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创意机械设计 | 冰雪运动之冰壶

物理 小学低年级 小学高年级 初中 科普课程 乐高玩机械

教学目标

配合冬奥项目中的冰壶运动,使用模拟冰壶赛场的机械结构讲解了物理知识——动量及动量守恒。
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建议时长

40分钟
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科技学堂

冰壶项目介绍 2分钟

        冰壶,又称掷冰壶、冰上溜石,是以队为单位在冰上进行的一种投掷性竞赛项目,冬奥会比赛项目,并设有冰壶世锦赛。设男女2个小项,每队为四人。比赛每队出场4人。比赛时,双方按一垒队员、二垒队员、三垒队员以及主力队员的顺序,交叉向营垒推滑冰壶一次,之后再进行第二次推滑,如此方为完成一局比赛。每局以两队的冰壶距离营垒圆心的远近评定胜负。

运动分析 5分钟

        在冰壶比赛进行的时候,我们能看到运动员在起始点手持冰壶,一只脚在起蹬器上做一定的蓄力,随后向后蹬出,推动身体与冰壶一起前进,在适当位置松开冰壶,让冰壶向前滑行。

冰壶1.png

        随后就能看到其他的队员使用冰刷不停的摩擦冰壶前方的冰面,减小冰壶与冰面的摩擦力,让被抛出的冰壶能够向前前进更远的距离,或在冰面上滑出不同的路线。

冰壶2.png

        那么我们一起来想一想,为什么冰壶在滑行过程中,并没有人去推动或拉动冰壶,而冰壶却依然能够向前滑行呢,这是因为所有物体都具有惯性,是惯性让冰壶继续前进。运动员最开始与冰壶成为一个整体,在理想情况下这个整体中的动量是守恒的,运动员将冰壶推出后就停止了向前的运动,这样这个整体中的动量就全部转移到了冰壶上,用以抵消摩擦力带来的消耗,冰壶获得的不同动量让冰壶抵消摩擦力后停在不懂地方。


惯性与动量 5分钟

1.惯性

        惯性是物质自身的一种属性,惯性表现为物体保持其运动状态不变,即保持静止或匀速直线运动。

        如果说上面的专业性解释不太好理解,我们可以联系一下生活实际,想一下我们坐公交车或是地铁的时候,在车辆启动的时候,我们在车上身体会向后方倾倒,因为我们原本的运动状态为静止,惯性让我们保持原有的运动状态;而在车辆停止时,我们的身体又会向前倾倒,因为我们原本的运动状态为向前的运动,惯性同样让我们保持原有的运动状态。

冰壶3.png

        这也就是为什么运动员将冰壶抛出去后,冰壶还会继续向前移动的原因。


2.动量

        在物理学中,动量是与物体的质量和速度相关的物理量。在经典力学中,动量(国际单位制中的单位为kg·m/s)表示为物体的质量和速度的乘积。动量是一个守恒量,这表示为在一个封闭系统内动量的总和不可改变。

        也就是运动员想要控制冰壶的滑动远近,就需要调节抛出冰壶时的速度,让冰壶这个系统具有不同的动量,以此来抵消冰面带给冰壶的摩擦力,这样当冰壶的动量被减少到零时,也就是冰壶停止时,那么冰壶所移动的距离就不一样了。


模型拼装 20分钟

        接下来我们根据给出的图纸对模型进行拼搭,并测试我们的冰壶模型。

冰壶4.png

探究性学习 8分钟

如何调整冰壶模型整个体系中的动量,让“小冰壶”滑行的更远或更近。

可提供的解决方案:

  • 调整内部皮筋给予的弹力大小,让皮筋拉伸的更长或更短。

  • 调整内部皮筋的数量,在一定的拉伸距离上给予更多的力。


使用器材