不倒翁(重心)
不倒翁与重心
不倒翁与重心
有味的不倒翁，不论你如何用劲推，它都可不能翻倒。
甚至你把它横过来放，一松手，“倔强”的不倒翁又会站在你面前。
这是如何回事呢？
一块水平放置的砖头，不论雨打风吹，总是稳稳地呆在原地。
假如把它竖起来，一有风吹草动它就可能翻倒。
这是因为砖头平放时，重心专门低，接触地面的面积又专门大。
也确实是说，它的重心较低，不容易翻倒。
其他物体也是如此。
假如你到过工厂，会发觉许多机器设备的机座都比较大，也专门沉，目的确实是防止机器翻倒，增加机器的稳固性。
往车或船上装物资时，是把重的东西放在下面，依旧把轻的东西放在下面呢？你一定猜到了，要先把重的东西放在底部。
因为如此一来，整个车或船的重心较低，能够保证行驶的安全。
那么不倒翁什么缘故可不能倒呢？一方面因为它上轻下重，底部有一个较重的铁块，因此重心专门低；另一方面，不倒翁的底面大而圆滑，当它向一边倾斜时，它的重心和桌面的接触点不在同一条铅垂线上，重力作用会使它向另外一边摆动。
比如，当不倒翁向左倒时，重心和重力作用线在接触点的右边，在重力作用下，不倒翁就又向右倒。
当倒向左边时，重心和重力作用线又跑到接触点左边，迫使不倒翁再向左倒。
不倒翁确实是如此摆过来，又摆过去，直到因为摩擦和空气阻力，能量逐步缺失，减少到零时，重力作用线恰好通过接触点，它才可不能连续摆动。
不倒翁的科学原理
不倒翁的科学原理
不倒翁，又称别倒翁，中国古代的科技产物，从外观上以木制马、象等动物的模型的
造型来呈现，形状可称之为“夫子座”，位于器具的最上端，它们特殊的形状能使其反复
突破重力，惊奇地站起来。
不倒翁的原理就是“重心原理”。
重心是指物体的重力中心，质点的重心是指物体表
面上所有质点位置的几何中心。
不倒翁的重心位于它最根部，摆放它在一个倾斜的平面上
就会发现，这个玩具不但掉不倒，而且头朝上，尾朝下，自动重新倒立，当它把重心放置
在一个可以将它保持站立的角度时，它就会立起来。
当不倒翁摆放在倾斜的平面上，未达到角度极限时，它的头部立着，从而使重心处于
一个位置，令它的头部处在一个低于它的尾部的位置，使其陷入引力环境，它会促使它朝
另一侧移动。
在持续移动的过程中，不倒翁会逐渐调节到一个正确的角度，使重心总是处
置其真正的位置，也就使它不久保持立着。
不倒翁的原理可以用来形容重力的作用，例如现实生活中的“平衡模型”，现实中，
在某一点上存在一种向两边平分的力，表现为两侧平衡，便形成一种力学平衡。
另外，不倒翁也可以用来研究动态平衡。
当运动无穷小，物体的重力可以被忽略不计时，动态平衡基于物体受到的内外力平衡的原理，动态平衡的模型和不倒翁的原理有着极
其相似之处。
以上但凡是不倒翁的原理，即“重心原理”，它不仅在古老的科技产物中出现，也影
响着我们现在仰赖的物理机理，“重心原理”有着极高的学习价值，非常值得我们去探究。
不倒翁的特征
Байду номын сангаас蛋壳不倒翁
玩具不倒翁
不倒翁的特征
不倒翁的形体结构
不倒翁为空心壳体，重量很轻；下 半身是一个实心的半球体，重量较大，不倒 翁的重心就在半球体之内。下面的半球体和 支承面之间有一个接触点，这个半球体在支 承面上滚动时，接触点的位置就要发生改变。 不倒翁始终用一个接触点站立在支承面上， 它永远是一个独脚体。
不倒翁的平衡稳定性
不倒翁课件
03
CATALOGUE
不倒翁的物理原理
重心与稳定性原理
重心位置
不倒翁的重心位于其底部 ，使其能够在受到外力时 自动恢复原状。
稳定性分析
通过分析不倒翁的受力情 况，解释其如何实现动态 平衡。
偏转角度与恢复力
探究不倒翁偏转角度与恢 复力之间的关系，揭示其 自复位的奥秘。
