制作月球車

活動步驟

1. 教師通過情境創(chuàng)設(shè)，為學(xué)生介紹活動任務(wù)。

美國宇航局（NASA）為了實現(xiàn)2020年的宇航員登陸計劃，制作了一種能在月球上行駛的越野車，叫做月球車。這些月球車有的可以由宇航員駕駛，有的可以自動行駛，幫助宇航員運載物資，建立航天站，探索月球。所有的月球車都可以在月球上的落滿塵土的崎嶇地面上行駛。今天，我們的任務(wù)就是制作1輛橡皮筋動力的月球車。

2. 教師為學(xué)生展示月球車模型，引發(fā)學(xué)生的思考。

你能想象在月球上開越野車嗎？NASA就可以。他們制作了一種越野車，叫做月球車。一些可以由宇航員駕駛。一些可以自動控制即無人駕駛。所有的月球車都可以在月球上的落滿灰塵的崎嶇的地面上行走。我們今天的任務(wù)是：設(shè)計和制作1輛橡皮筋動力的月球車，讓它可以在房間地板上爬行。

模型一直在工程設(shè)計過程中使用。工程師可以按初始的設(shè)計思路制作模型，然后對其進行測試和評價。一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)計的不足之處，就會努力找到方法繼續(xù)改進。今天，大家制作完月球車之后也要進行測試，然后發(fā)現(xiàn)使其運行更好的方法。

3. 學(xué)生分小組討論小組將要設(shè)計的月球車模型，小組達成一致后，將設(shè)計方案繪制到學(xué)生記錄單上。教師可以用以下問題引導(dǎo)學(xué)生討論：

怎樣才能讓月球車移動？（提示：擰緊輪子上的橡皮筋，將月球車放在地面上，它就會移動。注意：依靠改變橡皮筋旋轉(zhuǎn)的方向，可以控制月球車前進或后退。）

怎樣制作不同型號的輪子？（提示：學(xué)生通過裁剪不同大小的正方形，制作不同型號的車輪。注意，方輪有倆個優(yōu)點：一是制作方便；二是可以通過連接對角線的方法，快速找到其中心。該中心是軸，也就是鉛筆穿過的地方。）

安裝了方形車輪的月球車行走時有何特點？（提示：方輪的關(guān)鍵特點是能夠深入軟的表面，如地毯、沙子或草地。這樣可以改進牽引力，有助于防止輪子空轉(zhuǎn)。因為月球上覆蓋著一層厚厚的細(xì)塵土，良好的牽引力非常重要，尤其是在上下坡時。）

用橡皮筋驅(qū)動月球車有多少不同的方法？（提示：可以利用多根橡皮筋。有時，1條皮筋鏈比單獨1根皮筋效果更好。有時，還可以用1根剪開的橡皮筋驅(qū)動月球車。）

4. 學(xué)生按照設(shè)計方案，領(lǐng)取材料，制作月球車。

5. 制作完畢之后，進行測試與改進。為了成功制作月球車模型，當(dāng)學(xué)生遇到下列問題時，教師可以進行適當(dāng)提示和引導(dǎo)。

輪子為什么不能自由轉(zhuǎn)動？（提示：注意輪子必須要牢固地固定在軸上，兩邊的輪子要平行。也要確保鉛筆能夠從車體上一邊的洞穿到另一邊的洞，而且洞要足夠大，鉛筆能夠容易旋轉(zhuǎn)。）

月球車為什么不能走直線？（提示：注意軸，也就是鉛筆必須垂直安裝在車體上，前輪的大小必須相同。如果軸裝歪了或是前輪大小不一致，模型在行走時就會拐彎。）

月球車為什么不能前進太遠？（提示：讓學(xué)生再擰緊輪子。也可以讓他們嘗試使用較大的輪子。較大的輪子周長比較長。大輪旋轉(zhuǎn)一周會比小輪旋轉(zhuǎn)一周的路程要長。）

