乐高能源组合基本教材能量、做功、动力基础

1、 能量、做功、动力基础套装9680 培训资料能量组合实验室基础教材1西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品 目 录介绍34器材概述5-7开始8-10评估与理解，课前测验/课后测验11-12关于特殊元件13-14电的测量课程综览15第一单元第二单元第三单元第四单元第五单元16介绍能量17-20势能21-26动能27-32动能到电能33-48能量的储存第六单元49-58课外项目详细元件列表59-60乐高原文教材，西觅亚翻译，版权所有，违者必究。2西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品能量组合实验室基础教材 介绍欢迎来到 eLAB(能量组合实验室)，应用这本“9680能量，做功，动力基础教材”，

2、你们的学生将从中探索 到能量和能量转换的概念。 “9680能量，做功，动力基础套装”是 LEGO DATA 新的 eLAB 系列的第一套学习工具。eLAB 系列包含了新的一系列产品，这些产品能让学生们深入研究出能量，电和环境的概念。9680 里涉及的概念包括：能量的分类和能量的资源，能量的生成，能量的转换，能量的储存以及能量，做功和动力之间的关系。 学习的目的是让学生认识到：任何地方都存在着能量。我们不可能创造出能量或使能量消失我们只能使它转换成另一种形式的能来 满足我们的需要。 eLAB 能量组合实验室的第二套学习工具是“9681可再生能源”，该套装是在“能量，做功，动力基础套装” 的基础上

3、编写出来的。 “9680能量，做功，动力基础套装”是作为研究能量概念的起始点。它是教学体系两大部分中的第一部分， 作为学习“9681可再生能源”的基础，“9681”将探索三种新能源：风能，水能和太阳能。“9680能量，做功，动力基础套装”也可以独立使用，为学习基础的能量知识。 “9680能量，做功，动力基础套装”适用于总共 8-16 名学生，分为 4 个小组。在学完“9680”之后，继续学习“9681可再生能源”来扩展基本概念的掌握量，以求得继续研究可再生能源及其发展过程。（为解释这三种新能源， 分别配有搭建器材和手册用以说明每一个概念， 现在“9680”作为一本基础套装为能量实践活动提 供了

4、电容器和马达。 3西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品能量组合实验室基础教材 器材概述能量，做功，动力基础套装（9680）和“可再生能源（9681）能量，做功，动力基础套装产品编号： 9680可再生能源 产品编号： 9681能量，做功，动力基础教材（教师笔记和备课资料原文）产品编号： 2009680可再生能源教材（教师笔记和备课资料原文）产品编号： 2009681能量概念指导 产品编号： 2000040电容器 产品编码： 9916电容器附带在“9680能量，做功，功率基础套装”中，也可以单独购买。 太阳能电池板 产品编号： 9912太阳能电池附带在“9681新新能源”中，也可以单独购买。4

5、西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品能量组合实验室基础教材 开始教师参考资料这套“能量，做功，动力基础套装”为你和你的班级提供了许多学习的机会。这只是在全面学习这门课程之前开一个头。很自然地，你会根据你自身的背景和经验以及你学生已经掌握的关于能量和能量转换的知识来制定你对于这本教材的教学计划。学生的年龄和普遍水平也将成为某些因素，让你决定你将采用哪些单元和实践活动。因为这些原因，一定量的关于能量做功和功率的测量也将被放到第六单元补充方案。 配套的实验可以增强学生们的学习实践能力，还有相应的与实践和讨论有关的练习和建议。在你做实验的过程中，你会发现你正在慢慢地理解能量的概念，知道怎样测量，怎

6、样进行科学调查。这一系列实验也包括课前练习和课后练习，这些实验被安排在六个单元里，在你们的课程中每个实验都有它明确的目的。这些单元的排列并没有固定的顺序，它们现在被排列在下面。 这些单元是： 第一单元能源的介绍第二单元势能 第三单元动能 第四单元动能到电能第五单元能量的储存第六单元课外项目 学生实验研究：运用简单的模型来导出能量和能量转换的概念。 调查：运用模型来检验假设或观察两者之间的联系来加强概念的理解。解决问题：运用他们的知识来设计或制作一个更好的方案或工具。 能量概念指导（2000040）能量概念指导提供了关于能量和可再生能源更深层次的材料。你会发现许多关于能量转换的过去和现在的例子，

