多軌道同步小纜車裝置

◎浙江省臺(tái)州市路橋區(qū)新橋鎮(zhèn)中心小學(xué) 施曉益

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)課堂上最具吸引力的環(huán)節(jié)，然而教材上的一些實(shí)驗(yàn)往往無(wú)法滿足學(xué)生的好奇心和求知欲，教師常常需要自行改進(jìn)教具，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

一、背景

教科版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)第三單元第一節(jié)《讓小車運(yùn)動(dòng)起來(lái)》中，有一個(gè)探究小纜車運(yùn)動(dòng)快慢與拉力大小關(guān)系的實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，設(shè)定小纜車運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，用細(xì)繩的一端拴住小纜車，另一端系在彎鉤上，再將墊圈放在彎鉤上，之后逐漸增加墊圈個(gè)數(shù)，觀察小纜車的運(yùn)動(dòng)變化并記錄行駛時(shí)間，從而了解不同大小的拉力對(duì)小纜車運(yùn)動(dòng)的影響。

圖1 教材中的實(shí)驗(yàn)圖

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題：

1. 小纜車從起點(diǎn)滑向終點(diǎn)往往會(huì)走“彎路”，導(dǎo)致每次小纜車行駛的路徑都不同，無(wú)法得出準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2. 小纜車行駛到終點(diǎn)時(shí)無(wú)法精準(zhǔn)“剎車”，很容易從桌面掉落而毀壞。

3. 實(shí)驗(yàn)需要多名同學(xué)配合，一個(gè)同學(xué)增加墊圈促使小纜車運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)同學(xué)需快速反應(yīng)、立刻計(jì)時(shí)，同學(xué)們常常因默契度不夠而操作失誤，耽誤時(shí)間。

二、創(chuàng)新

為了更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，我設(shè)計(jì)了多軌道同步小纜車裝置，大大提高了實(shí)驗(yàn)成功率。

（一）制作材料

小纜車、同步計(jì)時(shí)器、細(xì)繩、定滑輪、材質(zhì)均勻的木板、墊圈或螺帽、鐵鉤、鐵絲或銅絲、大頭針、釘子、方形小木塊等。

（二）制作過(guò)程

1.在木板一端固定3根鐵絲或銅絲，搭建出3條直線軌道，設(shè)定起點(diǎn)和終點(diǎn)，在木板另一端同一直線位置固定3塊方形小木塊，作為小纜車運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)（如圖2）。

圖2 搭建好的直線軌道

2.將3根細(xì)繩的一端分別系在3輛小纜車上，另一端系在S形彎鉤上（如圖3）。在木板一端安裝3個(gè)可調(diào)節(jié)高度的自制定滑輪（如圖4），通過(guò)調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使得直線軌道的高度一致。將細(xì)繩繞過(guò)定滑輪（如圖5），可以減小小纜車與細(xì)繩之間的摩擦力。

圖3 細(xì)繩的一端被系在S形彎鉤上

圖4 安裝好的定滑輪

圖5 細(xì)繩繞過(guò)定滑輪

3.為了使3輛小纜車運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和起步速度一致，將小纜車放置在起點(diǎn)，用不銹鋼卡板和螺母制作一個(gè)關(guān)卡置于小纜車前方。提起關(guān)卡，小纜車即可同時(shí)起步（如圖6）。

圖6 關(guān)卡被置于小纜車前方

4.為了使小纜車在直線行駛過(guò)程中不脫軌，特意在小纜車底部正中間固定兩根平行排列的大頭針，使鐵絲或銅絲從兩根大頭針的空隙穿過(guò)。

（三）實(shí)驗(yàn)操作

同時(shí)進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn)，取平均數(shù)為最終數(shù)據(jù)。

第一組實(shí)驗(yàn)，在S形彎鉤上放置1個(gè)稍重的墊圈或螺帽，提起關(guān)卡，同步計(jì)時(shí)。在重物的拉動(dòng)下，3輛小纜車沿軌道直線行駛，以小纜車碰撞方形小木塊為到達(dá)終點(diǎn)的指令，結(jié)束計(jì)時(shí)。第二、三組實(shí)驗(yàn)，分別在S形彎鉤上加一兩個(gè)稍重的墊圈或螺帽，并記錄小纜車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。

根據(jù)最終數(shù)據(jù)，我們可以得知：小纜車運(yùn)動(dòng)快慢與拉力大小有關(guān)，S形彎鉤上的墊圈或螺帽越多，拉力越大，小纜車行駛得越快。

圖7 多軌道同步小纜車裝置

三、總結(jié)

優(yōu)化創(chuàng)新。本裝置彌補(bǔ)了之前教具的不足，創(chuàng)新設(shè)計(jì)，運(yùn)用了定滑輪、拉力、重力等多方面的知識(shí)。

形象生動(dòng)。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單且容易理解，學(xué)生可以直觀地看出不同拉力作用下小纜車運(yùn)動(dòng)速度的變化，對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的變量與不變量。

精準(zhǔn)無(wú)誤。多軌道和同步起步裝置設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)3輛小纜車同時(shí)起步，這樣不僅可提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還能提升實(shí)驗(yàn)效率。

合作提升。實(shí)驗(yàn)的有序進(jìn)行離不開學(xué)生的合作，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，還可鍛煉學(xué)生的觀察力，有效提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。