物理小报作业——重力小车DIY
《设计制作小赛车》运动和力PPT课件
车轮粗糙一点，车子稍重一点。
如果用气球作动力，怎样减轻小车的重量？ 选择较轻的材料来做车架，如用泡沫塑料之类。
小车哪些地方的摩擦力是有害的？怎样减小它？ 转动轴的地方的摩擦力是有害的，这些地方安 装时不可卡紧，还可以加润滑油。
“飞驰号”小赛车设计方案
身体健康，
学习进步！
动力材料
设 计 草 图
车体材料
赛车做好了，让我们 来比一比，谁的赛车 最棒。
内外相应，言行相称。——韩非 生活中若没有朋友，就像生活中没有阳光一样。 仇恨永远不能化解仇恨，只有宽容才能化解仇恨，这是永恒的至理。 己所不欲，勿施于人。——《论语·颜渊》 变老并不等于成熟，真正的成熟在于看透。 当你的朋友向你倾吐胸襟的时候，你不要怕说出心中的“否”，也不要瞒住心中的“可”。 才须学也。非学无以广才，非志无以成学。——孔明
思考：这辆小车有什么特别的地方？这样的设 计有什么好处？
立杆式小车构思巧妙，用了 一根本身就有弹力的竹条立 在车上挂动力橡皮筋，避开 了车身对橡皮筋长度的限制。
PPT模板：/moban/ PPT背景：/beijing/ PPT下载：/xiazai/ 资料下载：/ziliao/ 试卷下载：/shiti/ PPT论坛： 语文课件：/kejian/yuw en/ 英语课件：/kejian/ying yu/ 科学课件：/kejian/kexu e/ 化学课件：/kejian/huaxue/ 地理课件：/kejian/dili/
设计制作小赛车
轮胎很宽，可以 增大摩擦力，避 免打滑。
要设计力量很 大较宽， 可以使行驶稳定。
设计流线型车身，使 空气阻力减到最低。
思考：这辆小车的前后轮子装中间一点好还是 拉开距离，把轮子安装在两端好？为什么？
重力势能驱动的自行避障小车设计与制作
重力势能驱动的自行避障小车设计与制作赵华成;刘武;潘聪华;何理瑞;李增芳【摘要】结合浙江省第三届大学生工程训练综合能力竞赛的要求,设计了一种完全依靠重力驱动行驶,并能够自动交错绕过赛道上设置的不同间距障碍物的自行避障小车.根据机械设计基本知识,确定了小车的总体设计方案及结构参数,借助MATLAB对小车行走轨迹进行了计算模拟,并制作了实车模型.比赛实践表明：制作的小车结构简单、运行平稳,可较好地实现变间距的自行越障功能.【期刊名称】《浙江水利水电学院学报》【年(卷),期】2016(028)006【总页数】4页(P73-76)【关键词】自行避障小车;工程训练;重力驱动【作者】赵华成;刘武;潘聪华;何理瑞;李增芳【作者单位】浙江水利水电学院工程实验实训中心,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TV124浙江省大学生工程训练综合能力竞赛主题——自行避障小车，要求采用纯机械结构设计并制作一种小车，利用能量转换原理，将重力势能转化为带动具有方向控制功能的小车行走的动能.竞赛时采用质量为1 kg的重物(φ50×65 mm，普通碳钢)铅垂下降，获得小车运动的动力，重物下降落差为400±2 mm，重物下落，带动小车一块行走.同时，小车在运动过程中，要求能够自动交错绕过赛道上设置的不同间距摆放的障碍物.本文结合竞赛要求，从小车的结构设计、材料选择、实物制作、运行调试等方面进行分析，通过MATLAB对小车行走轨迹进行了计算模拟，并制作了实车模型进行运行调试.竞赛要求小车为三轮结构，在前行时能够自动交错绕过赛道上设置的不同间距障碍物(障碍物为沿中心线摆放的φ20 mm、高200 mm圆棒)，小车自动行走轨迹(见图1).