7、还有一些关于可再生能源的用法，它将帮助你将这些概念介绍给你的学生。关于学生实验的内容都可以参考这本概念导引。 这本能量概念指导单独出售，它并不是“能量，做功，动力基础套装”基础教材（2009680）的一部分。5西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品能量组合实验室基础教材 设计你的教学课程编写你的“能量，做功，动力基础套装”教学课程这本“能量，做功，动力基础套装”由两个红盒子组成，总共有：4 个蓝色的盘 4 本搭建手册 4 张元件鉴别卡片 被编写的这套课程最大的优点来源于实践活动。所以，每套基础套装都配有 4 套相同且完整的小型装置，4 个小组的学生（每小组 8-16 个学生）可以在同一时间做

8、同一个实验。 在准备给课堂教用时，你会注意到有 4 个相同的蓝色的盘，4 本相同的搭建手册，4 张相同的元件鉴别卡 片，在塑料袋里还有其它类型的东西。 取出红盒子里所有的东西之后，在每只盒子里放两只蓝色的盘。按照元件鉴别卡，整理元件并将它们分别放在规定的分类格里。请记住，在口袋中的元件是混乱的，并没有把分袋装；所以口袋必须打开，如前所说的分类。（立刻分类，4 个盘里都正确地装有相同的元件和数量）。 当盘被分类后，就拿出元件鉴别卡和搭建手册放在每一个盘上，拿一个干净的盒盖，盖住每一个红盒子。6西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品能量组合实验室基础教材 课堂管理科技课的课堂时间是非常宝贵的，因

9、为这个原因，所以重点就会被放在运用已经做好的模型，并保持这些拼装完的模型直到单元结束。那并不是说，学生们应该在课前课后不断的去花时间装配和拆卸模型。我们希望在上课前能有一部分时间花在这上面。有些模型可以在同一时间被装配，例如： 实验车 - 手工电容器 电容器和马达 简单的绞盘 齿轮（不能像上面的组合模型一样被同时装配） 简单的元件储存管理方法包括： 备有贴上标签的装有完整模型的储存盒 准备一个“丢失和找到”标志的空盒摆放元件 在课堂结束是总要叫学生检查地上有没有元件 考虑预备一套小的多余零件，当元件发生缺少时能够继续工作。 任何装配工作都可以在自助盘上展开，以免元件滚动到地板上。 为每一套小装

10、置都标上号，贴上标签，指定每个小组每次都用同一套，所以他们必须对自己的材料负责。 许多实验需要附加的材料，比如说小法码，米尺和量棒。这些东西都能在教室里找到，所以没有包括在前一套材料 中。 一些实验要求两队合作，共用一些元件来制作模型，比如说马达。整个班级 学习能量和能量转换的基础知识 用模型示范 整理并讨论结果。 小组 按照有条理性的指导和练习 共同工作，利用模型得出测量结果 培养团队合作，一起得出结论。 个人寻找自己的结论，并与别人的结论进行比较。7西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品能量组合实验室基础教材 评估建议教师评估教师在评估学生的作业时可以运用不同的方法，包括： 观察学生的动

11、手能力 看学生的笔记本和作业 复查学生的记录 和同学一起讨论 列出每个人的技能，比较他们的学识和才能 评估他们的调查报告 学生的特色介绍 要求学生保留一分完整的笔记，那会对评估他们这一段时间的进步很有帮助。 学生的自我评估 自我评估能帮助学生在独立工作能力方面取得进步。有一种简单的让学生评估自己所学内容的方法，就是坚持写。 频繁的写作不仅能提高书面交流能力，它也鼓励了一种改善课堂讨论的方法。在写过关于这个话题的文章之后，学生们将会对讨论和提问更有准备。写作促进思考，而思考正是我们想要的。 自我评估提问的一些建议： 我学了什么？ 我学得有多好？ 我有多投入？我最喜欢/不喜欢哪一部分？为什么？ 我

12、如何把我学到的知识运用到日常生活中去？ 我的小组/班级工作情况有多好？我们该怎么样改进？ 课程附注我们已经在我们的网站上列出了与之有关的代表性课程。网址： /dacta/elab这些参考只能作为样本来看，而不是把我们的材料全部用到你的课程上去，课程的指导是随着地域的改变而改变的。 8西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品能量组合实验室基础教材 课前练习（）课后练习（）1.能量是用什么度量的？ (圈出正确的答案)（A）牛顿（B）赫兹（C）瓦特(D) 焦耳（1 分）2.一辆实验车被放在斜面的半当中。a.b.c.当你放了它时，它的能量发生怎样的变化？ (1)当你把小车重新放

