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简单的机器

课程计划凯西Jacobitz他是内布拉斯加州波尼市的科学教育顾问。

目标

建议年级- 5 -8级。

• 学生们将在他们的生活中研究简单的机器。
• 学生将能够识别每个简单的机器。
• 学生将计算简单机器使用的公式。
• 学生将能够解释;武力，努力和工作。
• 学生将能够使用两个或多个简单的机器绘制或制造一台机器。

介绍

三种简单的机器;杠杆、滑轮、斜面及其变化;车轮和车轴，楔和螺杆将在这个初步调查中提出。

记住一台复杂的机器是由两种或更多简单的机器组成的机器。拖拉机，一台复杂的机器介绍了20世纪30年代的农业，使农民需要更容易做的工作。许多人雇用的人被拖动出来，他们的工作被拖拉机取代，因为现在农场的所有者可以自己获得更多的农业。

资源

1. 学生应该审查整个机部分从//m.ustwinks.com/farminginthe30s/machines_01.html开始。
2. van Cleave为每个孩子的物理：101易实验，热，灯，机器和声音由Janice Van Cleave。
3. Mike Mulligan和他的蒸汽铲维吉尼亚·李·伯顿著。
4. 事情的运作方式由David Macaulay（可用CD-ROM）。
5. 绿鸡蛋和火腿苏斯博士。
6. 城市科学 - 3-6级佩吉·k·珀杜(Peggy K. Perdue)和黛安·a·瓦斯利(Diane A. Vaszely)著。
7. 摆动熊戴夫杨（AIMS）。
8. 用玩具教物理由麦格劳山销售。
9. 乌龟和野兔由anita ganeri。
10. 看看它是如何工作的:推土机托尼波特。
11. Betsy和真空吸尘器由Gvnilla Wolde。
12. 力量和运动由彼得·拉弗蒂。
13. 平衡的女孩伯恩宝贝。

点击以下任何一项以获取更多信息:

1. KWL图表．
2. 期刊评价标准．
3. 科学研究的标题．
4. 科研评估清单．
5. 维恩图解．
6. 研究论文的量规．
7. 小组工作的量规．

介绍

简单的机器调查将分为以下部分

第一部分 - 杠杆
第二部分-滑轮
第三部分——斜面
第一部分 - 轮和轴
第V部分 - 楔形
第VI部分 - 螺丝
部分vii - 摆锤
第VIII部分 -绿鸡蛋和火腿苏斯博士。

第一部分：杠杆

杠杆是一种简单的机器，它有一个远自由的末端，可以绕着一个被称为支点的固定点移动。

杠杆的三种类型是，第一，第二和第三类。

第一级杠杆就像一个跷跷板或看到锯。一端将立即抬起一个物体，就像另一端被推下来一样。

第二级杠杆就像是一个轮子，车轮管道的长臂是杠杆。

第三类杠杆就像鱼竿。当拖曳鱼竿时，鱼竿的一端保持静止，另一端则在空中翻腾以捕捉鱼。

让你的学生制作上面提到的每种类型的杠杆草图。检查期刊中的草图以查看它们是否正确标记。

应标记支点。

第一类级别将在要解除的负载之间具有支点，并且努力位于您的努力。

第二级杠杆在努力和支点之间找到负载。（车轮尸体的轴是支点。）

第三级杠杆找到了载荷与支点之间的努力。

选择几个草图以显示类。

再现每个杠杆类型的示例。

现在使用这些草图查看每种类型的杠杆的负载，努力和支点的位置。学生应该将这些模型剪切并粘贴到他们的期刊中。

要求学生制作一个图表，他们可以在其环境中记录其他杠杆的其他例子。制作类图表并允许学生在研究简单机器单元时添加到列表中。（下面的示例图表。）

杠杆

过程

将要求学生制定一项一般规则，解释他们对杠杆的实验。这项调查适用于每组3或4名学生。

材料:

米尺
垫圈 - 约占四分之一或半美元的大小
空的电影罐或螺纹空丝轴
细绳
重量

字符串和标准重量可用于构建用于测试其思想的杠杆。一个人拿着尺子，在中间扎绳来平衡尺子时握住弦乐器。制作串环并将它们绑住关闭。循环适合统治者的每一端，以便您可以在每个端的字符串上挂钩权重。其他选择是使用统治者作为跷跷板的董事会。在统治者中心的标尺下放置薄膜罐。统治者应该平衡。然后在调查后面的各个地点放置在统治者身上的权重。垫圈适用于重量。记录垫圈的重量。 Students may tape together washers to have larger weights and these will work in place of standard weight sets. If tape is used to hold washers together your students will need to weigh the total package to be used in the investigation.

