市青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)

成果研究報(bào)告

創(chuàng)新成果名稱

制作斜面實(shí)驗(yàn)操作儀

——《斜面》實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

項(xiàng)目亮點(diǎn)

（300字以內(nèi)）

斜面實(shí)驗(yàn)操作儀的制作材料和方法：

斜面選取一塊長(zhǎng)60厘米作為斜面板，在斜面板40厘米處加上一個(gè)荷葉，可以折疊成長(zhǎng)為40厘米的木板，也可以展開(kāi)成一塊長(zhǎng)60厘米的木塊；木板一端的下方裝有掛鉤，上方裝有一個(gè)滑輪.支架：支架選用不銹鋼鐵架；在支架的上方安裝了一個(gè)減速電機(jī)；重物選用小車，測(cè)力計(jì)選用電子數(shù)顯拉力計(jì)；實(shí)驗(yàn)中增加了一個(gè)數(shù)顯傾角儀。

斜面實(shí)驗(yàn)操作儀的優(yōu)點(diǎn)：

（1）性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用。

（2）一板多用，省時(shí)省力。

（3）檔位設(shè)計(jì)，便于搭建。

（4）拉力均勻，讀數(shù)準(zhǔn)確。

（5）坡度數(shù)顯，便于比較。

總之，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)教具，取材方便，操作簡(jiǎn)單，效果明顯，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)教具，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，突破了教學(xué)重難點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生興趣濃，思維活，方法多，效果好，學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣更加濃厚，突出了科學(xué)可以實(shí)驗(yàn)探究為核心的目標(biāo)。

成果作者

姓名

性別

家長(zhǎng)姓名

聯(lián)系方式

所在學(xué)校（蓋章）

所在年級(jí)

五

輔導(dǎo)教師

姓名

手機(jī)

E-MAIL

職務(wù)

項(xiàng)目目標(biāo)

知道斜面是簡(jiǎn)單機(jī)械之一，利用斜面可以省力，能夠?qū)π泵娴淖饔锰岢黾?/p>

（研究目的和意義）

設(shè)，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)研究斜面，用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的證據(jù)來(lái)說(shuō)明斜面的作用及省力的規(guī)律。讓學(xué)生經(jīng)歷這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程。

研究過(guò)程

（研究中遇到的難點(diǎn)和解決過(guò)程）

1、需多次搭建，費(fèi)時(shí)費(fèi)力

解決方法：設(shè)計(jì)時(shí)選取一塊長(zhǎng)60厘米作為斜面板，在斜面板40厘米處加上一個(gè)荷葉，可以折疊成長(zhǎng)為40厘米的木板，也可以展開(kāi)成一塊長(zhǎng)60厘米的木塊；木板一端的下方裝有掛鉤，上方裝有一個(gè)滑輪.這樣斜面的木板是可折疊的，可方便搭建不同長(zhǎng)度的斜面，操作起來(lái)更加簡(jiǎn)單

1、穩(wěn)定性差，難于操作

解決方法：利用三角形的穩(wěn)定性制作斜面實(shí)驗(yàn)操作儀把木質(zhì)教具和不銹鋼鐵架結(jié)合，堅(jiān)固耐用。

3、拉力不均，讀數(shù)不準(zhǔn)

解決方法：在支架的上方安裝了一個(gè)減速電機(jī)；重物選用小車，測(cè)力計(jì)選用電子數(shù)顯拉力計(jì)；利用電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)并拉動(dòng)測(cè)力計(jì)和小車，用電子數(shù)顯拉力計(jì)讀數(shù)更加準(zhǔn)確，對(duì)比更加嚴(yán)謹(jǐn)。

4、坡度大小，數(shù)據(jù)模糊

解決方法：實(shí)驗(yàn)中增加了一個(gè)數(shù)顯傾角儀。只要把數(shù)顯傾角儀放在所搭建的斜面的上就可以準(zhǔn)確的測(cè)出所搭建斜面的坡度，對(duì)比數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

項(xiàng)目研究報(bào)告（可另附頁(yè)。字?jǐn)?shù)應(yīng)不少于

千字、不超過(guò)

萬(wàn)字。其中發(fā)明獎(jiǎng)報(bào)告中還需附實(shí)物照片、研究照片、成果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖等輔助圖片，創(chuàng)意獎(jiǎng)需附成果結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，圖片大小應(yīng)均不超過(guò)5MB）