13、在斜面上时，你怎样使它得到更多能量？ (1)在问题 b 中，你怎样使它得到 2 倍于先前的能量？ (1)d.一张大的卡片被放在了车上，小车放在斜面上，然后释放它。小车不能和以前走得一样远了。解释一下为什么。 3. 当你得到以下元件。 a.你会使用A，B，C 和D 中的哪些来点亮你的灯？说说你将采取什么做法使它发亮？ 我将用 (1)为了让它工作我将 (1)4.你如何使能量进入 a.b.c.d.e.一根有弹性的带子 一套法码 一台电容器 一个调速轮 (1)(1)(1)(1)9西觅亚科技-乐高教育产品中国乐高教育产品能量组合实验室基础教材 课前练习（）课后练习（）1、能量是用什么度量的？ (圈出正确

14、的答案)（ A） 牛顿（ B） 赫兹（ C） 瓦特(D) 焦耳 （1 分）2、A：一辆实验车被放在斜面的半当中。a.b.c.d.(1)(1)(1)当你放了它时，它的能量发生怎样的变化？因为它在滑下斜面时丢失了势能，得到了动能。 当你把小车重新放在斜面上时，你怎样使它得到更多能量？将起始点放得更高。 在问题 b 中，你怎样使它得到 2 倍于先前的能量？ 将它放在 2 倍的高处 一张大的卡片被放在了车上，小车放在斜面上，然后释放它。小车不能和以前走得一样远了。解释一下为什么？ 受到空气摩擦力消耗能量。 (1)3、当你得到以下元件。a.你会使用A，B，C 和D 中的哪些来点亮你的灯？说说你将采取什么

15、做法使它发亮？ 我将用 A、B、C 和D(1)为了让它工作我将 把A 放在马达/马达 B 上，用线D 连接B 和灯C。 (1)4、你如何使能量进入 (1)a. 一根有弹性的带子 拉紧它。 b.一套法码 将法码抬高(1)c.一台电容器 充电 d. 一个调速轮 让飞轮转动 (1)(1)西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 10能量组合实验室基础教材 特殊元件介绍乐高电容器在 9680 搭建手册的第 29-31 页，你能找到更多关于电容器的技术说明。电容器单元包括一个 1 法拉的电容器和一个附加的电路，可以同马达和太阳能电 池板一起使用。这个电路也能保护它，

16、同时在两个方向承受 18 伏特以下的电压。 连接乐高电容器如果这个电容器被不正确的连接或马达出错，那么它将充不满电。按照搭建手册第 18 页上演示的正确连接电路，让马达顺时针方向旋转，这些都是很重要的。当马达顺时针方向旋转时，正电荷就在马达的左边聚集（由一个红色小片显示）。 等量的负电荷就聚集在马达的右边（由一个黑色小片显示）。 当新的电容器在第一次充电或者长时间不用的电容器建议同学们充电直到红灯亮，然后使用马达把电容器里的电全部放出。那将使他们在实验中更好地得出可靠的结论。如果电容器中的电没有用多少时候，那么再次充电将要花很长一段时间。这是因为所有的电容器，包括乐高电容器，将在一段时间之后才

17、会失去所存的电量。比如说，马达的最低操作电压为 1 伏特。因此，如果你充满了电，把它连接到马达上，然后开动它，直到马达停止，当电容器的电压降到 1 伏特时，它就会停止。当你对它再充电时，你只是把电压从 1 伏特增加到了 2.5 伏特，并 不是从零开始.能量储存当充电充到 2.5 伏特，电容器就储存了大约 3.125 焦耳的能量。如果马达在 1 伏特 时停止转动，电容器将有大约 0.5 焦耳的能量余留。 所以, 被利用的转换能量为 3.125J-0.5J=2.75J对电容器的注意点:保持电容器干燥 不要在它的端点处产生短路避免物理损坏 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐

18、高 教 育 产 品 11能量组合实验室基础教材 特殊元件介绍乐高太阳能电池板在“9680”的搭建手册第 29-30 页有更多关于太阳能电池的技术说明。注：“9680 -能量，做功，动力基础套装”不包括太阳能电池板。“9681可 再生能源套装”包括了太阳能电池板。太阳能电池板也可以单独购买。 太阳能电池板被安装在高质量的塑料壳里，板上有乐高元件的连接设备。它的设计适用于多种的光源和温度条件。太阳能电池板的理想安装位置是应该被安装在光线能正常照到它表面的位置上（处于右边的角度）。如果为了改变它的能量，用光 照部分的太阳能电池，那么将它水平地放置接受光照是很重要的， 如果人造光的使用有限制，理想的光

19、源是充足的太阳光。一般的白炽灯会散发许多热量，所以白炽灯只能在短时间内使用。另外，让灯与太阳能电池板保持一定 距离（至少厘米） 太阳能电池板注意点：太阳能电池板是不防水的； 太阳能电池板不能两端相接，会导致短路。乐高马达在“9680”的搭建手册第 29-31 页有更多关于乐高马达的技术说明。乐高马达由马达和齿轮箱两部分组成。齿轮箱用来降低高效率的马达的转速达到 359rpm。马达将在最低点伏特的电压下起动，但最大不能超过伏特。 用作电机乐高马达也可以用作发电机。当马达的轮轴转动时，金属线圈将会在磁场中移动， 这使金属线圈产生了电流。马达内部的滑动把电流运输到了接口。当它用作为马达时， 齿轮箱减

