投石机

【活动目标】

• 1、了解古代战争兵器投石机的结构和使用。
• 2、了解并运用杠杆原理。
• 3、学会搭建投石机。

【活动引入】

一、投石机的故事

​ 大家都知道，马走日、炮翻山，炮是象棋中唯一可以越子的棋种。

​ 可象棋发明的时代火药尚未被发明出来，更不要说制成火炮应用于战争中，到底象棋中所指的炮是什么呢？又为什么它必须得隔子打呢？

​ 其实，象棋里面的炮指的是以抛射石弹的大型抛掷远射冷兵器——投石机，据说最早出现在春秋战国时期。黑棋的 “砲” 也可以理解为打出去的是石弹，后来随着火药的发明应用，抛石机的弹丸也由单一的石弹向火药弹丸发展。火炮就是从抛石机发展而来的。

​ 投石机运用了杠杆原理，需要一个木架作为支点，才能攻击到敌人。所以象棋中，也需要隔一重炮架，才能打到对方的棋子。

​ 本次课程将了解投石机的起源和介绍投石机，以及投石机的结构，让我们一起来学习吧！

二、投石机的起源

​ 投石机是一种古老的攻城器械，其起源时间可以追溯到公元前 4 世纪。最早的投石机是由希腊军队发明的，被称为 “葫芦状弹射器”，投石机是手摇式的，由一个杠杆连接着弹弓，能够用于投掷石块、箭矢等攻击城墙和敌人。

​ 后来，在中世纪时期，投石机得到了广泛的应用，成为攻防战争中重要的武器之一。在这个时期，投石机的种类也不断增多，包括弓形投石机、反弹式投石机、辕车式投石机等各种不同类型。

​ 随着火药的发明和使用，投石机逐渐退出了历史舞台，但其影响和历史地位仍然不可忽视。投石机的使用不仅推动了古代科技的发展，而且也改变了古代战争的形态，具有重要的历史意义。

三、什么是投石机

​ 投石机又叫做抛石机、飞石车、投石车等，主体结构大都采用木料制成，炮架上方横置一个可以转动的轴，固定在轴上的长杆称为 “梢”，起杠杆作用。只有一根木杆的称为“单梢”，设多根木杆的叫 “多梢”，梢越多，可以抛射的石弹就越重、越远。

​ 投石机是一种古代的攻城器械，它使用杠杆原理将巨大的石头或其他物体抛向城墙或敌人，以达到摧毁城墙、攻陷城池或击败敌军的目的。投石机有许多不同的类型，如飞龙、施瓦尔茨良、板甲车等，它们的设计和结构有所不同，但都具有相似的作用。投石机在古代战争中曾经起到过重要的作用，现在也成为了历史和科技的研究对象。

四、投石机的结构

​ 投石机的结构大体分为三部分：基座、杠杆和投石臂。

1. 基座：通常建于地面上，用于支撑整个投石机的重量，并固定杠杆的位置。基座可以是简单的木框架或坚固的石墙。
2. 杠杆：杠杆是投石机的核心部件，由一根长杆和两个固定点组成。其中一个固定点在基座上，另一个固定点在杠杆的中间，与投石臂相连。在投石机的使用过程中，操作者拉动杠杆的一端，使之向下运动，从而驱动投石臂向上运动。
3. 投石臂：投石臂是连接杠杆和石头的部件，通常由木材或金属制成。它的长度和重量决定了投石机可投掷的物品大小和距离。在投石机使用时，操作者将石头放置在投石臂的杯形结构中，并利用杠杆的力量将其抛出。

​ 除了这些主要部件之外，投石机还包括一些辅助装置，如滑轮、绳索和弹簧等，用于增强投石机的稳定性和弹性。不同类型的投石机结构略有不同，但基本原理是相似的。

​ 在古代战争中，统治者为了得到更多的领地，经常攻城打仗。不仅有近距离的格斗，还有远距离的战争。这时候投石机发挥了很大的作用，今天让我们一起搭建古代战争武器投石机 。