摩擦力与能量转换原理
摩擦力的作用
3. 使用彩色笔在装饰 物上绘制图案，增加 美观性。可以根据个 人喜好绘制不同的图 案和颜色。
4. 在半球顶部使用针 和线制作一个小孔， 大小以能够方便加入 配重为宜。将沙子或 小米通过小孔加入半 球内，直至达到合适 的重量。使用胶水或 双面胶将小孔封闭， 确保不倒翁不会漏沙 。
5. 检查不倒翁的稳定 性和美观性，如有需 要可以进行微调。完 成后即可得到一个漂 亮的不倒翁玩具。
彩色笔
用于绘制装饰图案，增加 不倒翁的美观性。
针和线
用于在半球顶部制作一个 小孔，方便加入配重。
制作流程详解
1. 选择一个合适的塑 料半球作为不倒翁的 外壳，确保其表面干 净、光滑。
2. 使用剪刀裁剪彩色 纸片或布片，使其能 够紧密地包裹在半球 上。使用胶水或双面 胶将装饰物固定在半 球上，注意保持平整 ，不要有气泡或褶皱 。
多功能不倒翁，如音乐不倒翁、发光 不倒翁等，增加玩具趣味性，满足孩 子多种需求。
06
CATALOGUE
不倒翁的未来发展趋势
智能化不倒翁的设计与实现
嵌入式系统
在不倒翁中嵌入微控制器和传感器，实现自动平衡、遥控操作等 功能。
人工智能算法
应用机器学习、深度学习等技术，使不倒翁具备自适应、自主决策 等能力。
头脑风暴
不倒翁的科学教案
不倒翁的科学教案一、教学内容本节课的教学内容来自小学科学教材第四章《力和运动》的第三节“平衡与稳定”。
本节课主要通过探究不倒翁的平衡原理，让学生理解重心的概念，以及重心对于物体平衡的影响。
二、教学目标1. 让学生了解不倒翁的平衡原理，理解重心的概念。
2. 培养学生运用科学知识解决实际问题的能力。
3. 培养学生合作探究、动手实践的能力。
三、教学难点与重点重点：不倒翁的平衡原理，重心的概念。
难点：如何引导学生通过实验发现不倒翁平衡的秘密，如何让学生理解重心对于物体平衡的影响。
四、教具与学具准备教具：不倒翁、尺子、重物、平衡木。
学具：每人一个不倒翁，一张白纸，一支笔。
五、教学过程1. 实践情景引入：让学生观察不倒翁，尝试用自己的力量使其失去平衡，引发学生对平衡问题的思考。
2. 探究活动：学生分组进行实验，尝试找出使不倒翁平衡的秘密。
教师巡回指导，引导学生发现不倒翁的重心位置对其平衡状态的影响。
3. 讲解与演示：教师通过讲解和演示，明确重心的概念，解释不倒翁为什么能够保持平衡。
4. 随堂练习：让学生尝试用自己的手调整不倒翁的位置，使其保持平衡，加深对平衡原理的理解。
5. 拓展延伸：让学生思考现实生活中哪些物体运用了平衡原理，提高学生运用知识解决实际问题的能力。
六、板书设计重心：不倒翁平衡的关键位置影响平衡状态七、作业设计1. 请用一句话描述不倒翁平衡的秘密。
答案：不倒翁平衡的秘密在于其重心位置较低，容易保持平衡。
2. 请举例说明生活中运用平衡原理的物体。
答案：天平、自行车、船等。
八、课后反思本节课通过探究不倒翁的平衡原理，让学生理解重心的概念，培养了学生的实践操作能力和合作意识。
在教学过程中，要注意引导学生主动参与实验，观察现象，发现问题，从而提高学生的科学素养。
同时，要关注学生的个体差异，给予不同程度的学生个性化的指导，使他们在课堂上都能有所收获。
重点和难点解析一、探究活动在教学过程中，学生分组进行实验，尝试找出使不倒翁平衡的秘密。
重心的应用——不倒翁
重心的应用——不倒翁不倒翁，相信大家都见过，在客厅里，房间的书桌上，都是一个很好的小摆设。
不仅外表好看，还十分有趣的很。
不管人们从那个方向用多大的力气推它，它都是一摇一晃的摇来摇去，再加上那逼真的图像，就像一个老顽童和你斗气般，始终不会倒下。