20、低马达线圈速度。当被用作发电机时，齿轮箱提高线圈的运动速度，使线圈 转动更快。当用马达作为发电机时，你不能通过外力强行地使马达的轮轴转速比你用 手转动的快。 马达注意点：马达是不防水的 最大不能超过伏特电压 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 12能量组合实验室基础教材 马达的速度不能失去控制，就是说，须连接一个转轴不转动的伏特表。当被用作发电机，外部接口的输出不能短路。 电的测量在研究能量概念之后，你可能希望拓展这些器材的运用范围，包括点的测量。电压表电压表可以用来测量电压和电路中的电压差。电压表需要并联。它的 测量单位是伏特。 电流表电流表可以用

21、来测量在金属线中流动的电流。电流表应该串联。测量 单位是安培，简写成安。 如果你希望用“乐高能量套装”来做上文所说的连接，你就需要做一些电线，来和那些装饰配套。因为一直带有电装置，所以要保证测量的安全。如果你打算进行这项研究，我们推荐你用有保护和弹性收缩的夹子。这样 的连接不会有任何电线松掉或暴露在外，使操作更安全并易于连接和拆卸。电线决不能直接插入插座。 下一页，有一个学生实验样例。西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 13能量组合实验室基础教材 关于电的测量电流表测量在金属线中流动的电流。电压表测量让电流流动的电压差。让我们用一个电流表和电压表来做

22、一些测量。用一个电压表1 用金属线连接你们的发电机到灯上。 2 照图所示把电压表连接到灯上，电压表并联到灯上。 3. 顺时针转动发电机的手柄。观察电压表上的指针。如果指针指向错误的方向，改变电压表的连接。 a. 使灯泡发光需要多少伏特的电压？ b. 当你慢慢转动发电机时，伏特数发生什么样的变化？然后快速转动后的变化呢？ 用一个电流表4 照图所示把电流表连接到线路内。电流表与金属线串联。 5. 顺时针转动发电机的手柄。观察电流表上的指针。如果指针指向错误的方向，改变电流表的连接。 a. 使灯泡发光需要多少安培的电流？ b. 当你慢慢转动发马达时，安培数发生什么样的变化？然后快速转动后的变化呢？

23、你学到了什么？西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐高 教 育 产 品 14能量组合实验室基础教材 课程综览第一单元介绍能量1A 什么是能量?第二单元势能1B 挑战!2B 增加一个齿轮箱 第三单元动能1C 全速前进 2C 空气阻力：很大的阻碍物!3C 能量守恒 第四单元动能到电能1D 电能的产生 2D 连接发电机至马达 3D 你能不劳而获吗？ 第五单元能量的储存1E2E3E4E5E6E7E8E在橡皮筋中储存能量橡皮筋能量储存器测量!储存动能 储存电能 能量的多少 电容器的功率 电网 第六单元课外项目1F 估计最好的弹性带会赢!2F 能量的耗尽 3F 起重机 4F 让小车开到

24、顶!西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 15能量组合实验室基础教材 5F 全速前进 什么是能量？学习目标 能量在我们周围。 能量有不同的形式。 能量可以从一种形式被转化成另一种形式。 我们不能创造能量或使某种能量消失。 讨论能量的定义 向学生提问，什么是能量，列出一些事物需要有能量才能工作。做一个与能量有关的招贴画的展示会。 指出我们的生存需要能量，我们的能量来自于我们所吃的食物。讨论能量在日常生活中的用途。我们大多数的能量都来自于太阳。 能量的形式 讨论能量有几种不同的形式，包括：热能，光能，声能，化学能，电能，核能，动能或势能。 介绍一些简单的名

25、词（位移）或学术名词（动能/势能）。你将留下势能的其它部分（万有引力，压力，等等）到以后的课程中。 能量的转换 讨论能量转换的概念和能量的保存。解释为什么有时有些能量转换是有用的，其它的是没用的。 学生们可以象下面的表一样列出一个关于能量转换的表。能量转换的图表将在稍后讨论，但你可能希望在这儿了解它们。 能量概念指导更深度地介绍了关于我们身边的能量，包括能量的产生，储存和转换。你还将发现这本指导中介绍了许多关于能量的例子。 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 16能量转换 能量来源于 能量流向 其它 1、 风车 风 机械能 电能 2、 3、 4、 能