在进行测试之前，学生需要在日记中对以下调查进行预测。每组研究以下情况，并在日志中记录数据。根据调查有一个班级数据记录收集位置，学生记录他们的数据从他们的小组。学生们应该把结果平均一下，然后把图表记录在日记里。

在每套活动之后，允许学生时间在日记中重新审视他们的一般规则。

在第一次活动之后，他们需要制定一个解释杠杆如何工作的一般规则。

在所有活动之后，为杠杆开发一个类规则。

20世纪30年代的游乐场有一见之处作为游乐区的一部分。在物理冒险之前，请确保在您的学校提供​​。

学生需要将他们的期刊沿着游乐区。你需要米棒，两个或更多学生的大约相同的重量（志愿者最好）。通过使用您学校的浴室规模或其他秤来记录学生体重。记录克，公斤和磅的学生体重。（一个在公制转换上工作的好地方。）

所有学生都应该将自己的重量计算成公制单位并将其放在他们的日记中。

与两个权衡相同的两个学生平衡跷跷板;跷跷板应以支撑栏为中心。两个骑手处于相同的距离，测量厘米，仪表和英寸的距离。

如果一个骑手向前倾斜，学生需要预测会发生什么？

一名骑手向前倾向于实验。记录期刊发生的事情。

再次平衡两个车手。

预测如果一名骑手小心倾斜，会发生什么？记录结果。你因为教师应该站在学生后面的安全原因。

老师或成人和学生志愿者，谁比老师少，成为跷跷板上的车手。给予成年人体重，让学生做数学。如果两个乘坐在每侧的远端上的跷跷板上设置，则会预测会发生什么。骑手在跷跷板上，每个人都记录他们的期刊发生了什么。

让学生独立地使用他们所观察的所有人，并学会了解释跷跷板冒险的结果。让学生讲述他们如何平衡最后两个车手。

素描并解释他们在期刊中的想法。

尝试一些学生的思考来平衡成人和学生。确保在跷跷板上最终平衡时为每个骑车者测量距离。记录日志中的所有数据和观察。

学生应该在期刊上描述他们对杠杆的关系。

画出跷跷板的草图，并标明以下内容:负载、力、距离和支点。

讨论学生对杠杆关系的看法。写在黑板上或一张大纸上。记住，以后可以根据更多的数据对其进行修改。

在支点与努力之间发生距离和努力之间的距离发生了什么？

材料：每组

5 - 10垫圈
规模
磁带
30厘米统治者
根据您需要的余额的设计：
细绳
电影罐
标准重量

过程:

1. 在标尺的1cm处放置垫圈。要吊起货物。
2. 在10厘米标记的标尺下放置铅笔或薄膜罐。支点。
3. 按下30厘米的标记。努力力量和努力方向下降。
4. 将铅笔移动到20厘米的标记，再次推动努力。为什么努力在上述情况下不同？
5. 在标尺设置的草图上标注，并在每个草图上标注努力、负载和支点。
6. 这是什么级杠杆？
7. 如果努力是负载力的努力？
8. 解释撬棍是如何的第一级杠杆。
9. 解释一副剪刀是第一类的双杠杆。这怎么可能？

