一遍，先記錄指針轉動的圈數；然后找到蝸桿和齒輪之間的傳動比關系，因為小車的渦輪機構是由一個24齒的齒輪和蝸桿搭建完成的，所以當蝸桿旋轉24圈時，齒輪才旋轉1圈，也就是車輪旋轉24圈，指針旋轉1圈；最后通過測量車輪的周長，就可以測算出公路的長度了，即公路的長度=24×車輪的周長×指針轉動的圈數。