第8课　小车受阻找原因

人总是对未知的事物感到好奇，世界那么大，谁都想去看看。冬季假期时，有不少人会选择自己驾车到北方去看雪，但是，要让汽车在雪地上行驶，可不是一件容易的事情，有什么办法能解决这个问题呢？其实这与轮胎和雪地路面之间的摩擦力有关，只需要在汽车轮胎上裹上铁链或履带来增大与雪地路面的摩擦力，汽车就可以在雪地上行驶了。在本课内容中，我们使用乐高器材制作一个测量小车来探索一下摩擦力的奥秘。

任务分析

测量小车装有一个测量指针，小车前进时指针转动，通过记录指针转动的圈数测算出小车前进的距离，比较小车与水平接触面之间的摩擦力大小。首先在构思这个作品时，要明确作品的功能与特点；然后在设计作品时，需要思考如何利用摩擦力和涡轮机构来制作小车，并能够提出相应的解决方案，从而掌握相应的物理知识；最后将所学的知识进行拓展延伸来制作生活中其他的类似物品。

明确功能

要设计制作一个测量小车，首先要知道它应当具备哪些功能或特征。请将你认为作品所需要达到的目标填写在图8-1的思维导图中。

提出问题

在制作测量小车时，需要思考的问题如图8-2所示。你还能提出怎样的问题？填在框中。

头脑风暴

摩擦力与我们的生活息息相关，世界上的万物之间充满着摩擦力，摩擦力无处不在，无处不有，没有了摩擦力的世界是难以想象的。人可以在路面上行走，靠的是脚与地面之间的摩擦力；汽车可以在路面上行驶，靠的是汽车轮胎与地面之间的摩擦力。如图8-3所示，请仔细观察，并比较测量小车和它们的异同。我们在设计测量小车的时候，有哪些地方可以借鉴呢？

提出方案

我们可以将测量小车放在与水平面成45°倾角的斜面木板上，让小车自由滑下，小车因为接触面的摩擦力作用向前滑行一段距离后停止前进。本课我们利用乐高科学套装搭建一个测量小车，请填写表8-1，完善你的方案。

规划设计

作品规划

根据以上的方案，可以初步设计出作品的构架，请规划作品所需要的元素，将自己的想法和问题添加到图8-4的思维导图中。

结构设计

测量小车由底盘、涡轮机构、指针3部分组成。参照图8-5，你有什么更好的结构方案吗？

探究实践

在制作“测量小车”作品时。首先根据作品规划，选择合适的器材；然后依次搭建底盘、涡轮机构和指针，并将其组合；最后测试作品功能，开展实验探究活动。

器材准备

测量小车底盘选择梁、板、轴和轴套；涡轮机构选择梁、板、轴、轴套、齿轮和蜗杆；指针使用双轴连接器和轴。它们之间通过轴相连，主要器材清单如表8-2所示。

搭建作品

搭建测量小车时，可以分模块进行。首先搭建小车的底盘；然后根据底盘的位置搭建涡轮机构；最后搭建指针。大家也可以根据自己的想法进行搭建，只要能够满足测量小车的功能即可。

●搭建底盘

以2根15孔的梁作为底盘的主体，用板进行连接固定，在底盘上安装用来固定车轮的轴，如图8-6所示。

●搭建涡轮机构

用轴、蜗杆以及24齿的齿轮等搭建涡轮机构。注意只能由蜗杆带动24齿的齿轮转动，反之则不行。搭建好的涡轮机构可以通过车轮传递动力，带动指针转动，如图8-7所示。

●搭建指针

将双轴连接器和2个单位的轴连接，指针搭建完，如图8-8所示。

●组合

将底盘、涡轮机构和指针用轴进行连接，然后用轴套进行固定，接着将4个车轮安装在底盘的轴上，最后将小人放置在车上，作品搭建完成。

功能检测

测量小车搭建好后，将小车放在与水平面成45°倾角的斜面木板上，当小车滑下时，带动指针转动，通过指针转动的圈数来测算小车的滑行距离，得出与水平接触面之间摩擦力的大小。

●压力变化

将小车放在与水平面成45°倾角的斜面木板上，水平接触面是木板，在小车后座上使用不同质量的重力块，改变小车对接触面的压力，记录小车的滑行距离，比较与水平接触面之间的摩擦力大小。按照表8-3开展实验，将实验结果记录在表中。

●接触面变化

将小车放在与水平面成45°倾角的斜面木板上，使用不同材料的水平接触面进行测试，记录小车的滑行距离，比较与水平接触面之间的摩擦力大小。按照表8-4开展实验，将实验结果记录在表中。

智慧钥匙

1．摩擦力

摩擦力是阻碍物体相对运动或者相对运动趋势的力，摩擦力的方向与物体相对运动或者相对运动趋势的方向相反。摩擦力可分为静摩擦力、滚动摩擦力、滑动摩擦力。在日常生活中，摩擦力总是无处不在，如图8-9所示，汽车轮胎的凹凸花纹和鞋子底下的纹路，都是为了增大与地面之间的摩擦力，起到防滑作用。

2．距离的测算

尺子是我们最常用的测量距离的工具，但是它在一些特殊场合使用时往往会有一些局限，例如要准确测量一个弯曲的公路长度时，如图8-10所示，这时用尺子测量是无法做到的。但是，本课搭建的测量小车却可以派上用场，只需要推着小车在公路上走一遍，先记录指针转动的圈数；然后找到蜗杆和齿轮之间的传动比关系，因为小车的涡轮机构是由一个24齿的齿轮和蜗杆搭建完成的，所以当蜗杆旋转24圈时，齿轮才旋转1圈，也就是车轮旋转24圈，指针旋转1圈；最后通过测量车轮的周长，就可以测算出公路的长度了，即公路的长度=24×车轮的周长×指针转动的圈数。