26、量组合实验室基础教材第一单元能量介绍1A 挑战！学习目标 力必须作用于物体上。 做功使物体移动。 力的单位是牛顿(N)，能量的单位是焦耳(J)。 当一个物体被举起时，它获得了势能。 讨论 事前决定悬挂物的质量，使得弹簧秤上的读数比较合适。还要考虑到下 一个实验，要用到变速箱，手柄上的力将测量出较小的数值。 指出力必须作用于物体上，当力的作用点发生移动，则力做功。 补充： 讨论做功，力和距离之间的联系。 做功（焦耳）=力（牛顿）X 距离（米）在力的方向上移动这个公式可以用来计算出悬挂物的能量获得 学生练习的参考答案：.学生的答案会不同。学生的答案会不同。学生的答案会不同。 重力（一

27、些学生的答案会包含摩擦力） 7a. 它在下落。 7b. 重物失去势能得到动能。 你们学到了什么？如果在牛顿定律下，用绞车和弹簧秤测量，重物在最高点有势能，当它下落是得到动能。西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高教 育 产 品 17能量组合实验室基础教材第二单元势能1B 实验所需的附加器材：米尺、弹簧秤、钩码挑战!让我们用一个绞车来抬起重物。1 在搭建手册第 2-4 页上找到绞车的模型。 2 让你的伙伴拿住模型，然后让细绳绕过桌子边缘。 3 将挂钩绑在线上。 用弹簧秤。你在挂钩上用了多少力。 （假定 100 克=1 牛顿）4 转动绞车的手柄直到挂钩到地板上。记住让它转动

28、时分不同的的难易程度。用弹簧秤测量要转动手柄所需的力。 此力被测出为 （牛顿） 5 然后，用米尺靠近挂钩，计算当将挂钩升起适量的高度时，你将手柄转 动了 圈，使物体升高了 厘米。 6 如果弹簧秤上的拉力太小以至于无法测量，在挂钩上加一个大一些的法码。你用的什么力来克服拉力的？ 7. 当你将物体拉高，你给了它势能。能量的单位是焦耳。当负载物被拉到最高处时，释放绞车手柄。 a. 这个负载物将会怎样？ b. 什么样的能量在交替转换？ 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐高 教 育 产 品 18能量组合实验室基础教材第二单元势能1B你学到了什么？ 增加一个齿轮箱学习目标 齿轮箱相

29、当于一个力的放大镜。 绞车不得不转动得更快来拉起物体，而转动的次数与齿轮的比率有关。 讨论 黄色的齿轮箱扮演了力的放大镜的角色。这样就更容易拉起重物了。理论上 的力的大小就是齿轮箱的齿轮比率。 摩擦损失使得齿轮箱不象理论上说的那样精确。 黄色的齿轮箱被调整到了 24：1。除非用非常合适的弹簧称，否则不可能测出 手柄上的力。然而，当你转达手 柄时，很容易就能发现之间的区别。 如果先前没有掌握好做功和能量的概念，就需要加强了。 学生练习参考答案1 24 次 2 学生的结果会不同。 3a. 更简单。 3b. 学生的结果会不同。 3c. 它不会下落。 4a.4b.4c.学生的结果会不同。学生的结果会不

30、同。学生的结果会不同。 你学到了什么？ 加上一个齿轮箱使它更容易被拉起。 你需要更多地转动手柄来拉起挂钩。齿轮比率决定了需要多转多少圈，减少了多少拉力。 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 19能量组合实验室基础教材第二单元势能2B 实验所需的附加器材：米尺、弹簧秤、钩码增加一个齿轮箱让我们看一下增加上了齿轮箱后是否更容易拉起挂钩。1 在装配手册 5-6 页找到绞车的模型。计算出你需要转手柄几圈使绞车曲柄转一次。 你转了几次？ 2 用齿轮箱重复你在 1B 中做过的实验。用相同的挂钩和法码。 在挂钩上的力是 牛顿。 （假定 100 克=1 牛顿） 3

31、转动绞车手柄直到挂钩拖到地板。如果你有很合适的弹簧秤，用它来测量转动 手柄所需的力。 a.b.c.用齿轮箱后，转动手柄更容易还是更难？ 弹簧秤测出 （牛顿）。 放开手柄。挂钩会怎样？ 4. 然后用米尺靠近挂钩，计算在挂钩升起在实验 1B 中相同高度时，你转达手柄几圈。 a. 用了 圈拉起挂钩 厘米。 你需要转动手柄几圈来拉起挂钩，使用：b. 绞车？ 圈。 c. 绞车和齿轮箱？ 圈。 你学到了什么？西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 20能量组合实验室基础教材第二单元势能2B 全速前进学习目标 当小车从斜面上滑下时，失去势能得到动能。 它们的起事点越高