【活动准备】

乐高积木9686套装

​ 本次所用零件：

【活动过程】

步骤图

投石机常由底座、支架把手和投掷臂组成，我们也按照这样的组成来制作投石机。

1. 制作投石机的底座。
2. 制作支架把手和投掷臂。
3. 完成后，就可以组合成投石机了。

第一步

​ 需要搭建一个稳定的底座，为发射重物打下基础。

​ 使用的材料有：1* 16蓝色镶嵌梁4个、2* 6蓝色底片8个、2* 8蓝色底片2个、1* 12蓝色镶嵌梁4个、2* 4积木块2个、蓝色长销4个、红色套栓2个。

第二步

​ 搭建一个支架和把手，可以让投石机根据时机投射。

​ 使用的材料有：1* 15白色的梁2个、十字口镶嵌积木1个、1* 4蓝色底片2个、1* 6蓝色镶嵌梁1个、12轴1个、3* 3橡胶圈1个、1* 4蓝色镶嵌梁1个、1* 3摇臂1个。

注意：支架与底座镶嵌的孔位。

第三步

​ 搭建投射重物的投掷臂，投石机就组装成功了。

​ 使用的材料有：1* 15白色的梁2个、灰色光滑销3个、黄色轴销2个、3* 7蓝色双角梁2个、12轴1个、灰色轴套2个、1* 3摇臂2个、4* 4橡胶圈4个、40齿轮1个。

注意：镶嵌的孔位影响到是否能投射成功。

第四步

​ 将底座、支架把手和投掷臂组合起来，组合好后我们的投石机就完成啦！

【问题思考】

一. 提出问题

• 1、投石机投射重物的是什么力？
• 2、投石机的投射物是以什么运动轨迹投出？

二. 问题回答

• 1、弹力。
• 2、抛物线轨迹。

【科学知识】

杠杆原理

​ 杠杆原理是物理学中的一个基本概念，指的是利用杠杆来放大力量或改变力的方向的原理。杠杆由两个支点和一个挂载重物的杆组成，当力作用于杆的一端时，可以通过调整支点和杆的长度来产生不同的效果。

​ 根据杠杆原理，当杆的两侧施加的力大小相等且方向相反时，杆平衡，即所施加的力矩相等；当杆的两侧施加的力大小不同时，可以通过调整支点位置使得杆达到平衡状态。在实际应用中，可以通过改变杠杆的长度、支点的位置等参数来实现放大力量或改变力的方向的目的，例如使用撬棍打开门锁、使用剪刀剪纸等。

​ 杠杆原理是物理学中的一个基础概念，广泛应用于机械工程、建筑工程等领域，也是设计复杂机械系统的重要基础。

费力杠杆

​ 费力杠杆是一种基于杠杆原理的机械装置，用于在不同位置和角度施加力量。费力杠杆由三个部件组成：杠、扭簧和手柄。其中，杠负责传递力量，扭簧可以储存能量并提供反作用力，而手柄则被用来推动杠。

​ 费力杠杆的主要优点是能够将较小的输入力转化为更大的输出力，并且可以在不同角度和位置使用。这使得它在很多领域中得到了广泛应用，例如汽车维修、物流等。常见的例子包括千斤顶、铰链、门锁等。

​ 杠杆原理是物理学中的基本原理之一，它描述了在一个支点周围施加力量时，能够产生力量放大或缩小的现象。费力杠杆是一种利用杠杆原理的机械设备，它可以通过将施力点和负重点的位置比例调整来增强力量。

​ 在投石机中，使用费力杠杆可以使投掷物发射更远。通过拉动杠杆使得投石机的弹臂上的势能积累，当释放杠杆时，弹臂向前扫过，使得弹丸或石头被弹出去。由于费力杠杆使得弹臂受到更大的力推动，因此会使得投掷物的速度更高、飞行距离更远。

​ 当然，还有其他因素也会影响投石机的投掷距离，如投掷物的重量、弹性系数等等。但利用费力杠杆可以增强投石机的威力，从而使得投掷物发射更远。

​ 使用投石机需要注意安全问题，特别是投石机的威力很大，操作者必须保持足够的距离，以免发生意外。此外，在使用过程中还需注意石头或其他抛射物的重量和形状，以确保不会对人或物造成伤害。

【举一反三】

• 1、如何让投石机更加精准的打击目标？

• 2、怎么让投石机装上保护作用的盾牌？

【结束】