（一）原有的實(shí)驗(yàn)分析

縱觀各種版本的科學(xué)教材，無(wú)論是教科版的《斜面的作用》、還是蘇教版的《斜坡的啟示》等等，關(guān)于斜面的作用，都研究了這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，大多采用的實(shí)驗(yàn)材料和方法如圖所示：

圖1

圖2

圖3

在實(shí)踐中，我發(fā)現(xiàn)原實(shí)驗(yàn)存在以下不足：

1.需多次搭建，費(fèi)時(shí)費(fèi)力

實(shí)驗(yàn)室提供的材料，研究一個(gè)實(shí)驗(yàn)要搭建一次斜面，操作繁瑣，導(dǎo)致課堂效率低下。

2.穩(wěn)定性差，難以操作

這些實(shí)驗(yàn)器材基本上是純手動(dòng)，需要小組多人合作探究才能完成，受操作能力的影響，所搭建斜面的固定性差。

3.拉力不均，讀數(shù)不準(zhǔn)

在實(shí)驗(yàn)中常常會(huì)出現(xiàn)小車和測(cè)力計(jì)難以達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)，測(cè)力計(jì)在拉的過(guò)程中指針不穩(wěn)定，難以讀出牽引力大小的準(zhǔn)確數(shù)字，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的對(duì)比不夠嚴(yán)謹(jǐn)。

4.坡度大小，數(shù)據(jù)模糊

所搭建斜面的坡度沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，學(xué)生難以對(duì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的變量——坡度的大小數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

（二）改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)

1.需要的材料和方法

（1）斜面：選取一塊長(zhǎng)60厘米的木板作為斜面板，在斜面板40厘米處加上一個(gè)荷葉，可以折疊成長(zhǎng)為40厘米的木板，也可以展開(kāi)成一塊長(zhǎng)60厘米的木塊；木板一端的下方裝有掛鉤，上方裝有一個(gè)滑輪；（如圖4）

（2）支架：選用不銹鋼鐵架；（如圖5）

（3）電機(jī)：在支架的上方安裝了一個(gè)減速電機(jī)；（如圖6）

（4）重物：選用小車，小車摩擦力小，運(yùn)動(dòng)起來(lái)更方便；（如圖7）

（5）測(cè)力計(jì)：選用電子數(shù)顯拉力計(jì)；（如圖8）

（6）數(shù)顯傾角儀：實(shí)驗(yàn)中增加了一個(gè)數(shù)顯傾角儀。（如圖9）

圖

圖

圖

圖

圖

圖

2.斜面實(shí)驗(yàn)操作儀（如圖10）的優(yōu)點(diǎn)：

（1）性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用。

圖10

取材容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用三角形的穩(wěn)定性制作斜面實(shí)驗(yàn)操作儀固定性好，造價(jià)低廉；木質(zhì)教具和不銹鋼鐵架結(jié)合，堅(jiān)固耐用。

（2）一板多用，省時(shí)省力。

斜面的木板是可折疊的，可方便搭建不同長(zhǎng)度的斜面，操作簡(jiǎn)單。

（3）檔位設(shè)計(jì)，便于搭建。

支架每5厘米有一個(gè)檔位，共有5個(gè)檔位，可方便搭建多種坡度不同的斜面，對(duì)比現(xiàn)象更直觀，探究活動(dòng)更加多維。

（4）拉力均勻，讀數(shù)準(zhǔn)確。

利用電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)并拉動(dòng)測(cè)力計(jì)和小車，用電子數(shù)顯拉力計(jì)讀數(shù)更加準(zhǔn)確，對(duì)比更加嚴(yán)謹(jǐn)。

（5）坡度數(shù)顯，便于比較。

增加數(shù)顯傾角儀，只要把數(shù)顯傾角儀放在所搭建的斜面的上就可以準(zhǔn)確的測(cè)出所搭建斜面的坡度，對(duì)比數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

（三）、用斜面實(shí)驗(yàn)操作儀的實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.活動(dòng)一：斜面省力嗎

怎樣研究斜面是否能夠省力呢？引導(dǎo)學(xué)生擬定簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)研究計(jì)劃，學(xué)生設(shè)計(jì)直接提升重物和使用斜面提升重物的對(duì)比實(shí)驗(yàn)（如圖11、圖12）：

