(完整版)乐高教育9686动力机械教案.doc

1、杠杆LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：杠杆杠杆可能是最常用的简易机械。杠杆是用一根硬棒或者结实物体来传递力。 杠杆有一个支点，能被用来改变施力（作用力），改变方向和改变运动的距离。作用力、一个支点和一个负荷就是每个杠杆都拥有的三个特征。 根据这三个特征的不同位置，可以区分出一类、二类和三类杠杆。你知道吗？杠杆这个词来源于法语 levier,意 思 是

2、“ 抬 起”。负荷作用力支点一类杠杆的支点位于作用力和负荷之间。常见的例子有跷跷板、铁撬、堆垛机和剪子。负荷作用力支点二类杠杆的支点和作用力各在一端，负荷在两者之间。常见例子有核桃夹、独轮推车和开瓶器。作用力负荷支点三类杠杆的支点和负荷各在一端，作用力在中间。常见例子有镊子和冰夹。A1搭建手册1A1，第2至3页按下杠杆，抬起负荷。 描述抬起负荷 有多费力或多容易。 标注出支点、负 载和作用力。 用一个圆圈确切地表示出各个的位置。 属于几类杠杆？A2 搭建手册1A2，第4至5页 抬起杠杆。描述举起负荷时有多费力或多容易。标出支点、负荷和作用力。 用一个圆圈确切地表示出各个的位置。属于几类杠杆？A

3、3 搭建手册1A3，第6至7页 抬起杠杆。描述举起负荷时有多费力或多容易。 标出支点、负荷和作用力。用一个圆圈确切地表示出各个的位置。 属于几类杠杆？杠杆LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：杠杆杠杆可能是最常用的简易机械。杠杆是用一根硬棒或者结实物体来传递力。 杠杆有 一个支点，能被用来改变施力（作用力），改变方向和改变运动的距离。作用力、一个支点和一个

4、负荷就是每个杠杆都拥有的三个特征。 根据这三个特征的不同位置，可 以区分出一类、二类和三类杠杆。你知道吗？杠杆这个词来源于法语 levier,意 思 是 “ 抬 起”。负荷作用力支点一类杠杆的支点位于作用力和负荷之间。常见的例子有跷跷板、铁撬、堆垛机和剪子。负荷作用力支点二类杠杆的支点和作用力各在一端，负荷在两者之间。常见例子有核桃夹、独轮推车和开 瓶器。作用力负荷支点三类杠杆的支点和负荷各在一端，作用力在中间。常见例子有镊子和冰夹。A1 这个模型属于一类杠杆。作用力和负荷各在一端，支点在中间。这个模型用最小的力移动负荷。没有横线作用力负荷支点A2 这个模型属于二类杠杆。作用力和支点各在一端，

5、负荷在中间。需要移动负荷的作用力大约是负荷力的一半。负荷支点作用力A3 这个模型属于三类杠杆。支点和负荷各在一端，作用力在中间。尽管所需的作用力比直接举起负荷的力还要大，使用三类杠杆的优势是负荷被移动的距离比作用力举起的更长。支点负荷作用力轮和轴LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：轮和轴轮和轴通常是圆形物体，一般是一个大轮子和小一些的轴。通常被牢固地固定

6、在一起。 你知道吗？ 迄今为止发现的第一个 轮子是大约5,600年前苏 美尔人制作的。.轮轴轮和轴总是以相同的速度旋转。因为轮子的周长更大，轮子的表面旋转速度会更快距 离也更长。和把负荷放在地上拖着相比较，在小车上放一个负荷，几乎总会减少摩擦力。科学和工 程里的轮子不总是用在交通工具上。有沟槽的轮子叫做滑轮，有齿的轮子叫齿轮。轮和轴的常见例子有擀面杖、溜冰鞋和手推车。B1搭建手册B1第一册，第8-9页 在桌子上，直线推动模型小车。 描述发生了什么。现在试试小车曲线行驶，急转弯。 描述发生了什么。B2搭建手册B2第一册，第10-11页 在桌子上，直线推动模型小车。 描述发生了什么。现在试试小车走

7、之字形路线，急转弯。 描述发生了什么。和前面的小车比较。B3搭建手册B3第一册，第12-15页 在桌子上，直线推动模型小车。 描述发生了什么。现在试试小车走之字形路线，急转弯。 描述发生了什么。和前面的小车比较。B4搭建手册B4第一册，第16-17页 描述发生了什么及转动手柄时万向节的运动。.轮和轴LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：轮和轴轮和轴通常是圆