通过对小车前进路线的分析，可以将其行走轨迹近似地看成余弦函数，小车行走1个周期，绕过2个障碍物，即：由式(1)可知，小车行走轨迹的幅值A越小，小车行走的距离越长，理论上可以绕过的障碍物数量越多，但由于误差，小车也越容易撞到障碍物；同时小车要适应不同间距障碍物的场地，函数的周期是变化的，周期越小，要求幅值A越大，否则越容易撞到障碍物[1].由MATLAB可以算出不同间距时轨迹的振幅及周期长度[2](见图2).综合考虑以上需求，确定振幅A=400 mm，小车运行轨迹方程如下：可由第一类曲线积分计算得到单个周期的轨迹长度S[3]：为方便分析，根据小车需要完成重力势能的转换、驱动自身行走、避开障碍物等功能，将小车划分为车架、原动机构、传动机构、行走机构、转向机构、微调机构等六个部分进行设计，机构简图(见图3).小车工作原理为：重物在降落的过程中，将重力势能转化为动能并通过线绳带动绕线轮转动.绕线轮的动力分两部分输出：一部分通过齿轮机构驱动后轮实现小车行走；另一部分驱动四杆机构的曲柄转动，使得摇杆带动前轮获得连续往复摆动，实现小车的转向[4].原动机构是将重物下落时产生的重力势能转化为机械能，从而驱动小车前进和转向.重物用弹性较小的线绳与绕线轮连接，采用定滑轮支撑，线绳缠绕在绕线轮上.当重块下落时通过线绳拉动滑轮转动，带动绕线轮旋转.此外，小车启动时需要的力矩较大，绕线轮设计成锥形，在启动时转动半径较大，启动转矩大，有利于启动.之后，绕线轮半径变小，转矩变小，小车缓慢运行.定滑轮由3根均布的碳钢杆支撑，可以防止重物在下降的过程中晃动，使重物直线下降，减少了能量损失，保证了小车重心的稳定性.传动机构的作用是将动力和运动传递到转向机构和行走机构.考虑到传动机构效率高、传动稳定、结构紧凑的要求，绕线轮与行走机构(后轮)之间采用一级齿轮传动[5].行走机构主要指三轮行走机构.本文小车采用后轮驱动.由于小车行进路线是曲线，两后轮转速不同，采用单轮驱动实现差速，其中右后轮为主动轮，左后轮为从动轮，用轴承空套在后轴上，跟随小车的运动.根据传动比的选择原则，同时考虑到小车的行驶要求，将传动比定为i=1 ∶4，齿轮齿数分别为Z1=80，Z2=20，即绕线轮转1圈，后轮转4圈[5].小车行走1个周期的路程应与1个周期的轨迹曲线长度相等，后轮直径d、传动比i及1个周期的轨迹曲线长度S之间的关系为：转向机构是小车前进过程中实现周期性运动的关键机构.为实现小车在前进过程中，前轮可以左右周期性的摆动，转向机构采用空间曲柄连杆机构(见图4).转向机构应无急回特性，以实现左右均匀摇摆，即曲柄摇杆机构的行程速比k=1(φ12=180°),保证小车行走的轨迹中心线不偏离轨道中心线.按最小传动角设计行程速比k=1设计[6]：各杆件杆长需要满足以下相对关系[7]：考虑到加工、装配误差的影响以及竞赛障碍物变间距的要求，小车必须具有一定的调整功能，因此，在设计空间曲柄摇杆机构时，将连杆和摇杆设计成长度可调结构，曲柄采用曲柄盘实现曲柄半径可微调.小车在制作时，首先需要考虑制作材料，材料密度大，小车整体很重，导致摩擦力就大，消耗能量；材料密度较小，小车整体很轻，小车在行驶时会打滑、漂移，导致小车的轨迹会发生变化.综合考虑后，小车主要材料：车身、齿轮采用铝板，绕线轮采用铝棒，材料轻便、强度足够；传动轴、重物支架采用碳钢杆；后轮、轴承支座、曲柄盘等由有机玻璃制成.三维装配图(见图5).小车所有零部件均以车身底板为基础进行装配，为方便拆卸和调整，主要采用螺钉或螺栓连接.为了降低摩擦提高旋转精度，小车驱动轴、后轴、前叉以及滑轮上均装有轴承，轴承与支撑零件均采用紧配合.