2025-2026学年设计制作小车教学视频

2025-2026学年设计制作小车教学视频设计思路一、设计思路紧扣课本“简单机械与力”章节，以“设计制作橡皮筋动力小车”为任务，引导学生结合杠杆原理、轮轴知识选择材料、设计车身结构，通过组装、调试、测试优化，深化对能量转换与摩擦力的理解，注重实践操作与问题解决，贴合学生认知水平，实现课本知识向实际应用的转化。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过设计制作小车，深化对能量转换、摩擦力等物理观念的理解；运用科学思维分析结构优化问题，提升推理与建模能力；在动手实践中培养科学探究与创新意识，经历设计—制作—调试—改进的完整过程；通过小组合作增强团队协作与责任担当，养成严谨求实的科学态度，实现课本知识向核心素养的转化。重点难点及解决办法三、重点难点及解决办法重点：能量转换原理应用（课本“能量”章节）、摩擦力对运动的影响（课本“力与运动”）、结构稳定性设计（课本“简单机械”）。难点：理论知识向实践设计的转化、多因素（缠绕圈数、摩擦力、重心）协同优化。解决办法：通过控制变量实验收集数据（缠绕圈数-距离、接触面材质-摩擦系数），小组合作绘制设计草图并迭代测试，教师引导分析实验数据与课本知识的对应关系，突破理论实践转化瓶颈。教学资源准备四、教学资源准备1.教材：确保每位学生有物理教材“简单机械与力”“能量”章节资料。2.辅助材料：准备橡皮筋动力小车结构示意图、能量转换过程动画、优秀案例视频。3.实验器材：橡皮筋、硬纸板、轮轴、直尺、秒表、木板/毛巾等接触面材料，确保器材安全完整。4.教室布置：设置6组分组讨论区及对应实验操作台，配备工具收纳盒。教学过程（一）情境导入（5分钟）

同学们，请看教室前方悬挂的橡皮筋动力小车模型。当我松手后，小车为什么会向前运动？它运动的距离和哪些因素有关？今天我们将通过设计制作橡皮筋动力小车，探究课本中"能量转换"和"力与运动"的核心知识。请各小组取出教材第XX页"能量转化实验"案例，思考：橡皮筋的形变如何转化为小车的动能？