32、，小车就行驶得越远。 斜面的高度越高，小车的势能就越大，转换成的动能就越大。 整理结果并绘制一张图表。 讨论斜面应该有一个平稳的下坡。你可以放一张薄的卡片在斜面底端。实 验轨道要尽量光滑。 学生练习参考答案4a. 高或低一点都会改变它的势能。 4b. 升高斜面的高度。 4c. 它的速度加快，停止的距离也更远了。 4d. 高度的增加，小车的动能增加。 4e. 为了得到更精确的结果。 你学到了什么？ 放在斜面越高的地方，小车走得越快，行驶的距离越长。 在斜面顶端，小车具有势能。 当它斜面滑下时，失去势能，得到动能。 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 2

33、1能量组合实验室基础教材第三单元动能1C 实验所需的附加材料：小斜面，夹子，支撑物（或其它可以支撑斜面的东西）和米尺全速前进让我们用斜面使势能转换成动能。在水平面上，不平衡的摩擦力会使车子越开越慢。它行驶的距离可以让我们测量出它的动能。1 在搭建手册第 7-9 页上找到实验小车的模型。将斜面抬起一点高度， 使斜面末端平稳。 2 测量出斜面的高度。把小车放在斜面顶端，释放它。当它停止时，测量出停止点与斜面末端之间的距离。 再进行两次。 完成下面表格的第一行。 3 重复 3 次第二步的实验，每次增加斜面几厘米的高度。 4、 a.为什么每次在斜面的同一个地方开始很重要？b.你怎样减少小车的势能？c.

34、这对它的速度和停止距离有什么影响？西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 22斜面高度（厘米） 从斜面末端开始的行驶距离 第 1 次 第 2 次 第 3 次 平均数 第 1 路径 第 2 路径 第 3 路径 第 4 路径 能量组合实验室基础教材第三单元动能1C d.这对小车的动能产生了什么影响？ e.为什么每一种行驶都要进行好几次？ 补充作一张行驶距离和斜面高度的图表。你们学到了什么？空气阻力多么大的障碍啊！学习目标 空气阻力使运动物体减速。 抵抗空气阻力需要消耗能量，这些能量将不能用在小车上。 讨论 这个实验在形式上非常接近先前的一个。这一次斜面的高度

35、将不变，附 加一张卡片，增加它在运动方向上的面积，就增加了空气阻力。一般的明信片或类似的卡片可以提供足够的空气阻力。 学生们会发现一部分的小车能量用在对抗空气阻力上了。这种动能对于 小车的行进是不利的，你发现小车不能象先前一样开得快了。这段行进距离使我们可以对小车的动能进行测量。 车辆的设计者们都试图将他们的车子设计成流线型，以减少空气阻力。这使得车子更有效率。 阻力系数“C”经常可以在杂志或中看到，系数越低质量越高。 学生练习参考答案学生的介绍将会因他们的调查不同而不同。你们学到了什么？ 车上卡片越多，速度越慢。 空气阻力使车子慢下来。 将空气排开需要能量。 西 觅 亚 科 技 - 乐 高

36、教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 23能量组合实验室基础教材第三单元动能2C 米尺，3 张大约 15*10 的卡片和粘胶实验所需的附加材料：小斜面，夹子，支撑物（或其它可支起斜面的材料）， 带。空气阻力多么大的障碍啊！我们都知道顶风骑车是多么困难的一件事。汽车和其它快速运动的东西都被制作流线型来减少空气阻力。 让我们研究一下空气阻力在实验车上产生的效果。加一张卡片，看看小车的速度有什么样的变化。在搭建手册 7-9 页上找到实验小车的模型。象右图一样放上一张卡片。 思考： 你将怎样放你的斜面和安排你的测试路径。提示：参考练习 1C。 你将哪里作为小车的起始点。 取什么数据。 你怎样

37、在表格或其它工具中记录你的结果和标题。 哪些东西你需要保持原样。 你将怎样在班上提出你的发现和陈述你的报告。 提示： 你可以用粘胶带粘一张卡片在车上来改变空气阻力。 然后粘另一张在它顶上给它更多空气阻力。 你学到了什么？西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 24能量组合实验室基础教材第三单元动能2C 能量守恒学习目标 摩擦力将使小车减速。 摩擦使一部分动能转换成了热能。 讨论 讨论一下在斜面两端，小车的哪部分高度是应该被测量的。 讨论发动机和机件内部的摩擦产生的影响，工程师是怎样用润滑油来润滑产生摩擦的表面的。 在大多数机械系统中，部分的能量转换成了热

