重力小车

【活动目标】

• 1、认识各种不同动力源的小车。
• 2、认识并掌握定滑轮的使用。
• 3、搭建一个重力小车。

【活动引入】

​ 您可以先把一盆水放在桌子上，然后放一张纸巾在水面上。可以让小朋友们发现纸巾不会沉入水中，而是漂浮在水面上。然后您可以问孩子们，这是为什么呢？小朋友们可能会回答水的密度比纸巾小，所以纸巾就浮在水面上。

​ 骑自行车上下坡时，我们都有同样的感受：上坡时很吃力，而下坡时心情却格外爽，时不时的还得刹刹车。而且坡度越陡，坡越长，速度就会越快。所以在一些丘陵地带，人们上坡时干脆下来推着走，正因如此，骑自行车的人少之又少。大家知道这其中蕴含的科学原理吗？

​ 接下来，您可以引导小朋友们想一想，为什么一架小车可以从一个斜坡上滑下来？孩子们可能会想到因为斜坡的高度比地面上的低，所以小车就会下滑。然后您可以告诉孩子们，这其实是因为地球吸引小车的力量，也称作重力。

​ 本节课将深入了解重力小车的起源和工作原理，以及不同动力源的小车类型。让我们一起来学习吧！

一、重力小车的起源

​ 重力小车，也称为滑坡车，是一种基于重力的玩具车。其起源可以追溯到 19 世纪初期，当时在美国宾夕法尼亚州的卡茨比镇，有些儿童利用木板和轮子搭建了一些玩具车道，用来玩耍。最初的设计比较简单，主要是靠斜面上的重力让玩具车往下滑动。

​ 后来，随着技术的发展，制造商开始生产更加精致的重力小车，并将其作为一种商业产品销售。这种玩具很快就风靡全球，成为了许多孩子们喜欢的玩具之一。

​ 现代的重力小车通常由塑料或金属材料制成，可以根据不同的需求进行定制。它们通常包括一个带有轮子的车身和一个斜坡，斜坡可以是直线的、弯曲的或者是一个环形赛道。玩家只需要将重力小车放在斜坡上，然后看着它沿着赛道滑行，感受速度和惊险刺激。

二、重力小车的工作原理

​ 重力小车可以是指重力加速度实验中用于测量重力加速度的小车，也可以是指一种玩具小车。下面我来分别介绍一下它们的工作原理。

1. 重力加速度实验中的重力小车

​ 重力加速度实验中，重力小车通常是一块滑动非常平滑的导轨上运动的小车，它的工作原理如下：

​ 首先，在一个倾斜角度很小的斜面上放置导轨，然后将小车放在导轨顶端并开启计时器，记录小车在特定距离内滑动所需的时间。通过添加不同的质量物块来改变小车的质量，可以测量出小车在不同质量下的滑动时间。最后，根据运动学公式计算出小车的速度和加速度，从而得出重力加速度的大小。

​ 这里的工作原理是利用加速度公式 a = F / m（其中 a 为加速度，F 为受力大小，m 为受力物体质量），在给定斜度和小车质量的情况下，测量小车受到的重力加速度大小。

2. 玩具重力小车

​ 玩具重力小车通常是一种玩具小车，可以在儿童游戏中使用，它的工作原理如下：

​ 玩具重力小车通常是靠手操作的电动玩具，它会沿着受重力作用的倾斜面向下移动。玩家可以通过控制小车的转向和前进速度来操纵它的运动轨迹。小车的电机通常由电池供电，控制电路将电能转换为机械能，使小车沿着预定的路径运动。实际上，它的运动原理类似于一辆电动玩具车，在重力和电动力两种力的作用下运动。

三、不同动力源的小车类型

​ 按照不同的划分标准，动力源的小车可以有以下划分：

1. 电动汽车：使用电池作为主要的能量储存源，通过电机驱动轮胎。常见的电动汽车有特斯拉、日产 LEAF 等。
2. 混合动力汽车：使用电池和内燃机两种动力来源，可以在城市道路上使用电池动力，在高速公路上使用内燃机提供动力。常见的混合动力汽车有丰田普锐斯、本田雅阁混动等。
3. 燃料电池汽车：使用氢气与氧气反应产生电能，通过电机驱动轮胎。常见的燃料电池汽车有丰田 MIRAI、奥迪 h-tron quattro等。
4. 柴油动力汽车：使用柴油发动机作为能量源，通过传动系统驱动轮胎。常见的柴油动力汽车有大众帕萨特、奔驰 C 级等。
5. 油电混合动力汽车：使用油电混合动力系统，结合了电池和内燃机两种动力来源，相比传统汽车更加节能环保。常见的油电混合动力汽车有雪佛兰 Volt、丰田卡罗拉双擎等。
6. 风力汽车：使用风能作为动力源，通过风车驱动轮胎。目前尚处于实验阶段，但有望成为未来的新能源汽车之一。

