制作月球車

活動簡介

為了讓學生更加深入地了解航空航天的知識，激發(fā)學生的興趣，本活動要求學生遵循工程設計的基本流程，設計并制作1輛橡皮筋動力的紙板月球車。在這個過程中，學生重點需要解決的問題是了解用橡皮筋作為動力裝置旋轉車輪的方法，然后通過測試，不斷改進自己的月球車模型，使其能夠在房間爬行。

面向對象

79年級。

活動材料

正方形瓦楞紙或硬紙板（邊長16cm）

2個瓦楞紙輪子（邊長13 cm的正方形）

1支圓桿的鉛筆

2根橡皮筋

尺子

膠帶

2塊圓形糖塊（中間有孔的硬糖）

1根塑料吸管

剪刀

活動準備

教師提前制作一輛簡單的月球車，供學生借鑒。

制作參考步驟如下：

（1）首先制作車體：將硬紙板對折2次，每部分大約4cm寬。沿著長折疊，將其折疊成正方形的管狀，用膠帶把2邊粘住。

（2）然后制作前輪：連接2塊13cm長的正方形硬紙板的對角線。在對角線交點處戳1個小洞，使線能夠穿過。在車身上，靠近車軸的兩邊各戳1個洞。注意2個洞要對正，洞的大小使鉛筆剛剛能夠穿過且旋轉自如。

（3）安裝前輪：將鉛筆穿過車身上的洞作為軸，軸兩端各安裝1個輪子，用膠帶固定。（4）制作后輪：將吸管粘在車身的后邊作為軸，吸管兩端各穿上1塊糖。用膠帶將軸和糖塊粘在一起，防止糖塊掉落。

（5）最后安裝橡皮筋。在鉛筆上套1根橡皮筋，并且用膠帶把鉛筆和橡皮筋牢牢固定在一起，使鉛筆不能在橡皮筋圈里轉動打滑，在車身后邊剪2個小裂縫。將另一端的皮筋套在豁口上。見圖1。

（6）轉動前輪，擰緊橡皮筋，然后把模型放在桌面或地板上，模型就會向前或向后移動。移動的方向和擰緊橡皮筋的方向相反。

活動步驟

1. 教師通過情境創(chuàng)設，為學生介紹活動任務。

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，我們的任務就是制作1輛橡皮筋動力的月球車。

2. 教師為學生展示月球車模型，引發(fā)學生的思考。

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。我們今天的任務是：設計和制作1輛橡皮筋動力的月球車，讓它可以在房間地板上爬行。

模型一直在工程設計過程中使用。工程師可以按初始的設計思路制作模型，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. 學生分小組討論小組將要設計的月球車模型，小組達成一致后，將設計方案繪制到學生記錄單上。教師可以用以下問題引導學生討論：

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。因為月球上覆蓋著一層厚厚的細塵土，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根剪開的橡皮筋驅動月球車。）

4. 學生按照設計方案，領取材料，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，當學生遇到下列問題時，教師可以進行適當提示和引導。

輪子為什么不能自由轉動？（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。）

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。大輪旋轉一周會比小輪旋轉一周的路程要長。）

輪子為什么打滑？（提示：當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，讓學生加大驅動輪的重量，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，并引導學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；輪子轉動時，勢能轉化為動能，軸和輪子開始轉動。）

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：當橡皮筋不斷被擰緊時，學生能夠測量月球車運行了多遠。讓學生分別旋轉輪子3、6、9和12圈，然后測試每次月球車行進的距離。gHj/cUV+rJA58gVMWVF8+A==讓學生利用輪子旋轉的圈數(shù)和行進距離2個參數(shù)作圖。輪子旋轉次數(shù)越多，勢能越大，行進距離越遠。）

2.確定摩擦力的影響。（提示：讓學生旋轉輪子一定的次數(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計類似？