执行A.kwl.在杠杆和汇报上。关于杠杆的阶级概括是否改变或保持不变？

第二部分：滑轮

执行A.kwl.在滑轮上。日志回应，然后是一个类KWL。

滑轮是一台简单的机器，用绳子，带或链条缠绕在凹槽的车轮上。滑轮工作两种方式。它可以改变力的方向，或者它可以改变力量。固定皮带轮改变了施加的力的方向。

举个例子就是把旗子举到柱子上。一个运动的滑轮附着在你正在移动的物体上。

您的学生将探索滑轮，但是在其他科学课程中会解决主要计算。

在每项活动让学生做出预测之前，做活动，让学生时间在他们的期刊上回应结果，然后在下次活动之前汇报。

你能拉多少钱？

每组材料:(您可以决定将此作为示范。）

2坚固的棒，木质或金属（扫帚处理工作很棒）
绳子 - 10-20米
2对手套

在这个活动中，你的学生将用绳子试着移动一个或两个学生。让学生们认真地工作，用均匀的，而不是不稳定的力拉绳子。

1. 一个学生应该坐在光滑的地板上的椅子上，双手握住一根杆子。拉杆应与地板水平，将绳子系在拉杆中间。另一名戴着手套的学生应在离椅子约4米的地方抓住绳子，并试图拉绳子的人。描述拉椅子和人有多难。记录回应和讨论。
2. 现在有两个学生坐在两米远的椅子上。每个学生都应该拿一根杆子。(水平)将绳子从被绑的杆子上取下，套在另一根杆子上，沿第一个学生的方向返回。预测拉学生所需的力。第三个学生应该拉绳子。记录结果并汇报。要求学生设计他们想要测试的其他方法。如果有更多的循环会发生什么?如果他们增加绳子的数量会发生什么?记录结果并对滑轮做出结论。
3. 在我们的日常生活中使用皮带轮的方式列表。a。）提高旗帜;湾）从汽车抬起电动机。
4. 20世纪30年代，农场里的滑轮和杠杆是如何使用的?

执行帖子kwl.对于期刊和班级。听取汇报。

第三部分：倾斜平面

执行A.kwl.在期刊中的倾斜平面上，并编制KWL类。

倾斜的平面是一个没有移动部件的简单机器。它只是一个直线倾斜的表面，一端高于另一端，就像斜坡一样。

如何改变坡道的高度会影响力量？

每组学生的材料:

5本书
中厚橡皮筋
统治者
2拇指钉
细绳
小板或纸板 - 34-45厘米长
块或一些加权容器

注意：如果所有组都使用相同的倾斜平面，则会添加一个控制。

在每次调查之前预测结果。期刊回应。

1. 将三本书叠加在一起。
2. 把板子靠在书上形成一个斜面。
3. 把一根橡皮筋绑在尺子的零头上。
4. 观察并记录悬挂橡皮筋的距离。
5. 将绳子系在橡皮筋未连接的一端，并将其固定在滑轮上。(将字符串的长度设置为一个控件。)
6. 将封锁抬起在空中，观察橡皮筋延伸有多远，在日记中记录。
7. 将块放在倾斜平面的底部。预测您认为倾斜飞机的阻挡时会发生什么？你认为橡皮筋是否会伸展更多或小于使块直接抬起？
8. 将阻挡挡板拉向上倾斜的平面并观察橡皮筋延伸的速度。在期刊中记录此测量。只有在学生试图解释他们在调查中发生的事情后才讨论结果。是一台机器的倾斜飞机吗？捍卫您在日记中的回复。
9. 现在重复你刚刚使用五本书而不是三本书完成的调查。预测并记录日志中的数据。讨论期刊的结果。
10. 为所有组数据创建一个图表并计算平均结果。再次使用另一种橡皮筋重复调查，以防橡皮筋具有不同量的拉伸。您可以考虑哪些其他方式使测试更准确？

1. 使用倾斜的飞机时，橡皮筋的拉伸长度是如何变化的？
2. 您观察到哪些其他更改？
3. 倾斜平面的陡度如何影响拉动倾斜平面所需的力？
4. 分析：距离由倾斜平面的长度表示，力由橡皮筋拉伸的长度表示，用三本书和五本书计算每次试验中的工作。强制x距离=工作。
5. 20世纪30年代农场使用的斜面是什么?将这些添加到其他简单机器列表中。

使用滑梯周围的所有安全条件。

1. 在一个又高又滑的滑梯上，滑到一半;然后小心地抓住滑梯。接下来，让自己沿着剩下的路滑下去。没有额外的推动。如果你让自己从上滑到下而中途不停下来，你的最终速度和你滑行的速度相比如何?如果你不记得从上到下的速度感觉是怎样的，就一路滑下去。在日志中记录，并在内部讨论结果。我们可以计算出学生的速度，方法是用幻灯片的距离除以学生从幻灯片上下来所花费的时间。V = D / T。
2. 设计一个实验，该实验将证明或​​反驳第一个用载玻片进行实验。在测试中使用光滑的篮球，踢球或排球。使用科学调查过程进行测试。记录所需的所有信息，获取您的教师批准，收集数据和报告结果到您的日志的课程。
3. 使用两个或三个大约相同大小和硬度的球设计实验，但是不同的重量。从幻灯片的顶部滚动它们，同时释放，衡量它们在留下滑动后以及击中地面之前的旅行。预测结果首先测试三次并平均数据。哪个走得更远？为什么?首先击中地面？为什么？