38、能。 作为一个附加的证明，用夹板和支撑体做一个 U 形的轨道，然后把一个重球从一头滚向另一头。在这种情况下摩擦力将会减少，但仍然有足够的摩擦力使球最终停止。 几个小组必须组队一起工作来完成这次的实验。 学生练习参考答案2a.它不会达到这样的高度。 2b.它滑下这边的斜面，然后在另一边上升。 2c.在两接触面之间有摩擦力存在，需要有能量来克服它。附注图表应该显示出高度的减少，具体数字与各个模型的摩擦大小有关。西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 25能量组合实验室基础教材第三单元动能3C 能量守恒实验所需的附加材料：你需要两套练习 1C 的设备。实验项目

39、小车的动能能被转换成势能吗？让我们把两块斜面面对面地放置来看一看。1 在搭建手册第 7-9 页找到实验车的模型。与另一组一起工作，把你们的斜面面对面的放置，组成一个 V 字形。 检查两斜面是不是同高。 2 将小车放在一个斜面的顶端。释放它，观察它的运行速度。 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 26能量组合实验室基础教材第三单元动能3C a.b.c.在它开上另一块板时，速度是不是一样很快？ 还有什么别的发生吗？ 失去的能量到哪里去了？ 附注标出并测量出它每次到达斜面的高度。思考你将用小车的哪一部分去测量到达的高度，画一张图表来显示小车每次到达的高度。

40、电能的产生学习目标 当轮轴转动是就能发电。 当马达被运用在这种情况下时，就叫做发马达。 绘制一张能量转换的图表。 讨论 指出马达上两个绿色标志现在表示一个发电机。 一开始手柄很容易转动，因为能量只需要用来抗摩擦。当加上一个小灯， 电能便转换成热能和光能了。所以必须做更多的功来转动手柄。 画出能量转换图表是一个很好的方法来表示能量发生的转换。它表明了有用和无用的能量转换。它们的关系比率也能显示出来。学生们可以画一些已经学过的转换图表。 “能量概念指导导”包含了很深的电能知识。 补充如果有一个合适的弹簧秤，学生们可以测量出在增加灯之前和之后转动轮轴所需的转动力。学生参考答案2a. 容易 西 觅 亚

41、 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 27能量组合实验室基础教材第三单元动能3C 2b. 机械能 .7.更难 动能到电能 能量用来发电点亮灯泡，所以转动手柄必须做更多的功。电能转换成了光能。 热能 你们学到了什么？ 当你转动马达轮轴时，它会发电。 如何画一张能量转换图表。 产生电能我们把马达连接到了电池上，观察马达的转动。这个马达将电能转换成动能。让我们想想我们是否能用马达来发电。1 将一个大的滑轮连接到马达轮轴上。一个灰色的插件插在上面，成为一个很好的手柄。加上两个绿色的标志来表示我们正用马达当作发电机。 2 转动手柄，感觉它是怎样转动的。 a.

42、轮轴转动是容易还是难？ b.当你转动手柄时，你给了它什么能量？ 3 当我们用马达发电时，我们称它为发电机。绿色的标志用来表示它被用做一个发电机。用一个连接线连接灯和马达，转动手柄，感觉它是怎样转动的。 比前一次的转动容易还是难？ 4 记下发生在发电机里的能量转换。 从 到 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 28能量组合实验室基础教材第四单元动能到电能1D 5 解释一下为什么把小灯连接上后，转动手柄就更困难了。 6 记下在小灯里的有用的能量转换。 从 到 7 在小灯中，那种形式的能我们是用不到的？ 一张能量转换图表是经常有用的。这是一张小灯的能量转换

43、图。 线条越粗表示那里的能量越多。 你学到了什么？西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 29 连接一个发电机到马达学习目标 发电机可以发足够的电使马达转动。 发电机转动越快，马达转动也越快。 讨论 学生们应该发现，加上一个马达要有额外做功来转动发电机，就象小灯 泡起的作用。 他们也应该发现，更快地转动发电机会增加马达的速度。 为以后的工作建立好的实践练习，确定学生们在马达上加了绿色标志表示那是发电机。 这个实验要求每组有两台马达。如果没有足够的马达，小组必须组队一起工作来完成这次实验。 学生练习参考答案 2. 马达转动 3. 我们转动手柄越快，马达运行

44、越快，我们转动越慢，马达也慢。 4. 学生的结果会不同。 5. 电能热能，动能 6 动能热能，电能你学到了什么？ 发电机可以使马达运行 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 30能量组合实验室基础教材第四单元动能到电能2D 马达的速度由发电机的速度决定。 实验所需的附加材料：弹簧称 注：在你的一套器材中只有一个马达，向你的老师另借一个或同另一组一起工作。连接一个发电机到马达让我们看看是否能用发电机使马达运行。1 用连接线把马达连接到发电机上。在两边都放一个大滑轮。在发电机上 加一个插件当作手柄。在其中一个马达上加两个绿色的标志表示那是发电机。 2 转动