那在玩的过程中大家有没有想过，不倒翁为什么不会倒下吗，这其中有关系到什么原理呢？接下来我们就来探究一下。
首先，我们只改变力的大小来测试它，我们用不同的力去推同一部位，先从小的开始，慢慢的加大力气，看看不倒翁会有什么现象。
在实验过程中，我们可以看到不倒翁随着力气的增大，摇摆的幅度也变的越来越大，但始终却也没有倒下，看来力的大小不是决定不倒翁是否倒下的关键原因。
那我们再试着用另一个方法测试它，我们用适当的力去推它，改变的只是力的受力点，我们从最高点开始，逐渐的把受力点往下移，在这过程中，不倒翁又有什么现象呢？我们发现，不倒翁还是淘气的摇来摇去，最终还是挺立着。
既然这两种方法都不能让不倒翁倒下，我们就来分析下其中的缘由。
先看一下它的结构。
最常见的不倒翁是纸身、泥底，即用纸浆灌模或用废纸粘糊成形，再用泥土制成半圆形的底座，将二者粘合好之后，再在外表糊上净纸，施以彩绘而成；也有的用木头做底，底部中心固定上铁块和小石子；还有用小葫芦挖净内瓤，内部灌铅做成的“葫芦”；今天还有用鸡蛋壳、旧乒乓球做成的小不倒翁。
所有的这些不倒翁都有相同的特点：上半身为空心壳体、下半身是一个实心的半球体，底部为圆形。
不倒翁为空心壳体，重量很轻；下半身是一个实心的半球体，重量较大，不倒翁的重心就在下半球体之内。
下面的半球体和支承面之间有一个接触点，这个半球体在支承面上滚动时，接触点的位置就要发生改变。
不倒翁始终用一个接触点站立在支承面上，它永远是一个独脚体。
这些特点使它们具有了一致的基本力学结构，都能达到“不倒”的效果。
接着，我们再来看看不倒翁受力时的情况。
不倒翁平衡的受力情况。
不倒翁在桌面上，受到两个外力的作用：一个是重力G，地球对不倒翁的吸引力；另一个是支持力，桌面对牛球体的反作用力。
不倒翁的力学分析
不倒翁的力学分析不倒翁是一种经典的机械玩具，它的特殊设计使它能够在倾斜的平面上保持平衡而不会倒下，给人们带来了无穷的乐趣。
本文将对不倒翁的力学原理进行分析，帮助读者更好地了解这个有趣的机械玩具。
首先，我们需要了解不倒翁的结构。
不倒翁由两部分组成：下部是一个较小的球形重物，上部是一个较长的圆柱形身体，身体中空，可以装载一些干扰物，例如水或沙子。
不倒翁的设计是让底部的球重心处于高于圆柱形身体重心的位置，这样在倾斜的平面上，当球受到外力时，它的反应力可以使得不倒翁抬起一侧来保持平衡。
同时，球在底部的摩擦力也对于平衡起到了重要作用。
其次，我们需要了解不倒翁的平衡原理。
当不倒翁被放在一个水平的平面上时，重心在球的位置，球的质量足以保持不倒翁平衡。
但当不倒翁被放在倾斜的平面上时，球的位置相对于圆柱形身体会上下滚动，这时候球会受到外力去推动身体来到达平衡状态。
当球移动到圆柱形身体的一侧时，身体的重心会被球抬起，此时地心引力就被转移了。
每个时刻，地心引力和反作用力（身体的摩擦力）都在同一水平线上，保持不倒翁的平衡状态。
最后，我们需要了解重心和支点之间的关系。
如果我们将支点放在不倒翁的中心，那么不倒翁将在平衡状态下保持水平，但当它被倾斜时，它将沿着倾斜的方向向下旋转。
相反，如果支点放在不倒翁的一侧，不倒翁在倾斜的方向上可以支持更多的外力，并可能会出现更大的摆幅。
总之，不倒翁之所以能够保持平衡不倒，关键是重心的位置和支点的选择。
当外力作用于不倒翁时，它能够通过改变其姿势来抵消这些力，达到平衡状态。
如果你需要更深入地了解不倒翁的机械原理，我们建议你实验一下，制作一个不倒翁玩具，然后研究不同的球形和身体结构对平衡的影响，这将有助于你更好地理解不倒翁的力学原理。
不倒翁注释及解释
