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多轨道同步小缆车装置

2022-05-22施晓益

发明与创新·小学生 2022年6期
关键词:定滑轮细绳缆车

施晓益

科学实验是小学科学课堂上最具吸引力的环节,然而教材上的一些实验往往无法满足学生的好奇心和求知欲,教师常常需要自行改进教具,激发学生的创新意识。

一、背景

教科版小学科学四年级上册第三单元第一节《让小车运动起来》中,有一个探究小缆车运动快慢与拉力大小关系的实验:如图1所示,设定小缆车运动的起點和终点,用细绳的一端拴住小缆车,另一端系在弯钩上,再将垫圈放在弯钩上,之后逐渐增加垫圈个数,观察小缆车的运动变化并记录行驶时间,从而了解不同大小的拉力对小缆车运动的影响。

经过多次实验,我发现了一些问题:

1. 小缆车从起点滑向终点往往会走“弯路”,导致每次小缆车行驶的路径都不同,无法得出准确的实验结果。

2. 小缆车行驶到终点时无法精准“刹车”,很容易从桌面掉落而毁坏。

3. 实验需要多名同学配合,一个同学增加垫圈促使小缆车运动,另一个同学需快速反应、立刻计时,同学们常常因默契度不够而操作失误,耽误时间。

二、创新

为了更好地进行实验,我设计了多轨道同步小缆车装置,大大提高了实验成功率。

(一)制作材料

小缆车、同步计时器、细绳、定滑轮、材质均匀的木板、垫圈或螺帽、铁钩、铁丝或铜丝、大头针、钉子、方形小木块等。

(二)制作过程

1.在木板一端固定3根铁丝或铜丝,搭建出3条直线轨道,设定起点和终点,在木板另一端同一直线位置固定3块方形小木块,作为小缆车运动的终点(如图2)。

2.将3根细绳的一端分别系在3辆小缆车上,另一端系在S形弯钩上(如图3)。在木板一端安装3个可调节高度的自制定滑轮(如图4),通过调节定滑轮的高度,使得直线轨道的高度一致。将细绳绕过定滑轮(如图5),可以减小小缆车与细绳之间的摩擦力。

3.为了使3辆小缆车运动的起点和起步速度一致,将小缆车放置在起点,用不锈钢卡板和螺母制作一个关卡置于小缆车前方。提起关卡,小缆车即可同时起步(如图6)。

4.为了使小缆车在直线行驶过程中不脱轨,特意在小缆车底部正中间固定两根平行排列的大头针,使铁丝或铜丝从两根大头针的空隙穿过。

(三)实验操作

同时进行三组实验,取平均数为最终数据。

第一组实验,在S形弯钩上放置1个稍重的垫圈或螺帽,提起关卡,同步计时。在重物的拉动下,3辆小缆车沿轨道直线行驶,以小缆车碰撞方形小木块为到达终点的指令,结束计时。第二、三组实验,分别在S形弯钩上加一两个稍重的垫圈或螺帽,并记录小缆车的运动时间。

根据最终数据,我们可以得知:小缆车运动快慢与拉力大小有关,S形弯钩上的垫圈或螺帽越多,拉力越大,小缆车行驶得越快。

三、总结

优化创新。本装置弥补了之前教具的不足,创新设计,运用了定滑轮、拉力、重力等多方面的知识。

形象生动。实验操作简单且容易理解,学生可以直观地看出不同拉力作用下小缆车运动速度的变化,对比实验中的变量与不变量。

精准无误。多轨道和同步起步装置设计可以实现3辆小缆车同时起步,这样不仅可提高实验数据的准确性,还能提升实验效率。

合作提升。实验的有序进行离不开学生的合作,该实验能够培养学生的团队合作意识,还可锻炼学生的观察力,有效提升学生的科学素养。

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