注意：前进移动物体具有使其向前移动的动力，直到它是他的地面或另一个对象。

4. 如果你带着垒球滑滑梯，预测会发生什么。在离滑梯底部约两英尺的地方放置一个废纸篓。当你传球时，把球侧向投进篮筐。发生了什么事?为什么?它通常落在前面还是后面，还是在篮子里?为什么？

注意：对象在落下时增益速度（加速）。速度=距离x时间。计算学生和球的速度。

5. 对比速度和速度，基于以上的调查。
6. 为什么底部幻灯片扁平？
7. 你用什么简单的机器让一个人在轮椅上有四个步骤进入建筑物？
8. 什么简单的机器做了埃及人，阿兹特克人或玛雅人用来建立他们的金字塔？

在下次调查后，可能会将更多简单的机器添加到此列表中，因此请让他们留下空间。

执行帖子kwl.对于期刊和班级。

第四部分:轮轴

执行A.kwl.在期刊中，然后在轮子和轴上的班级。

车轮和轴是滑轮的修改。车轮固定在轴上。车轮和轴必须一起工作，是一台简单的机器。有时轮子有曲柄或手柄。列出了20世纪30年代农场列表上的许多车轮和轴，然后添加尽可能多的日志。

例子：门把手和溜冰鞋。

使用以下材料每组学生设计一个调查。列出日志中的所有控件和变量。使用调查性科学表格。

材料:

空线轴
两个纸杯;字符串
20便士
两支铅笔
磁带
一个孔打孔。

在开始测试之前，列出程序并在导师获得批准。记录所有的观察和数据。根据您收集的数据写出结论。

执行帖子kwl.在日记和课堂上。讨论学生设计的哪个程序效果最佳。

第五部分：楔形

楔形是移动的倾斜平面的修改。它由两个倾斜的平面组成。代替阻力被移动倾斜平面，倾斜平面移动电阻。

执行A.kwl.对于日志和kwl等级的楔子。

建立一个楔子来回答以下问题。当楔形物被推入六本书之间时会发生什么?遵循科学调查格式(点击这里查看表格)。与全班同学讨论楔子如何成为一种简单的机器。在简单机器的类列表中添加楔形的例子。示例=斧。

1. 20世纪30年代在农场上使用的楔子如何？
2. 写一个关于使用楔子来帮助别人的故事。
3. 执行帖子kwl.在日记中，然后编译一个类KWL。
4. 添加到楔子列表中的新发现学生所做的。

第六部分:螺丝

执行A.kwl.在期刊后跟课程kwl。

螺丝钉是一种简单的机器，就像一个斜面。它是一个围绕轴的斜面。

哪种螺丝最容易拧入一块木头？它是具有大量线程还是少量线程的那个？为什么?

材料:(每组）

一块木头
废旧木材 - 至少5厘米厚
四个螺丝——相同长度不同螺纹数。
螺丝司机

使预测是哪个螺纹最容易拧入木材块。

假设:

控制：

多变的：

1. 用最少数量的螺纹（凹槽）带螺钉。
   
2. 将其拧入木材块，直到它位于木材块的镍高度内。（你可以在木材块和螺钉头之间获得镍。）
3. 拿下接下来的三个螺钉并重复第二步。记录在日记中你观察到的。比较拧入木材块所需的努力。