不倒翁注释及解释全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：不倒翁，也称作摇摆人、摇摆娃娃，是一种以稳定性为特点的装饰品或玩具。
不倒翁的外观通常是一个下端较宽的圆桶状物体，顶部有一个头部或者带有人物形象的装饰，底部则装有一定质量的杠杆，使得不倒翁可以产生自我保持平衡的效果。
当不倒翁被稍微推倒或者摇晃时，由于其低重心和装置的物理原理，不倒翁会自动恢复平衡，竖立在原来的位置上，不会倾倒。
不倒翁的稳定性原理主要取决于其特殊设计以及物理学的一些基本原理。
首先是低重心，不倒翁通常是底部较为宽大，在整体的重心处于底部位置。
当他被推倒时，由于底部重心的作用，会使得其倾斜的方向被限制，自然倾斜角受限制，导致树立在原来的位置上。
其次是引力作用和地面摩擦力的平衡，不倒翁杠杆底端在与地面接触时，受到地面的摩擦力支撑，形成一个平衡状态，通过杠杆的重心移动，可以平衡重心位置，使得不倒翁始终保持平衡。
除了装饰性和玩乐性以外，不倒翁在现代还被用来作为科学教育的教具。
通过不倒翁的玩法和物理原理，可以让孩子们更直观地学习到重力、平衡、力的作用等物理学知识。
可以通过改变不倒翁的重心位置来观察其平衡状态的变化，或者探究杠杆的原理和地面摩擦力对其影响等。
第二篇示例：不倒翁，又称摇摆玩偶或摇摆人，是一种经典的玩具，通常由在底部较宽的圆柱体和在上部较窄的长颈部分组成。
不倒翁是一种特殊的物体，它经过设计以确保在被推倒后会自动恢复到垂直位置而不会倒下。
这种不倒翁的原理基于物理学中的动量守恒定律和重心不平衡的原理。
通过精心设计不倒翁的形状以及在底部填充一定量的水或沙子等重物，可以确保不倒翁在被推倒后会摇摆一段时间并最终恢复到垂直位置。
不倒翁这种玩具起源于日本，最早被称为“daruma doll”，受到了达摩（Bodhidharma）的启发，他是传说中将佛教从印度传入中国的祖师。
达摩据说在禅定过程中，会坚持不住地久而久之形成类似不倒翁的姿态，因此日本人将这种玩具命名为达摩人或不倒翁。
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• 跨越式的 重心在臀部 • 背越式的重心在腰部
• 问：有没有什么方法可以找形状不规则， 质量不均匀的物体的重心？ • 可以用悬挂法，或通过复杂的数学运算得 出 • 指出一般只有薄板状物体才能用悬挂法测 量出物体的重心。
不倒翁不倒，重心在 哪？
在偏底部中间的地方。 这样重心低，可以提高稳 定程度，使其不易倾倒， 或翻身。
• 重力的作用点在哪里？ • 物体的各部分都受到重力，当研究重力对 一物体的作用效果时，也可以把物体各部 分受到的重力集中作用到一点上，这个点 就是重力的作用点，也叫做物体的重心。 任何物体都有重心，且只有一重心。重心 也是种理想化模型。（课件展示）
球心
•？
• 问：如何找物体重心呢？
粗细均匀的棒的重心在它的中点 • 方形薄木板的重心在两条对角线的交点。 • 球的重心在球心 • 质量均匀、外形规则的唱片的重心在它的 圆心上．（课件展示）
• 说明：质量分布均匀的物体，重心的位置 只跟物体的形状有关；如果物体的形状是 中心对称的，对称中心就是物体的重心。 质量分布不均匀的物体，重心的位置除了 跟物体的形状有关外，还跟物体的质量的 分布情况有关；重心的分布有可能在物体 上，也有可能在物体外。 • 举例:空木桶、光盘、运动员在跳高时采用 的跨越式、背越式时的重心个圆柱形圆桶。 • （2）将乒乓球平分成两半，先将其中一半 粘在圆筒的一端。 • （3）将玻璃球放在圆筒中，然后将另一半 乒乓球粘到圆筒的另一端，把身体组装好。 • （4）在圆筒的外面画上自己喜欢的动物或 人物头像。