小车的实物(见图6).由于加工、装配等误差影响，小车的实际运行轨迹与理论轨迹存在一定的偏差，需要通过不断地调试来修正误差.小车在实车调试初期中主要遇到以下问题：(1)小车受环境的影响较大，比如地板的水平度、地板摩擦力大小.(2)小车重复运行轨迹一致性难以保证，调试时即使小车的各种参数都一定，在同一起始角度出发，小车运行的结果也会有较大差异.(3)小车运行轨迹中心线偏离赛道中心线，出现轨迹中心线呈曲线以及运行周期与理论周期不符.经过不断的探索，找到了优化改进的方法[8]：(1)通过大量重复性实验和调试，积累经验，寻找规律.(2)通过在地面上贴纸划线的方式，多次重复发车，不断调整小车的发车角度，使小车运行轨迹中心与赛道中心线吻合.(3)出现运行轨迹于理论轨迹不符，主要是由于转向机构的参数与理论计算不符，需要反复微调曲柄、连杆的长度.根据竞赛要求，设计并制作了一种以完全依靠重力势能驱动且具有方向控制功能的自行小车，并可依次绕过赛道上设置的不同间距障碍物.小车利用重物下落获得动力，齿轮机构带动后轮实现行走，空间四杆机构实现转向.本文制作的小车具有结构简单、运行平稳、调试容易等优点，在浙江省第三届大学生工程训练综合能力大赛中获得二等奖.【相关文献】[1] 屈伸，李斯瑞，靳松.一种重力势能驱动小车的设计与实现[J].湖南工业大学学报，2015，29(3)：30-34.[2] 李庆扬，王能超，易大义.数值分析[M].4版.武汉：华中科技大学出版社，2006.[3] 尚涛，谢龙汉，杜如虚.MATLAB工程计算与分析[M].北京:清华大学出版社，2011.[4] 曾思龙，温煜，倪柏杨.无碳小车转向机构的创新性设计[J].硅谷，2013(10)：36-37.[5] 邱宣怀，郭可谦，吴宗泽，等.机械设计[M].4版.北京：高等教育出版社，1997.[6] 郑文纬，吴克坚.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1997.[7] 王斌，王衍，李润莲，等.“无碳小车”的创新性设计[J].山西大同大学学报(自然科学版)，2012，28(1)：59-62.[8] 陈晓东，石雁南，张莉莉.无碳小车的设计、制作与创新实践[J].实验室研究与探索，2013，32(12)：92-95.。
动势能转换——3D打印重力小车
三、课后总结，发现问题
学生对重力小车难以把握重心，比较容易翻车。有的学生认为，小车越高越好，因此选择很长的木棒安装在底座上，导致小车重心偏高，容易翻车。有的学生认为，小车要有速度，因此选择较重的钩码，钩码的下降速度是快了，但是小车的重心向前，放在地上一下子就把小车拉倒了，根本行驶不了。
教学过程
一、聚焦任务，激发兴趣
播放赛车影片，激发学生的学习兴趣，让学生主动学习。（扫描右侧课件讲解视频二维码）
教师提出本节课教学任务：用3DOne软件设计一辆小车。
二、设计指导，着手实施
设计引导一、制作设计以重力为动力可以行驶的小车
1.提问：如何让重力成为小车的动力？
2.引导：利用简单的机械工具来改变力的方向，从而使重力成为动力。引出工具滑轮，给予学生初步设计草图与基础材料。（如图1）
动势能转换——3D打印重力小车
作者：管轶
来源：《江苏科技报·E教中国》2019年第03期
学习背景
人类社会进入21世纪，信息化浪潮席卷全球，以云计算、大数据、物联网、移动互联网以及3D打印等技术为代表的先进信息技术，对社会经济发展产生了深刻影响。这些技术日益改变着我们的生活方式，并且已经影响到了学校教育与人才培养。