比较和对比数据写出结论。执行A.kwl.为在期刊上的螺丝钉发展出一类KWL。在简单的机器图上列出所有螺钉的例子。

1. 如果带有不同数量的线程的螺丝被矫正出来的倾斜平面是什么样的？围绕凹槽或线程拍摄绳子或螺纹，然后伸直字符串。倾斜的飞机有多不同？如果在码头上放置相同的距离，这将更容易爬升？为什么?
2. 为什么山路绕着山？
3. 你能用手指拔出螺钉吗？为什么我们使用工具？
4. 谁开发工具?为什么?内布拉斯加州为农民开发了什么工具?
5. 我们为什么使用简单的机器?
6. 您如何了解您之前不知道的简单机器？
7. 新的龙卷风幻灯片四处走去。为什么你认为他们决定用这个设计建造它们？你是否在龙卷风幻灯片或直的幻灯片上更快或更慢？你会如何测试你的假设？
8. 如果你把龙卷风滑梯拉直，它会有多高?
9. 机器如何节约能源?
10. 20世纪30年代引进的新型拖拉机(复杂的机器)对农户有什么影响?(积极的和消极的)。

带一辆有齿轮的自行车和/或提供一幅自行车的画，让学生在他们的日记中剪切和粘贴。自行车是由简单机器组成的复杂机器。找到尽可能多的简单机器，在每个期刊的草图上标记它们，然后编写一个课程列表，然后进行讨论。

问题：

1. 为什么骑自行车？为什么从低档开始？为什么将齿轮换档到更高的装备？改变齿轮时会发生什么？
2. 选择你所选择的一个复杂的机器。画一张机器的图片，贴在日记本上。在复杂机器上标出你发现的所有简单机器。

1. 您可以使用什么样的简单或复杂的机器将拾取电机从自己抬起来？
2. A Can Opener，轮胎工具和撬棍都是杠杆的例子。选择一个，制作草图，标签并解释它是如何工作的。
3. 比较用硬币拆下涂料的盖子，一个短柄螺丝刀和一个长柄螺丝刀。解释你的结论。
4. 写一个关于你生活中简单机器的实际应用的故事。
5. 什么是简单的机器Mike Mulligan和他的蒸汽铲维吉尼亚·李·伯顿著。铲设计的进步给玛丽·安妮和迈克·马利根带来了一些问题。问题是什么?迈克是如何解决问题的?写一篇关于1930年代拖拉机给农业带来的变化的故事。这些问题在美国是如何解决的?
6. 测量倾斜平面用三本书和五本书制作的角度。在如何增加或减少移动对象的能力方面解释结果。
7. 使用齿轮比来解释三速和十速自行车的齿轮。
8. 学生可以使用简单的机器设计复杂的机器，使机器执行给定任务。
9. 弹射器是复杂的机器，很容易构建。学生可以试图建立一个弹射器来发射平乒乓球。
10. 玩具也是复杂或简单的机器。让学生选择一个玩具，并解释用玩具找到的简单机器。执行帖子kwl.对于简单的机器并讨论课堂结果。

第七部分：摆锤潜力和动能

执行A.kwl.用于摆锤，动能和潜在能量。

潜在的能量通常被称为储存能量，而动能是运动的能量。如果你在手指之间拉伸橡皮筋，它代表潜在的能量，让橡皮筋转移，它​​是动能。能量不断从潜在的能量转变为动能并再次回来。这种能量变化的过程称为能量转移。

摆锤是能量变化和消耗的方式的一个例子。当摆锤到达其摆动顶部时，它具有潜在的能量，因为它的位置。随着摆动的摆动挥杆，它只有动能。由于摆锤再次达到其摆动顶部，这种能量变得潜力。这个来回运动最终减慢并由于摩擦和空气阻力而停止。但能量从未丢失过，这只是对热能的变化。

能源国家保护规律

（1）无法创造或销毁能量

（2）它可能从物质和变成物质。

操场冒险：

20世纪30年代的孩子们和今天的孩子们有相似的波动。当学生体验势能和动能时，允许学生摇摆思考。秋千是一个钟摆，利用重力把学生从钟摆的高点拉下来。学生们需要记录下这段经历。

连接到洗衣机的字符串的长度是否会影响摆锤的频率？

注意：频率将是粘附器绑定到串的次数在一分钟内来回移动。来回完整的运动被计算为一个。重复至少三次来计算平均值。在挥杆的同一高度开始所有字符串。

假设:

控制：

多变的：

过程:

观察/数据收集：

图表想法：秋千号

摇摆的长度

频率

您的学生如何在字符串长度和频率之间发现哪些关系？
确保学生通过将X轴上的摆锤长度（独立变量）和Y轴上的频率（相关变量）放置来构建结果。

问题/问题：＃2

如果你增加质量（增加了更多的垫圈）并重复上述调查，那将是什么？

假设:

控制：

多变的：

观察/数据收集：

制作数据收集图表或表格和图表结果。记录制作三个摇摆所需的时间。

学生首先需要根据收集的数据＃2收集的数据写出结论，然后比较和对比两项调查。

执行帖子kwl.在日记中，然后编译一个类kwl。要求学生创建一个名单，因为它们可以将其视为课程。

1. 哪个频率较高，祖父时钟或杜鹃时钟？为什么?
2. 向学生询问不同群众的同一挥杆（摆动）以测试问题第二名的结果。记录所有数据，并确保学生无论如何都不会泵送或换档，因为它会影响结果。前后摆动运动的时间被称为摆动的时期。学生需要在摆锤的顶部位置释放。
3. 当你抽一个挥杆时，你是否增加或减少了它的时期？
4. 随着你摆动时，你会改变什么？

重新审视kwl.要查看是否需要添加或更改更多信息或问题。

第八部分：绿鸡蛋和火腿由Seuss博士

1. 在第11页，我是山姆拿着火腿和鸡蛋放在托盘上。绿色的鸡蛋和火腿在这个时刻拥有什么形式的能量?为什么?
2. 如果手动机器立即被萨姆在我身边卷入什么？
3. 用箭头来表示这个方程会发生什么:功=力x距离-如果我没有使用手臂和手柄来转动这个简单机器的轴?为什么?
4. 这是什么简单的机器？
5. 在第14 - 15页上，如果SAM我将他的夹持器更靠近每个手柄，那么它是否需要更大的力或更少的力，将手移动到地板上方三米的平等高度？为什么?
6. 在18 -19页，在这个瞬间，是什么力量作用在山姆身上?这些力相等吗?为什么?
7. 在22 - 23页，哪个锁会对绳子施加更大的力，因为我知道山姆重30公斤，狐狸重10公斤?为什么?
8. 在第24-25页上，声波传播的介质是什么？它们是否通过坚实的速度更快或更慢？为什么?
9. 在26 - 27页，我的山姆是否以和鼠标相同的速度移动?速度=距离除以时间。为什么?
10. 在第32 - 33页上，在这个瞬间我是山姆的动力在山姆上行动？
11. 在36 - 37页，你需要光线才能看到颜色吗?为什么?
12. 在第38 - 39页上，除了从火车发动机断开连接的情况下，山姆是汽车和乘用车会这样做吗？（1）他们会立即停止，或者（2）他们将继续在同一速度下瞬间，最终减速到停止，或者（3）他们会向后滚动，因为它们不再被撤回。为什么?
13. 在第44-45页上，在这个瞬间及时火车有哪些能量？为什么?
14. 在第46页--47中，火车在这个瞬间发生的能量发生了什么？为什么?
15. 在第50-51页上，为什么气泡前往水的表面？
16. 在第52 -54页上，绿色蛋是否具有高含量或粘附的托盘？为什么?
17. 在第62页，用这个公式:压力=力除以面积，回答下列问题。如果叉子的钳子的周长增加，叉子插入木托盘需要更大的力还是更小的力?为什么?用箭头来解释62页所发生的事情。

学习建议：

1. 确保别人知道为什么您正在使用游乐场，以便让您的学生探索游乐场物理学。
2. 尽可能使用公制单位。
3. 如有可能，请使用秒表进行调查。
4. 在操场上安全。

简单的机器或复杂的机器节省我们的能源，做更多的工作，我们可以没有它们。提醒学生物理就在我们身边，甚至在故事里。

单击以下任一项以获得快速参考。

1. KWL图表．
2. 期刊评价标准．
3. 科学研究的标题．
4. 科研评估清单．
5. 维恩图解．
6. 研究论文的量规．
7. 小组工作的量规．

如果您想展开简单的机器单元，可以使用公式可用于扩展前一项研究：

1.速度=距离除以速度
2.功率=功除以时间
3.距离=速度x时间
4.时间=距离除以速度
5.力=质量x加速度
6.k . e = 1/2质量x速度的平方(k . e代表动能)
7. P.E.=重量x高度（p.e.代表潜在能量）

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