展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)記錄單，（如下表）

探究活動(dòng)一：斜面省力嗎第一次實(shí)驗(yàn)

第一組

我們的猜測(cè)

斜面的狀況

提升不同的物體

我們的發(fā)現(xiàn)

重物1

重物2

重物3

斜面能

省力

直接提升物體的力(N)

1.0

1.5

2.5

斜面有省力作用

沿斜面

提升物

體的力

用力(N)

0.7

1.2

1.8

角度（坡度）

50°

50°

50°

探究活動(dòng)一：斜面省力嗎

第二組

我們的猜測(cè)

斜面的狀況

提升不同的物體

我們的發(fā)現(xiàn)

重物1

重物2

重物3

斜面能

直接提升物體的力

1.0

1.5

2.5

斜面有省力作用

省力

沿斜面

提升物

體的力

用力(N)

0.05

0.25

0.35

角度（坡度）

10°

10°

10°

探究活動(dòng)一：斜面省力嗎

第三組

我們的猜測(cè)

斜面的狀況

提升不同的物體

我們的發(fā)現(xiàn)

重物1

重物2

重物3

斜面能

省力

直接提升物體的力(N)

1.0

1.5

2.5

斜面有省力作用

沿斜面

提升物

體的力

用力(N)

0.3

0.5

1.2

角度（坡度）

30°

30°

30°

通過(guò)數(shù)據(jù)分析、比較，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：斜面能省力。

2.活動(dòng)二：怎樣的斜面更省力

由于實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)，每一次搭建的斜面坡度不同，就產(chǎn)生了不同的數(shù)據(jù)，這時(shí)產(chǎn)生了新的疑問(wèn)：同樣的重物，同樣是斜面，為什么省力情況卻不同？我猜測(cè)可能和斜面的坡度有關(guān)系，那么怎樣搭建坡度不同的斜面？通過(guò)再思考，我想要再次設(shè)計(jì)一個(gè)“對(duì)比實(shí)驗(yàn)”，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，“要控制不變的條件（提升的物體相同）”、“要改變的條件（坡度大小不同）”，經(jīng)過(guò)再思考再研究，有兩種思路：

(1)搭建高度相同，長(zhǎng)度不同的斜面，提升同一重物作比較；

(2)搭建長(zhǎng)度相同，高度不同的斜面，提升同一重物作比較。

這樣就開(kāi)始研究第二個(gè)探究活動(dòng):怎樣的斜面更省力。

從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)斜面高度相同時(shí)，斜面越長(zhǎng)越省力；斜面長(zhǎng)度相同時(shí)，斜面越低越省力。

怎樣的斜面更省力實(shí)驗(yàn)探究單

1、斜面高度相同，長(zhǎng)度不同

斜面的高度

斜面的長(zhǎng)度（cm）

角度（坡度）

用力大?。∟）

我們的結(jié)論

20cm

20°

0.673

斜面高度相同時(shí)，斜面越長(zhǎng)越省力。

26.9°

0.9032、斜面長(zhǎng)度相同，高度不同

斜面的長(zhǎng)度

斜面的高度（cm）

角度（坡度）

用力大小（N）

我們的結(jié)論

60cm

5.2°

0.256

斜面長(zhǎng)度相同時(shí)，斜面越低越省力。

14.7°

0.603

縱觀兩組實(shí)驗(yàn)（如上表），對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有針對(duì)性的分析，得出：斜面坡度越小越省力。

輔導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)

該學(xué)生謙虛謹(jǐn)慎，勤奮好學(xué)，喜歡動(dòng)手操作，善于動(dòng)腦，善于鉆研，注重理論和實(shí)踐相結(jié)合，將大學(xué)所學(xué)的課堂知識(shí)能有效地運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)操作中，認(rèn)真聽(tīng)取同學(xué)的建議和老師的指導(dǎo)，對(duì)于別人提出的疑問(wèn)和解決問(wèn)題的辦法，能夠虛心聽(tīng)取，表現(xiàn)出較強(qiáng)的求知欲，并能夠仔細(xì)觀察切身體驗(yàn)獨(dú)立思考綜合分析，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決學(xué)習(xí)中遇到的實(shí)際困難和實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題。最終經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)與研究，所設(shè)計(jì)的斜面實(shí)驗(yàn)操作儀在實(shí)驗(yàn)中取得了好的效果。

教師：周雪

常曉波

2019

年

月

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