​ 在我们生活中，有许多不同动力源的小车。有电源作为能源也有化学原料作为能源。而今天我们也一起搭建一个环保的小车。不需要用任何外来能源。一辆很神奇的重力小车。

【活动准备】

​ 本次所用零件：

【活动过程】

步骤图

重力小车通常由框架和长梁支架组成，我们也按照这样的组成来制作重力小车。

1. 制作重力小车的框架。
2. 制作长梁支架。
3. 制作完成后，就可以组合成重力小车了。

第一步

​ 我们需要搭一个基本的小车模型，拥有四个轮子。

​ 使用的材料有：1* 12蓝色镶嵌梁2个、2* 6蓝色底片4个、2* 4蓝色底片2个、1* 2蓝色镶嵌梁2个、10轴2个、30.4 * 14轮胎4个、18* 14轮毂带圆孔4个。

第二步

​ 需要搭建一个装有定滑轮的超长支架。

​ 使用的材料有：1* 4蓝色底片4个、1* 16蓝色镶嵌梁4个、12轴1个、黄色半轴套4个、黑色摩擦销4个、18* 14轮毂带圆孔1个。

第三步

​ 最后装上我们的重力物体，为小车提供动力。

​ 使用的材料有：重积木1个、2* 4蓝色底片1个、双槽滑轮1个、细线1个。

第四步

​ 将其组装起来，组合好后我们的重力小车就完成啦！

【问题思考】

一. 提出问题

• 1、如何使小车行走时更加稳定？

• 2、如何为小车提供更加持久的动力？

二. 问题回答

• 1、给小车换上一个更大的框架，更大的轮胎。

• 2、加长两根长粱的长度。

【科学知识】

重力

​ 重力：由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力。如苹果熟透了会落向地面，而不向天上飞，就是因为苹果受到地球引力的作用，因此重力的方向是竖直向下的。

动能

​ 动能：物体由于运动而具有的能叫动能，它通常被定义成使某物体从静止状态至运动状态所做的功。例如行走的耕牛、飞行的 子弹、奔驰的汽车、绕地球旋转的卫星等都具有动能。动能的大小是运动物体的质量和速度平方乘积的二分之一。可以讲，物体的速度对动能的影响更大。

重力势能

​ 重力势能：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。对于重力势能，其大小由地球和地面.上物体的相对位置决定。重力势能的表达式为（了解）：Ep = mgh 。（ Ep 为重力势能，m 为质量，g 为重力系数，等于 9.8 N/kg，在大多数情况下，h 为物体距离地面的高度）。

​ 人们在打桩时，先把重锤高高举起，重锤落下就能把木桩打入地里。物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能就越大。被举高的重锤具有重力势能，且重锤的质量越大，被举得越高，下落时做的功就越多，也就是重锤的重力势能越大。滑滑梯时，上到滑 梯越高的地方，滑下来的速度就会越快。但为了保证安全，滑梯也不会做得太高。

定滑轮

​ 定滑轮是一种简单机械，常用于起重设备中，通过改变拉力的方向和大小来达到减轻人力的目的。以下是定滑轮的使用方法：

1. 确定定滑轮的位置：在使用定滑轮时，需要先确定定滑轮的位置，通常是在起重物体上方或者下方，确保拉力的方向符合需要。
2. 安装定滑轮：将定滑轮固定在合适的位置上，确保它能够承受起重物体的重量，并保持稳定。
3. 通过定滑轮拉动物体：将绳索通过定滑轮，然后将绳索的一端固定在起重物体上，另一端由人力拉动，就能够通过定滑轮的作用减轻拉力的大小和方向。
4. 注意事项：在使用定滑轮时，需要注意定滑轮的承重能力，不能超过其承受的重量。同时，要确保绳索的牢固性，以免出现断裂或滑动等情况。

​ 总之，定滑轮是一种简单实用的起重工具，使用起来非常方便，但是在使用时需要注意安全，确保操作正确。

​ 重力小车运动原理是将重力吊坠下落的重力转化为小车的动力，从而拉动小车向前运动，然而小车向前运动的同时，会产生摩擦力等阻力，最终使小车停下来。

【举一反三】

• 1、如何在最大伸长量时，使绳子能够自动绕回？

• 2、如何使小车遇到障碍物能够拐弯？

【结束】