8、形物体，一般是一个大轮子和小一些的轴。通常被牢固地固定在一起。你知道吗？ 迄今为止发现的第一个 轮子是大约5,600年前苏 美尔人制作的。.轮轴轮和轴总是以相同的速度旋转。因为轮子的周长更大，轮子的表面旋转速度会更快距 离也更长。和把负荷放在地上拖着相比较，在小车上放一个负荷，几乎总会减少摩擦力。科学和工 程里的轮子不总是用在交通工具上。有沟槽的轮子叫做滑轮，有齿的轮子叫齿轮。轮和轴的常见例子有擀面杖、溜冰鞋和手推车。B1 这个模型小车的轴是分离的。小车直线或者曲线行驶、 急转弯时，容易转向。分离轴允许轮子以不同的速度转动。没有横线B2 这个模型小车的轴是固定的。直线行驶时很容易转向。但 是曲

9、线行驶包括急转弯时，转向困难，因为轮子不能以不 同的速度转弯。转弯时，一个轮子总打滑。B3 这个模型小车有一个转向系统。直线或曲线行驶包括 急转弯时，转向很容易。分离轴允许轮子以不同的速 度转弯，转向轮能够很好地控制住。B4 这个模型小车有一个万向节。摇手柄时，旋转的运动通过 处于一个角度的万向节传给输出。输入和输出的速度比是1:1。滑轮LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO G

10、roup.简易机械：滑轮滑轮是通过绳子、链条或者缠绕在轮子凹槽里的皮带运动的轮子。主动轮从动轮皮带驱动的滑轮有一个连续的皮带连接两个轮子。受到外力作用（施力）的轮子叫主动 轮，另一个叫从动轮。 主动轮提供输入力，从动轮提供输出力。主动轮转时，皮带跟着运动，使从动轮也朝相同的方向转动。如果主动轮比从动轮小，从动轮会比主动轮转 的慢。驱动滑轮的皮带依赖皮带的摩擦来传递运动。如果皮带太紧，皮带会导致滑轮轴和轴承 产生多余的摩擦力。如果皮带太松会打滑，施力没有被有效利用。打滑是有皮带运转的机械负荷过重时的一个保证安全的保护功能。提重物时，复合滑轮的轮子可以组合成一个举起的系统，这个系统能更容易地把重物

11、举起。你知道吗？滑轮是在英格兰开始被大量生产的。19世纪初时， 也就是拿破仑战争时，人 们生产滑轮，给英国皇家 海军的战舰提供滑轮组。负荷上升拉下使用单个滑轮举起负荷不会更省力，但是它能改变运动的方向，而不必增加速度或者 力。单个滑轮只允许你通过拉绳子举起一个重物。有动滑轮，也有定滑轮。定滑轮和动 滑轮之间的区别就是重物被移动时，定滑轮不会上下移动。定滑轮通常被固定在顶楔或者椽子上，只能绕着轴转动。在举起或者拖拉的系统里，复 合滑轮的轮子在一个轴上，被叫做滑轮组。常见的例子有百叶窗、窗帘和旗杆。C1搭建手册C1第一册，第18页 转动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。 然后慢慢增加你握着输出指针的

12、力，描述发生了什么。C2 搭建手册C2第一册，第19页 转动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。 然后慢慢增加你握着输出指针的力，描述发生了什么。C3 搭建手册C3第一册，第20页 转动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。 然后慢慢增加你握着输出指针的力，描述发生了什么。C4搭建手册C4第一册，第21页 转动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。然后慢慢增加你握着输出指针的力，描述发生了什么。C5搭建手册C5第一册，第22-23页 转动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。 标出主动轮和从动轮。准确地圈出每个轮子。C6搭建手册C6第一册，第24-25页 转动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。 标出主动轮和从动轮。准

13、确地圈出每个轮子。C7搭建手册C7第一册，第26-27页 转动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。 标出主动轮和从动轮。准确地圈出每个轮子。C8搭建手册C8第一册，第28-31页 提起绳子，重物被举起。描述发生了什么。C9搭建手册C9第一册，第32-35页 提起绳子，重物被举起。描述发生了什么。C10搭建手册C10第一册，第36页 提起绳子，重物被举起。描述发生了什么。滑轮LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group.