45、发电机的手柄。观察马达上的滑轮发生的状况？ 另一马达发生了什么状况？ 3 快速转动发电机手柄，然后慢下来。马达有什么反应？ 4 用弹簧称来测量转动发马达手柄所需的力。 需要多少力？ 牛顿(N)5 画一张马达能量转换的图表。 6 画一张发马达能量转换的图表。 你学到了什么？西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 31能量组合实验室基础教材第四单元动能到电能2D 你能不劳而获吗？学习目标 设计一个发电机系统功率的调查报告。 这个系就象其它的一样，不会发挥 100%的效率。 讨论 这是一个开放式的调查，学生们可以自己决定测量什么和测量多少次。 最有可能的调查就

46、是，比较在给定时间内发电机和马达转动的次数。 一些学生可能需要帮助去理解功率，其他学生可能可以自己用百分比计算功率。 学生练习参考答案答案由个人的调查决定。西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 32能量组合实验室基础教材第四单元动能到电能3D 你能不劳而获吗？发电机的能量转换是很有效的吗？实验项目用练习 2D 的器材来研究你给了这个系统多少能量，你又从中得到了多少？ 思考 你怎样测量能量的输入和输出？ 你会采用什么测量数据，多少数据你会采用？ 你将怎样记录并发表你的结果？ 你能怎样陈述你的结论？ 补充当你在马达顶上加上小灯后，功率有何变化？西 觅 亚

47、科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 33能量组合实验室基础教材第四单元动能到电能3D 在橡皮筋中储存能量学习目标 能量能储存在橡皮筋中。 橡皮筋拉的越长，其中的能量就越多，小车就走得越远。 讨论 这次的练习是一套简单的设计和实验。应该鼓励学生们去创造他们自己的设计。拿一些可取的设计方案和他们讨论一下会比较好。这些设计包含了增加课外知识的学习能力，橡皮筋是一定量的量度，也可以提供相同的能量使每次得到一致的结果。 一个好的设计符合“思考”单元中的启迪。 观察“附加的运动距离”图表，得出：每个轮轴刻度的选择，从结果图表上画的点的精确度，结果的一致性，不一致的结果验证的

48、证据，等等。 以一个简短的谈话，一段录像，一张广告海报，准备好的杂志页面或校园网络等向班级介绍。 能量概念指导包含了更多储存能量的信息。 解决方案样例西觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 34能量组合实验室基础教材第五单元能量的储存1E 在橡皮筋中储存能量你需要能量来拉长橡皮筋。现在它已经被拉紧使能量储存在内。当我们放松这根橡皮筋时，我们可以利用这些 能量。 任务在搭建手册第 7-9 页找到实验车。设计并做一个弹弓使你的小车开上实验轨道。你的设计应该包括： 每次给小车相同能量的方法。 改变橡皮绳中能量的方法。 思考 你如何判断一个好的设计？ 你如何做一个

49、好的试验？ 你如何测量能量的储存与释放？ 你如何记录你的测量数据？ 你会画一张什么图表？ 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 35能量组合实验室基础教材第五单元能量的储存1E 你将如何向你的班级介绍你的结果和结论？ 橡皮筋能量储存器学习目标 能量储存的工具有时叫做能量储存器. 橡皮筋储存一种形式的势能叫做弹性势能.讨论 为节约时间，在课前做好实验小车。 把在橡皮筋能量储存器上用来防止意外放电量的棘轮介绍给学生们. 指出轨道平稳的必要性,因为如果轨道不平稳,轻质的模型做出的结果会不一致. 能量概念指导包括更多关于能量储存的信息。 学生练习参考答案3a. 手柄返回到它没被拉时的位置（它向前移动）。 3b. 小车向前移动。 3c. 当小车向中间移动时，橡皮筋可能会脱落。 3d. 小车走不远。 3e. 弹性势能。 你们学到了什么？ 橡皮筋储存器储存的是弹性势能。 橡皮筋拉得越长，能量储存越多。 西 觅 亚 科 技 - 乐 高 教 育 产 品 中 国 乐 高 教 育 产 品 36能量组合实验室基础教材第五单元能量的储存2E 实验室所需的附加材料：实验轨道橡皮筋的能量储存一个能量储存的工具有时被叫做能量储存器。让我们用一个橡皮筋能量储存器提供小车内在的，能容易储存的弹性势能。1 在搭建手册第