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創意機械設計 | 冰雪運動之冰壺

物理 小學低年級 小學高年級 初中 科普課程 樂高玩機械

教學目標

配合冬奧項目中的冰壺運動,使用模擬冰壺賽場的機械結構講解了物理知識——動量及動量守恒。
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建議時長

40分鐘
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科技學堂

冰壺項目介紹 2分鐘

        冰壺,又稱擲冰壺、冰上溜石,是以隊為單位在冰上進行的一種投擲性競賽項目,冬奧會比賽項目,并設有冰壺世錦賽。設男女2個小項,每隊為四人。比賽每隊出場4人。比賽時,雙方按一壘隊員、二壘隊員、三壘隊員以及主力隊員的順序,交叉向營壘推滑冰壺一次,之后再進行第二次推滑,如此方為完成一局比賽。每局以兩隊的冰壺距離營壘圓心的遠近評定勝負。

運動分析 5分鐘

        在冰壺比賽進行的時候,我們能看到運動員在起始點手持冰壺,一只腳在起蹬器上做一定的蓄力,隨后向后蹬出,推動身體與冰壺一起前進,在適當位置松開冰壺,讓冰壺向前滑行。

冰壺1.png

        隨后就能看到其他的隊員使用冰刷不停的摩擦冰壺前方的冰面,減小冰壺與冰面的摩擦力,讓被拋出的冰壺能夠向前前進更遠的距離,或在冰面上滑出不同的路線。

冰壺2.png

        那么我們一起來想一想,為什么冰壺在滑行過程中,并沒有人去推動或拉動冰壺,而冰壺卻依然能夠向前滑行呢,這是因為所有物體都具有慣性,是慣性讓冰壺繼續前進。運動員最開始與冰壺成為一個整體,在理想情況下這個整體中的動量是守恒的,運動員將冰壺推出后就停止了向前的運動,這樣這個整體中的動量就全部轉移到了冰壺上,用以抵消摩擦力帶來的消耗,冰壺獲得的不同動量讓冰壺抵消摩擦力后停在不懂地方。


慣性與動量 5分鐘

1.慣性

        慣性是物質自身的一種屬性,慣性表現為物體保持其運動狀態不變,即保持靜止或勻速直線運動。

        如果說上面的專業性解釋不太好理解,我們可以聯系一下生活實際,想一下我們坐公交車或是地鐵的時候,在車輛啟動的時候,我們在車上身體會向后方傾倒,因為我們原本的運動狀態為靜止,慣性讓我們保持原有的運動狀態;而在車輛停止時,我們的身體又會向前傾倒,因為我們原本的運動狀態為向前的運動,慣性同樣讓我們保持原有的運動狀態。

冰壺3.png

        這也就是為什么運動員將冰壺拋出去后,冰壺還會繼續向前移動的原因。


2.動量

        在物理學中,動量是與物體的質量和速度相關的物理量。在經典力學中,動量(國際單位制中的單位為kg·m/s)表示為物體的質量和速度的乘積。動量是一個守恒量,這表示為在一個封閉系統內動量的總和不可改變。

        也就是運動員想要控制冰壺的滑動遠近,就需要調節拋出冰壺時的速度,讓冰壺這個系統具有不同的動量,以此來抵消冰面帶給冰壺的摩擦力,這樣當冰壺的動量被減少到零時,也就是冰壺停止時,那么冰壺所移動的距離就不一樣了。


模型拼裝 20分鐘

        接下來我們根據給出的圖紙對模型進行拼搭,并測試我們的冰壺模型。

冰壺4.png

探究性學習 8分鐘

如何調整冰壺模型整個體系中的動量,讓“小冰壺”滑行的更遠或更近。

可提供的解決方案:

  • 調整內部皮筋給予的彈力大小,讓皮筋拉伸的更長或更短。

  • 調整內部皮筋的數量,在一定的拉伸距離上給予更多的力。


使用器材