14、 2009 The LEGO Group.简易机械：滑轮滑轮是通过绳子、链条或者缠绕在轮子凹槽里的皮带运动的轮子。主动轮从动轮皮带驱动的滑轮有一个连续的皮带连接两个轮子。受到外力作用（施力）的轮子叫主动 轮，另一个叫从动轮。 主动轮提供输入力，从动轮提供输出力。主动轮转时，皮带跟着运动，使从动轮也朝相同的方向转动。如果主动轮比从动轮小，从动轮会比主动轮转 的慢。驱动滑轮的皮带依赖皮带的摩擦来传递运动。如果皮带太紧，皮带会导致滑轮轴和轴承 产生多余的摩擦力。如果皮带太松会打滑，施力没有被有效利用。打滑是有皮带运转的机械负荷过重时的一个保证安全的保护功能。提重物时，复合滑轮的轮子可以组合成一个举起

15、的系统，这个系统能更容易的把重物举起。你知道吗？滑轮是在英格兰开始被大量生产的。19世纪初时， 也就是拿破仑战争时，人 们生产滑轮，给英国皇家 海军的战舰提供滑轮组。负荷上升 拉下使用单个滑轮举起负荷不会更省力，但是它能改变运动的方向，而不必增加速度或者 力。单个滑轮只允许你通过拉绳子举起一个重物。有动滑轮，也有定滑轮。定滑轮和动 滑轮之间的区别就是重物被移动时，定滑轮不会上下移动。定滑轮通常被固定在顶楔或者椽子上，只能绕着轴转动。在举起或者拖拉的系统里，复 合滑轮的轮子在一个轴上，被叫做滑轮组。常见的例子有百叶窗、窗帘和旗杆。C1 这个模型表明一个皮带驱动的滑轮组里，主动轮和从动轮的速度和转

16、动方向相同。轻轻握住输出指针，因为这导致了皮带打滑，使从动轮停止转动。没有横线C2 这个模型表明皮带驱动的滑轮组增加了速度。从动轮转 动得比主动轮快。但是输出力减少，皮带可能会打滑。C3 这个模型表明皮带驱动的滑轮组减少了速度。从动轮转 动的比主动轮慢。这会增加输出力，但是随着负荷的增 加，皮带会打滑。C4这个模型表明皮带驱动的滑轮组里，主动轮和从动轮速 度相同。但是因为皮带交叉，所以转动方向相反。C5 这个模型表明皮带驱动的滑轮组里，主动轮和从动轮的 转动速度相同，但是因为皮带扭曲，轮子运动的角度发 生变化。主动轮从动轮C6 这个模型表明这个皮带驱动的滑轮组用的是复合滑轮 系统。这样速度就明

17、显减慢了。但是同时大大增加了输出力。主动轮越小，会导致大一些的从动轮转动的越慢。小的主动轮和大一些的从动轮在同一个轴上，它是第二个大的从动轮的主动轮。主动轮从动轮主动轮从动轮C7 这个模型表明皮带驱动的滑轮组里，一个主动轮驱动 两个从动轮，建立了双重输出。主动轮和从动轮大小的不同导致了减速，但增加了输出力。从动轮主动轮从动轮C8这个模型不增加也不减少所需作用力、速度以及距离。乐高积木使其满负荷，只是被举起或者放下。C9 这个模型是一个单个的定滑轮。它不增加也不减少所需作 用力和速度，只是改变了运动的方向。C10 这个模型是一个定滑轮和一个动滑轮。它把用来举起负荷 的作用力分为两份，并减少了负荷

18、被举起的速度。你必须把细绳拉出两倍的长度才能举起负荷。没有横线斜面LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：斜面斜面就是用来提高物体的一个倾斜的表面，比如滑坡。你知道吗？使用斜面的优势已经知道了，并被应用了上千年。 古埃及使用土做的斜面来 帮助他们把巨大的石块运 到金字塔顶。Distance高度距离使用一个斜面来提高一个物体到要求的高度，这个物体必须被移动的距

19、离更长，但是比把 这个物体直线升高所需的作用力小。这是一个取舍，或者用很大的力来把重物直线向上短距离提起，或者用小得多的力通过斜面，慢慢提升重物，距离更长。斜面常见的例子有滑坡、梯子和楼梯。D1搭建手册D1第二册，第2-12页 松开重物。描述发生了什么。D2搭建手册D2第二册，第13-15页 松开重物。描述发生了什么。斜面LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group. 简易