3D打印技术自20世纪80年代出现以来，一直因打印成本昂贵而无法得到普及与应用，而目前它正处在关键的转折点，正如计算机由昂贵的工业品向家庭民用转变一般，3D打印目前正在快速发展过程中，打印成本的持续走低使其很快走入公众视野。越来越多的事实证明，3D打印已不再局限于工业设计、科研等高端领域，它正逐渐走出工厂与实验室，走进家庭与学校，走进每个人日常生活的方方面面。3D打印同时满足了物理实验的各种需求，因此，一线教师尝试将3D打印运用到物理实验教学中，助力.知道重力势能和动能之间可以相互转化。2.能够判断重力势能和动能大小变化。3.掌握3D模型制作软件基本操作。
自制教具“黑板上的过山车”
由于缺乏生活经验不能充分理解竖直面内圆周运动
的临界条件． 于是笔者利用废旧材料自制了一个“黑
板上的过山车”给同学们展示，收到了良好的课堂教
学效果．
外侧轨道约束原理：
小球在竖直平面内做圆周运动过最高点有最小
速度 v 的推导：
① 当 mg
= m v2 ，即 v Ｒ
= v0
=
槡gＲ 时，v0 为小球
恰好过最高点的临界速度．
此外由于小 球 运 动 时 速 度 快、时 间 短，具 体 演 示 时还可以利用智能手机的同屏功能和慢动作视频功 能，将实验的细节情况展示给全体学生观察［2］．
基金项目： 黑龙江省 2017 青年专项课题“智能手机和平板电脑在高中物理教学中的应用”( 课题编号: JJD1317012) ． 作者简介： 陈雷 ( 1983 － ) ，男，黑龙江哈尔滨人，硕士，中学一级教师，研究方向 : 中学物理学科教学．
2019 年 10 月
·自制教具·
Vol． 37 No． 19 中学物理
自制教具“黑板上的过山车”
陈雷
（ 哈尔滨市第三中学 黑龙江 哈尔滨 150078）
摘 要： 利用常见材料设计制作了“黑板上的过山车”，可以轻松“吸”在黑板上，用于演示竖直面内圆周运动的各
种情况，效果明显．
关键词： 自制教具; 高中物理; 竖直面内圆周运动
② 当 mg
＜ m v2 ，即 v Ｒ
＞ v0
=
槡gＲ 时，轨道对小
球产生压力，小球能过最高点．
③ 当 mg
＞ m v2 ，即 v Ｒ
＜ v0
=
槡gＲ 时，小球不能
通过最高点，实际上小球还没有到达最高点就已经脱
离了圆周轨道．
四年级科学上册第三单元设计制作小车
四年级科学上册第三单元设计制作小车（二）脚本【设置情景，引出主题】同学们，欢迎来到谢老师的科学微课堂。
我们知道汽车的发展是一个漫长的过程，工程师们运用自己所学的知识和技能，经过合理的分工合作，解决各种实际问题，从而制造出产品来。
任何产品都需要不断改进和完善，以满足人们对产品的更高要求，这是一个不断发现问题、解决问题、应用技术的过程。
今天，我们要一起来学习工程师们专业的科研精神，以他们为榜样，尝试自己动手制作出以下这两款小车，左边的，是以气球反冲力为动力的小车，右边是以橡皮筋弹力为动力的小车，同学们是不是等不及想要开始了，走吧，接下来跟着老师一起出发吧！【回顾知识，明确问题】上节课，我们已经明确了问题并制定好了方案。
这节课开始，我们将不再纸上谈兵，而是要真正动手制作小车了。
首先，在拿到材料之后，我们要先核对材料清单，气球小车的材料有：皮筋、气球、吸管、车身、用来固定的小木块、车轮、车轴、以及一些小配件。
橡皮筋小车的材料有：皮筋、车身、车轴、车轮、齿轮以及一些配件。
下面请同学们对照材料清单，再次熟悉自己小组的设计图。
你会选择了哪种动力方式呢？气球反冲力还是橡皮筋的弹力呢？接下里请同学们熟悉一下小车的三视图，通过三视图在脑海中想象出小车立体的样子。