輪子為什么打滑？（提示：當(dāng)模型的橡皮筋動力太大或輪子與地面摩擦力太小時，輪子在某位置就會打滑。為了增大摩擦力，讓學(xué)生加大驅(qū)動輪的重量，或在每個軸上加1個輪子；為了動力不至于太大，不要將橡皮筋擰得太緊。）

6. 教師組織各小組展示自己的作品，并引導(dǎo)學(xué)生分享制作和測試過程中遇到的問題和解決的方法。

地球上什么樣的交通工具比較類似月球車？（提示：履帶式雪上汽車、坦克、沙漠越野車和全地形越野車都比較類似。它們都有很好的牽引力，非常堅固，有很強的發(fā)動機，并且不單只能在公路上運行，在不平坦的地面上也能正常行走。）

活動開始前，老師為大家展示了1個月球車模型，該模型對你完成最終制作都有哪些啟發(fā)？（提示：利用該模型，學(xué)生可以很快看到自己的月球車模型哪個部分運行正常，哪個部分運行不正常，然后加以改進。）

摩擦力怎樣影響你的月球車？（提示：為了提高效率，需要將軸和車體之間的摩擦力減到最小。為了良好運行，車輪和地面之間需要很大的摩擦力。）

月球車怎樣利用動能和勢能？（提示：擰緊輪子時存儲了大量的彈性勢能；輪子轉(zhuǎn)動時，勢能轉(zhuǎn)化為動能，軸和輪子開始轉(zhuǎn)動。）

活動拓展

1.作圖分析增加的勢能如何影響月球車行進的距離？（提示：當(dāng)橡皮筋不斷被擰緊時，學(xué)生能夠測量月球車運行了多遠。讓學(xué)生分別旋轉(zhuǎn)輪子3、6、9和12圈，然后測試每次月球車行進的距離。gHj/cUV+rJA58gVMWVF8+A==讓學(xué)生利用輪子旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)和行進距離2個參數(shù)作圖。輪子旋轉(zhuǎn)次數(shù)越多，勢能越大，行進距離越遠。）

2.確定摩擦力的影響。（提示：讓學(xué)生旋轉(zhuǎn)輪子一定的次數(shù)，測量月球車行進的距離。然后讓他們將輪軸系統(tǒng)的摩擦力減到最小。例如，可以將軸用鋁箔裹起來，然后旋轉(zhuǎn)車輪同樣的次數(shù)，重新測試月球車，可以利用下面公式計算增長的距離的百分比。

3.測試輪子形狀的影響。（提示：開始用方輪，讓學(xué)生測量月球車運行了多遠。然后讓他們剪掉輪子的四角，把輪子變成正八邊形，再測試一次。再利用圓形車輪測試一次，注意每次測試時，擰緊橡皮筋的次數(shù)必須相同。討論行進的距離怎樣變化？車輪會不會失控？）

閱讀資料

月球上沒有大氣層，也就是說沒有空氣。所以，類似自行車或汽車上的充氣輪胎在月球上會爆炸。如果你是一位NASA的工程師，需要設(shè)計月球上使用的車輪，該怎么做呢？這種車輪得滿足以下要求：

能在沒有大氣的太空中使用。

能夠耐受極熱和極冷的氣溫。因為月球上，溫度的變化范圍大概在121-157℃。

重量大約只有5.5kg，是汽車車胎平均重量的一半。

不能陷入月球表面上厚厚的灰塵中。

能夠在月球上正常使用的車胎（見圖2），是用有彈性的金屬薄片制成的。它重量較輕，可以有很好的牽引力，并且適合月球上極端溫度。另外，在坎坷的月球表面行走時，輪胎能夠適當(dāng)變形，不會太顛簸。另外，這種輪胎的可靠性非常重要。要知道，距離地球400000km之外的月球上是沒有道路服務(wù)站的。

月球車也許看起來不像最時髦的交通工具，但每輛卻價值1000萬美元，是最貴的交通工具之一。月球車具有能夠方便攜帶的特點。宇航員可以將月球車折疊并收納在航天器內(nèi)的儲物空間中。觀察圖3的月球車，你覺得這輛車的哪個特點和地球上汽車的設(shè)計類似？