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科学百宝箱《平衡的世界》系列科普资源包之一

2015/7/15 10:27:01 人评论 次浏览

                                                                          

 

项目名称:平衡的世界

关键词:重心、支点

相关学科:物理

项目类型:实验探究和创新设计

活动对象:10——16岁

活动时间:60分钟

    一、活动简介

本活动结合宁夏科技馆展厅展品小猴骑车、平衡脚踏车等展品及初中物理课本的相关知识,通过自主选材,运用生活中常见的普通材料,易拉罐、叉子等简单工具,运用探究式的教学方式让孩子们通过自己动手感受重心,支点等科学知识,激发孩子们的学习兴趣和学习热情。

二、活动目标

1.在熟知重心的情况下,了解展品操作及科学原理。

2.培养孩子的实际动手能力和在动手实践操作过程中的创造思维的能力,并激发青少年学习新知识的兴趣和培养积极性。

3.通过与展品相结合的形式激发孩子探究生活中科学现象的欲望,满足好奇心,萌发在活动中认真思考,克服困难,团结合作的精神,感受成功的快乐。

4.例举重心在生活中的应用,能够例举出实例。

   三、活动准备

 器材准备

  可乐瓶、叉子、棉签、杯子、凳子、竹签、皮筋、橡皮泥

  各小组共用一套橡皮泥

四、活动过程

1.导入:

展品演示:

1、给小猴施加力,看能否平稳通过钢丝绳。

2、再加上配重陀,观察现象。

展品原理:

       其实,小猴能够平稳前进的关键之处,在与重心的位置,所谓重心就是重力的作用点,物体上面越重,重心就偏上,而下面重,重心就越偏下。当小猴下面没有加配重陀时,重心位于钢丝的上方,这是小猴无法保持稳定平衡,只要重心偏离一点,小猴就会在重力的作用下偏离越来越远,直至栽倒。而给小猴下方加上配重陀后,它的重心就下降到钢丝的下方,这时哪怕小猴发生偏离,但在重力的作用下,还是会恢复到原来的位置,这种平衡就叫做稳定平衡。

        注意事项:

1. 操作展品时要轻轻滑动小猴。

2. 实验过程中要注意可乐瓶水的多少,避免屡次实验失败。

2.实验过程中注意选材要一致,叉子质量要相同。

3.实验过程中要注意火,避免发生突发状况。

活动任务:自主设计,利用所给材料,在规定时间内完成“找重心”的制作和演示,总结和评定比赛成绩。

1. 分组制作“听话的可乐瓶”

要求:让可乐瓶斜着站立,用这个实验可以确定规则物体的重心。材料自选、规定时间内完成、总结科学原理和改进措施。


现象解释(如上图):可乐瓶平放时重心在底部中间的位置,当留适量的在瓶内时,就会改变它的重心,由于水具有流动性,当倾斜后水会涌到一边,使重心降低,降低到倾斜的位置,而物体的重心越低就会越稳定,所以易拉罐可以倾斜立住而不倒。

  2.分组制作“杯与火的边缘”

要求:使叉子悬浮在杯口,用这个实验来确定一些不规则形状物体的重心


现象解释(如上图):叉子和棉签组成的组合体的重心与瓶口对棉签的支撑点在同一条竖直线上,所以棉签组合体能够立在瓶口边缘上,由于棉签组合体的重心在支撑点的下方,所以当叉子轻微摆动时,棉签组合体也不会从瓶口上掉下来。

  3.分组制作“竹签陀螺”

  要求:利用竹签制作陀螺,找准重心,旋转起来


 现象解释(如上图):竹签陀螺生动地展示了物体的重心越低越稳定这一基本的力学原理。它可以平稳地站在手指上、瓶盖上、桌角上等任何有支撑功能的介质上,而且可以平衡旋转!

   

我来找重心试验情况记录表

组 别

第 组

时 间

年 月 日

组 长

 

组 员

 

实验项目制作

过 程

步骤:

遇到的困难:

解决办法:

实验效果

外观:

方向性:

滞空时间:

调试办法:

思 考

如何能让竹签陀螺站的更稳,旋转起来更轻松?

答:

 

 

    3. 展示交流,

(1)体验“听话的可乐瓶”、“杯与火的边缘”及“竹签陀螺”的效果,并总结。

(2)全班交流试验体会:师生共同讨论什么是重心,是否所有的物体重心都在一个位置。明确其中科学道理:重心,是在重力场中,物体处于任何方位时所有各组成质点的重力的合力都通过的那一点。规则且密度均匀物体的重心就是它的几何中心,重心越低越稳定。

4. 活动总结

活 动 总 结 表

姓 名

 

我在组里的任务

 

我在参与制作过程中遇到的问题是

 

我解决问题的办法是

 

通过此活动我学到的知识是

 

通过此活动我得到的启发是

 

五、活动延续

1.了解宁夏科技馆展厅一楼平衡脚踏车的相关知识;二楼?的相关知识。

2.尝试开发新实验?

六、科学百宝箱

科学原理

1.重心

  重心是一个抽象的概念,什么叫重心,不能说成是中心。重力既有大小又有方向,从效果上看,一个物体受重力,应该是这个物体的每一部分都在受重力。例如,这个盒子各个地方都受重力,那么按道理讲我们应该把这个盒子切成很多很多小块,每一个小块都受到重力,每个小块的重力总和就应该是盒子受到的重力的大小,但是,如果真的把这个盒子切成这么多小块,研究起来是非常复杂的,反倒麻烦了。那么一个物体各部分受到的重力,从效果上看,我们可以把物体各部分受到的重力集中作用在某一点,这一点就叫做物体的重心。

 

  2.决定物体重心位置的因素

  (1)物体的形状;

  (2)物体的质量分布。

  3.确定物体重心的方法

  (1)形状规则、质量分布均匀的物体,重心在其几何重心上

  (2)对不规则的细棒和薄板,可用支撑法或悬挂发确定其重心

 

  4.物体重心与稳定的关系

  重心越高,物体的稳定性越差,

  重心越低,物体的稳定性越好。

思考:物体的重心一定在物体身上吗?

知识点:

  1.对重心的理解

  (1)重心并不是实际存在的一个特殊点,引入重心是为了研究问题的方便。

  (2)如果物体的形状、质量的分布情况发生变化,则重心的位置将发生变化。当物体的形状及质量分布确定后,物体的重心是唯一确定的。

  (3)重心不是最重的点。物体的各部分都受到重力作用,重力并不只作用于重心上,重心也不是物体上最重的点。

  (4)物体的重心可以不在物体上。由于重心是一个等效作用点,所以它可以不在物体上(如球壳,其重心在球心,并不在壳体上)。

  2.重心的确定——悬挂法

  (1)前提条件:薄板状物体。

  (2)原理:当悬挂的物体静止时,重力和拉力平衡,重心一定位于过悬挂点的竖直直线上。

  3.重心的高低对物体稳定性的影响

  (1)物体的稳定性往往受重心高度的影响,物体的重心越低,则物体越稳定。生活中往往采用降低重心高度的办法来增加物体的稳定性,如装运货物时,往往把较重的货物放在下面,就是为了降低重心,增大稳定性。

(2)当物体的重力作用线落在它的支持面内时,物体可以保持稳定,落到支持面外时则会倾斜,如车辆行驶时车身倾斜的角度不能过大。

                                                                                                                           原创作者:孙娜