与此同时，明确本次活动的任务：我们要制作一辆小车，可以五秒内把两块橡皮运输1米远的地方去。
请同学们思考一下问题一：怎样分工才能够更快更好地完成任务？比如我们可以按能力分工：“由善于策划的1号同学负责确认组装步骤，2号同学负责选择材料和工具，3号同学负责加工材料，动手能力较强的4号负责小车的组装，由5号同学进行调试，最后再由表达能力较突出的6号同学进行产品解说。
这样，通过小组内的合作，争取最快最好地完成任务。
同学们都已经有了很好的分工，前期的准备已经完成，我们就要进入本节课的探索环节在制作过程中，你们小组可能会遇到什么样的难题呢？比如：车轴怎么安装在车架上？同学其实可以从材料包的流程图里找到答案。
2024届中考物理第一轮专项复习——力学作图(含解析)
2024届中考物理第一轮专项复习——力学作图1.请在图中画出苹果所受重力G的示意图。
2.如图，一杯水在斜面上保持静止，O点为其重心，请在图中作出它所受重力的示意图。
3.投掷实心球是体育项目之一。
请在图中画出静止在水平地面上实心球的受力示意图。
4.下图是神舟十三号返回舱开伞后降落的情景，请画出返回舱所受重力G的示意图。
5.请按要求完成下列作图：在图中小车的重心O处画出小车所受重力的示意图。
6.在劳动实践活动中，小刚用平板车运送货物，使货物与车一起沿水平路面向右做匀速直线运动，填在图中以O为作用点，画出该货物的受力示意图。
7.如图甲所示，小阳乘坐机场水平电梯时，放在电梯上的手提箱与水平电梯以相同速度匀速直线前进，乙图是手提箱在水平电梯上的简化图，请在乙图中画出手提箱此时受力的示意图。
8.如题图所示，书静止放在水平桌面上，请在O点画出书受到的重力G和支持力F的示意图。
9.如图所示，斜面的正前方有一块磁铁，小铁球从斜面滚落到水平桌面上，在靠近磁铁时运动越来越快。
请画出此时小铁球在水平方向受力示意图（O点为小铁球的重心）。
的示意图。
10.如图所示，O为支点，杠杆AB平衡时，画出施加在杠杆上最小动力F111.如图是锅炉上的安全阀门示意图。
请画出物体A的重力示意图及F的力臂L。
12.如图所示，小亮用滑轮组将装修材料运到楼上，请用笔画线帮他组装最省力的滑轮组。
13.生活中常用“磁块”这种小物件，把它吸在铁质板上可以固定图纸或卡片等。
如图一个磁块吸在水平放置的铁板下表面，已知铁板对磁块的吸引力大约是磁块重力的3倍。
请画出磁块受力的示意图并用汉字标出各力的名称（O。
14.如图所示的避险车道内铺有厚厚的碎石，失控车辆一旦冲入就会因陡坡、碎石摩擦而快速停下，这在很大程度上保护了驾乘人员和车辆的安全。
正因如此，避险车道被称为高速公路上的“救命道”。
请在简化图中画出失控车辆冲入避险车道减速滑行时的受力示意图。
15.思考乐的小白同学用斜向右上的拉力拉动物体向右做匀速运动，请在图中：①画出绳子对手的拉力F ，②物块受到的摩擦力f 。
有趣的科学实验：重力小车
重力小车一、教学目标1．了解动能和重力势能，知道能量是守恒的。
2. 提高动手能力和创新意识。
3. 学会利用重物下落带动轮子转动的原理搭建小车。
二、教学重难点1．教学重点：动能和重力势能的关系。
2．教学难点：自主设计实验，通过能量的相互转换实现小车运动。
三、教学准备：四、教学过程：（一）回顾请小朋友们回顾一下上节课我们做了什么有趣的实验？通过这个实验我们了解到了哪些有趣的知识？哪位小朋友愿意举手和大家分享一下呢？找2-3位同学分享，老师总结。
（二）情景引入骑自行车、滑板或者溜冰鞋上下坡时，我们会有这样的感受：上坡时很吃力费力气，而下坡时非常轻松容易，有时可能下坡还要带点刹车防止速度过快带来危险。