（二）知识探究（15分钟）

1.**理论引导**：结合教材"简单机械"章节，我展示轮轴结构图。请同学们用直尺测量车轮直径，计算轮轴比。思考：轮轴比如何影响小车省力情况？

2.**变量分析**：各小组讨论影响小车行驶距离的因素。请记录在实验单上：橡皮筋缠绕圈数、车轮材质、车身重量。这些变量分别对应课本中哪些知识点？

（三）分组实践（40分钟）

1.**设计阶段**：每组领取硬纸板、轮轴、橡皮筋等器材。根据教材"结构稳定性"要求，设计车身草图。注意：重心位置应低于轮轴中心，防止侧翻。

2.**组装调试**：

-学生A负责固定轮轴，确保转动无卡顿

-学生B缠绕橡皮筋，记录初始圈数（建议5-10圈）

-学生C在地面标记起点，用秒表计时

3.**数据采集**：在木板、毛巾两种接触面测试，记录行驶距离。填写表格：

|接触面|缠绕圈数|行驶距离(m)|

|--------|----------|-------------|

|木板|8|3.2|

|毛巾|8|1.5|

（四）问题突破（20分钟）

1.**现象分析**：请对比毛巾表面的数据，为什么行驶距离减少？这与课本"摩擦力"章节的什么结论一致？

2.**优化方案**：针对摩擦力问题，各组提出改进措施。例如：在车轮加防滑圈，或减小车身与接触面的压力。

3.**能量验证**：用弹簧测力计测量不同圈数下橡皮筋的弹力，绘制弹力-形变量图像，验证课本"弹性势能公式E=1/2kx²"。

（五）总结提升（10分钟）

1.**知识梳理**：各小组用思维导图总结：弹性势能→动能→克服摩擦力做功的能量转化路径。

2.**迁移应用**：如果增加车身载重，行驶距离会如何变化？请结合牛顿第二定律分析。

3.**作业布置**：完成教材习题"能量转化计算题"，并设计载重小车的改进方案。

（六）安全提示（全程贯穿）

1.橡皮筋拉伸不超过原长2倍，防止断裂伤人

2.车轮安装后需手动转动测试灵活性

3.测试时保持1米安全距离

（七）差异化指导

对基础薄弱组：提供轮轴比计算模板

对能力较强组：挑战"多级齿轮传动"设计

（八）评价反馈

采用"三维度评价表"：

-科学性（能量转化原理应用）

-创新性（结构设计独特性）

-实践性（数据记录完整性）

（九）课后延伸

拍摄小车运动视频，用手机慢动作功能分析车轮打滑现象，下节课用动量定理解释。教师随笔Xx知识点梳理1.**能量转化原理**（教材"能量"章节）

-橡皮筋形变储存弹性势能（E=1/2kx²，k为劲度系数，x为形变量）

-释放势能转化为小车动能，遵循能量守恒定律

-实践应用：缠绕圈数控制形变量，直接影响初始势能大小

2.**力与运动关系**（教材"力与运动"章节）

-摩擦力阻碍运动：接触面粗糙程度（木板/毛巾）影响摩擦系数μ

-牛顿第一定律：小车在无摩擦表面将保持匀速直线运动

-实践应用：减小摩擦（如车轮加装轴承）可延长行驶距离

3.**简单机械应用**（教材"简单机械"章节）

-轮轴原理：轮半径R与轴半径r之比决定省力程度（F轴=轮F轮/R）

-杠杆原理：车身结构中支点、动力点、阻力点的优化布局

-实践应用：增大轮轴比（R/r）可提升车速但需平衡扭矩

4.**变量控制方法**（教材"科学探究"章节）

-单变量实验：固定缠绕圈数/接触面材质，测试变量对距离的影响

-数据记录：使用秒表计时、直尺测量，绘制距离-圈数曲线图

-实践应用：通过控制变量法验证摩擦力与速度的负相关性

5.**结构稳定性设计**（教材"工程基础"章节）

-重心位置：重心低于轮轴中心可防止侧翻（教材PXX图示）

-材料强度：硬纸板需满足抗弯强度要求，避免车身变形

-实践应用：三角形支撑结构增强车身刚性，减少能量损耗

6.**能量损耗分析**（教材"能量转化"章节）

-克服摩擦做功：W摩=fs（f为摩擦力，s为位移）

-空气阻力：高速行驶时不可忽略，需优化流线型设计

-实践应用：轻量化车身（减少质量m）降低惯性损耗

7.**实验数据处理**（教材"物理实验"章节）

-误差控制：多次测量求平均值，减少偶然误差

-图像分析：绘制弹力-形变量图像验证胡克定律

-实践应用：通过Excel拟合数据，计算弹性系数k

8.**创新迁移应用**（教材"STSE"章节）

-载重设计：增加质量m需相应提升橡皮筋势能

-多级传动：齿轮组优化扭矩传递效率

-实践应用：将轮轴原理应用于自行车变速系统

9.**安全规范要点**（教材"实验安全"章节）

-橡皮筋限值：拉伸不超过原长2倍，避免断裂伤人

-工具使用：剪刀/胶带等需按规程操作

-实践应用：测试时保持1米安全距离，佩戴护目镜

10.**科学思维方法**（教材"科学探究"章节）

-假设验证：提出"缠绕圈数越多距离越远"的假设

-模型构建：将小车简化为质点+刚体系统

-实践应用：用控制变量法排除无关因素干扰教师随笔Xx课后作业七、课后作业1.计算题：某橡皮筋小车橡皮筋劲度系数k=20N/m，缠绕10圈后形变量x=0.2m，求橡皮筋储存的弹性势能。若小车质量m=0.5kg，忽略摩擦，求释放后小车的最大速度。（答案：Ep=1/2kx²=0.4J，Ek=Ep，v=√(2Ek/m)=1.26m/s）2.分析题：同一小车在木板和毛巾表面行驶，木板摩擦系数μ1=0.1，毛巾μ2=0.3，若小车动能均为0.4J，求两种表面克服摩擦做功的距离差。（答案：W=fs=μmgx，木板x1=0.4/(0.1×0.5×10)=0.8m，毛巾x2=0.4/(0.3×0.5×10)≈0.27m，差值0.53m）3.设计题：要求小车爬坡时省力，轮轴半径比R/r=3，若坡道阻力F阻=15N，求需施加的拉力大小。（答案：F轴=F阻×r/R=15×1/3=5N）4.实验题：设计实验探究“缠绕圈数与行驶距离关系”，写出控制变量和数据处理方法。（答案：控制变量：固定接触面、车身质量，改变圈数n；用直尺测距离s，绘制s-n图像分析规律）5.改进题：发现小车易侧翻，从重心位置分析改进措施并说明理由。（答案：降低重心，将电池置于底部；理由：重心低于支点增大稳定性，防止倾覆）内容逻辑关系①理论奠基-实践转化主线：能量转化原理（弹性势能→动能）、力与运动关系（摩擦力阻碍）、简单机械应用（轮轴省力）贯穿始终，关键词“控制变量”“能量守恒”“结构优化”，对应教材“能量”“力与运动”“简单机械”章节核心概念。

②问题驱动-探究进阶逻辑：从“影响因素分析”（缠绕圈数、接触面材质）到“数据验证”（距离-圈数曲线），再到“改进设计”（降低重心、减小摩擦），词句“单变量实验”“误差控制”“创新迁移”，链接教材“科学探究”“工程基础”方法体系。

③知识整合-素养提升闭环：能量损耗分析（克服摩擦做功）、结构稳定性设计（重心位置）、安全规范要点（器材使用），整合“能量转化”“结构稳定性”“实验安全”知识点，形成“理论-实践-反思”完整学习链，呼应教材STSE教育理念。教学反思学生动手制作时发现，部分小组对“摩擦力计算公式f=μN”的实际应用不够熟练，需在后续课中增加接触面粗糙程度的定量实验，强化教材“力与运动”章节的公式推导。实验环节时间偏紧，导致数据记录不够完整，下次可提前5分钟