20、机械：斜面斜面就是用来提高物体的一个倾斜的表面，比如滑坡。你知道吗？使用斜面的优势已经知道了，并被应用了上千年。 古埃及使用土做的斜面来 帮助他们把巨大的石块运 到金字塔顶。Distance高度距离使用一个斜面来提高一个物体到要求的高度，这个物体必须被移动的距离更长，但是比把 这个物体直线升高所需的作用力小。这是一个取舍，或者用很大的力来把重物直线向上短距离提起，或者用小得多的力通过斜面，慢慢提升重物，距离更长。斜面常见的例子有滑坡、梯子和楼梯。D1 这个模型是一个短的斜面。松开重物时什么也没发生。 作用力不足以把重物举到斜面的顶端。如果再加一个轮子，作用力就能够举起重物。负荷没有横线作用力D

21、2 这个模型是一个长的斜面。因为增加了斜面的长 度，因此缩小了斜面的角度，施力能提升重物到斜面的顶端。楔子LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：楔子楔子是对斜面的修改。和斜面不一样的是，楔子可以移动。你知道吗？楔子是用来分裂花岗岩的！有一种简易装置叫做 插楔开石工具，能分割巨 大的花岗岩石块。单层楔子双层楔子楔子可以有一个或者两个斜面。你所需的作用力取决于

22、楔子的长宽和倾斜的表面之 间的关系。楔子的常见的例子有斧子、刀子和门碰头。E1搭建手册E1第二册，第16-25页把楔子推到重物的下面。描述发生了什么。E2 把楔子掉头，然后再推到重物的下面。描述发生了什么，和上面的模型对比。楔子LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：楔子楔子是对斜面的修改。和斜面不一样的是，楔子可以移动。你知道吗？楔子是用来分裂花岗岩的！有

23、一种简易装置叫做 插楔开石工具，能分割巨 大的花岗岩石块。单层楔子双层楔子楔子可以有一个或者两个斜面。你所需的作用力取决于楔子的长宽和倾斜的表面之 间的关系。楔子的常见的例子有斧子、刀子和门碰头。E1这个模型是一个单个的楔子，有一个长距离的斜坡。 楔子制造一个很小的坡度，只需很小的力就可以提 起重物。没有横线E2 这个模型是一个单个的楔子，有一个短距离的斜坡。 和上面的楔子比较，斜坡表面形成的陡峭角度需要 大些的力提起重物。但是重物滑行的距离也更短。螺旋LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commer

24、ce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：螺旋螺旋是斜面的一种变化形式。螺丝钉的螺纹就像把一个圆柱体包裹住的斜面。螺纹的宽度 就好比这个斜面的角度。你知道吗？ 公元前3世纪，希腊科学 家、数学家和发明家，阿基米德以螺旋为基础，设 计他的螺杆泵抽水灌溉。.螺距螺丝钉的螺距越多，转动的圈数越多，但是把螺丝钉钉进去用的力也越少。重物就是这块木 头作用在螺丝钉上的摩擦力和其他力。螺丝钉被钉进一块木头里时，它就像长长的斜面旋转着穿过重物。螺丝刀旋转时的力转换 成垂直的力螺丝钉拧进一个物体。螺丝钉旋转一整圈能移

25、动多远，是由螺丝钉的螺距 决定的。螺距就是螺丝钉每厘米螺纹的数量。如果一个螺丝钉每厘米有8个螺纹，就是1/8个螺距。一 个螺距1/8的螺丝钉转一整圈就是向物体里移动了1/8厘米的距离。螺旋的常见例子有螺丝钉、螺旋拔塞器和锥子。F1搭建手册F1第二册，第26-32页 摇动手柄，描述速度和方向。螺旋LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.简易机械：螺旋螺旋是斜面的一种变化

26、形式。螺丝钉的螺纹就像把一个圆柱体包裹住的斜面。螺纹的宽度 就好比这个斜面的角度。你知道吗？ 公元前3世纪，希腊科学 家、数学家和发明家，阿基米德以螺旋为基础，设 计他的螺杆泵抽水灌溉。.螺距螺丝钉的螺距越多，转动的圈数越多，但是把螺丝钉钉进去用的力也越少。重物就是这块木 头作用在螺丝钉上的摩擦力和其他力。螺丝钉被钉进一块木头里时，它就像长长的斜面旋转着穿过重物。螺丝刀旋转时的力转换 成垂直的力螺丝钉拧进一个物体。螺丝钉旋转一整圈能移动多远，是由螺丝钉的螺距 决定的。螺距就是螺丝钉每厘米螺纹的数量。如果一个螺丝钉每厘米有8个螺纹，就是1/8个螺距。一 个螺距1/8的螺丝钉转一整圈就是向物体里移