同学们知道其中蕴含的科学原理吗？请同学们结合自己的实际经验谈感受。
（三）探究——能量重力：物体由于地球的吸引而受到的力叫重力。
重力的方向总是竖直向下。
物体受到的重力的大小跟物体的质量成正比。
如苹果熟透了会落下地面，而不向天上飞，就是因为苹果受到地球引力的作用，因此重力的方向总是竖直向下的。
重力势能：重力势能是物体因为重力作用而拥有的能量，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。
物体的质量越大、相对的位置越高、做的功越多，从而使物体具有的重力势能变大。
某种程度上来说，就是当高度一定时，质量越大，重力势能越大；质量一定时，高度越高，重力势能越大。
例如人们打桩时，先把锤子高高举起，锤子落下就能把木桩打入地里。
物体的质量越大，举得高度越高，它具有的重力势能就越大。
被举高的锤子就有重力势能，而且锤子质量越大，举得高度越高，它具有的重力势能就越大。
玩滑滑梯时，上到滑滑梯越高的地方，滑下来的速度就越快。
但是为了安全，滑滑梯不能制作的太高。
动能：物体由于运动而具有的能量，称为物体的动能。
质量相同的物体，运动速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，具有的动能就越大。
例如行走的动物、飞行的子弹、奔驰的骑车等都具有动能。
橡皮筋动力小车之欧阳地创编
自制“橡皮筋动力车”竞赛活动报告针对学生动手机会少，动手能力差，遇到问题不能想办法解决的现实，寒假里，“今腾科技社团”组织了科技“小发明、小制作”，活动。
给学生提供一次动手机会，和自我展示的机会。
其中四年级命题制作，自制“橡皮筋动力车”真正体现了研究活动。
活动要求：“橡皮筋动力车，用硬纸片剪制车轮，用竹签、金属丝等作车轴，橡皮筋作动力。
用瓶子、纸盒等材料作车壳。
”我作为辅导教师，布置完任务后，我逐个班级进行了“选择材料，介绍原理”等必要的辅导。
寒假期间我也进行了尝试性制作，比想象中要难！问题一，车做好后，车轮原地打转，车子不向前走。
学生返校的日子里，学生也提出这样的问题。
开学后，我组织科技社团学生进行讨论，分析原因：我们用的是橡皮筋的弹性，橡皮筋绕在车轴上，在其弹性的作用下，释放弹力的速度比较快而有力，车身轻，车轮与地面摩擦力小，而车轮原地自转。
在讨论中，找到了一种改进方法：加重车身重量，增加车轮与地面的摩擦力。
在同学们的实验中，车身加重到200——500克不等，原地打转的现象被克服了，车子能走了，但距离很近。
问题二，前进一段距离后，车子会倒退，达不到理想的前进距离。
在第二次组织学生分析研究时，我组织学生分析了原因：橡皮筋一端固定在车轴上，车子前进时橡皮筋释放完后，车子由于惯性继续前进，橡皮筋反方向被绕在车轴上，产生反弹力，使车子后退。
我提出了改进方法：（如图）车轴上安装挂钩，挂住橡皮筋的一端，当绕在车轴上的橡皮筋释放完成后，橡皮筋会从挂钩上自动脱落，就不会产生是车子后退的现象了。
我指导科技社团的同学们共同实验、改进，车子在橡皮筋的作用下利用惯性还能前进一段距离，结果令人满意，不会出现倒退的现象了。
问题三，橡皮筋动力车因橡皮筋的长度有限，在车轴上绕多少圈，决定了车子前进的距离——依据车轮的大小，大约1米2米左右。
“难道只能走这么短的距离吗？”学生提出这样的问题。
社团活动中，我带领学生分析了橡皮筋在小车内产生动力的方式（弹力：车轴缠绕橡皮筋是橡皮筋逐渐拉紧，利用的是橡皮筋在弹性范围内产生的弹力拉动车轴转动带动车轮转动，是车子前进。