27、动了1/8厘米的距离。螺旋的常见例子有螺丝钉、螺旋拔塞器和锥子。F1 这个模型使用蜗杆来演示螺旋的原理。当摇动手柄时， 螺旋使蜗杆以90度的角度在螺旋上转动。速度明显降低。没有横线齿轮LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.机械装置：齿轮齿轮是有齿的、能互相啮合的轮子。因为齿之间互相锁定，齿轮可以高效传递力和运动。你知道吗？ 不是所有的齿轮都是圆形 的。一些齿轮是正方

28、形、 三角形，甚至椭圆形的。从动轮主动轮主动轮是外力，比如你的手或者一个引擎，驱动下转动的齿轮。被另一个齿轮驱动的 齿轮就叫做从动轮。主动轮提供输出力，从动轮提供输出力。使用齿轮系统能够改变速度、方向和力。但是总是有利有弊。例如，你不能增加输出力的同时提高速度。两个互相啮合的齿轮相对运动，为了预测它们的齿轮比，从动轮的齿数除以主动轮的 齿数。这就是齿轮比。如果24齿的从动轮和48齿的主动轮相啮合，齿轮传动比就是1:2。 这就意味着这个从动轮转动的速度是主动轮的两倍。许多机械在需要控制旋转速度和转力的地方会用到齿轮。常见的例子有电动工具、 汽车和打蛋器。G1搭建手册G1第三册，第2页摇动手柄，描

29、述主动轮和从动轮的速度。标出主动轮和从动轮。准确圈出每一个。G2搭建手册G2第三册，第3页摇动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。标出主动轮和从动轮。准确圈出每一个。G3搭建手册G3第三册，第4页摇动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。标出主动 轮和从动轮。准确圈出每一个。G4搭建手册G4第三册，第5-6页摇动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。标出主动轮和从动轮。准确圈出每一个。G5搭建手册G5第三册，第7-8页摇动手柄，描述主动轮和从动轮的速度。标出主动轮和从动轮。准确圈出每一个。G6搭建手册G6第三册，第9-10页摇动手柄，描述从动轮的运动。G7搭建手册G7第三册，第11-14页摇动手柄，描述发生了

30、什么。G8搭建手册G8第三册，第15-18页摇动手柄，描述发生了什么。如果让一个输出指针停止，会发生什么？ 如果让两个输出指针都停止，会发生了什么？G9搭建手册G9第三册，第19-22页摇动手柄，描述发生了什么。如果试着转动输出指针，会发生什么？G10搭建手册G10第三册，第23-25页摇动手柄，描述发生了什么。齿轮LEGO and the LEGO logo are trademarks of the/sont des marques de commerce de/son marcas registradas de LEGO Group. 2009 The LEGO Group.机械装置：齿

31、轮齿轮是有齿的、互相啮合的轮子。因为齿之间互相锁定，齿轮可以高效传递力和运动。你知道吗？ 不是所有的齿轮都是圆形 的。一些齿轮是正方形、 三角形，甚至椭圆形的。从动轮主动轮主动轮是外力，比如你的手或者一个引擎，驱动下转动的齿轮。被另一个齿轮驱动的 齿轮就叫做从动轮。主动轮提供输入力，从动轮提供输出力。使用齿轮系统能够改变速度、方向和力。但是总是有利有弊。例如，你不能增加输出力的同时提高速度。两个互相啮合的齿轮相对运动，为了预测它们的齿轮比，从动轮的齿数除以主动轮的 齿数。这就是齿轮比。如果24齿的从动轮和48齿的主动轮相啮合，齿轮比就是1:2。 这就意味着这个从动轮转动的速度是主动轮的两倍。许

32、多机械在需要控制旋转速度和转力的地方会用到齿轮。常见的例子有电动工具、 汽车和打蛋器。G1这个模型的齿轮比是1:1。因为他们的齿数相同，主 动轮和从动轮的速度相同。主动轮和从动轮的转动速 度相反。都没有横线从动轮主动轮G2这个模型表明是加速传动装置。大一些的主动轮带动小一些的从动轮，导致速度增加，但是输出力减少。从动轮主动轮G3这个模型表明是减速传动装置。小一些的主动轮带动大一些的从动轮，导致速度降低，但是输出力增加。从动轮主动轮G4这个模型是个空转齿轮装置。小一些的齿轮是一个空 转齿轮。空转齿轮不影响主动轮和从动轮的速度或者 输出力。主动轮和从动轮转动方向相同，速度相同。主动轮从动轮惰齿轮G5这个模型是个复合传动装置。由于这个复合传动装置 的设置方式，转动的速度明显降低，输出力大大增 加。