第7课　悠悠小车向前进

当我们坐汽车时，会遇到急刹车的情况，身体会不受自己控制向前倾斜，这是为什么呢？其实这是由惯性造成的，在生活中还有很多实例都与惯性有关。本节课，让我们一起使用乐高器材制作一个惯性小车来探究一下惯性的奥秘吧！

任务分析

惯性小车一般装有质量比较大的摆动轮。当车轮摆动时，让小车产生一个初始速度，驱动小车前进，由于物体的惯性作用使得小车前进一段距离后停止。首先在构思这个作品时，要明确作品的功能与特点；然后在设计作品时，需要思考如何通过惯性和棘轮机构来制作惯性小车，并能够提出相应的解决方案，从而掌握相应的物理知识；最后将所学的知识进行拓展延伸来制作生活中其他的类似物品。

明确功能

要设计制作一个惯性小车，首先要知道它应当具备哪些功能或特征。请将你认为作品所需要达到的目标填写在图7-1所示的思维导图中。

提出问题

在制作惯性小车时，需要思考的问题如图7-2所示。你还能提出怎样的问题？填在框中。

头脑风暴

自行车是我们日常生活中常见的一种交通工具。人骑上车后，以脚踩踏板为动力，自行车会在动力的带动下向前行驶，如果此时停止为自行车输入动力，我们发现自行车并没有立即停止，而是会在没有动力的情况下前进一段距离后停止，这是为什么呢？其实这是因为惯性的作用，生活中有很多事例都用到了惯性，如紧固锤头、跳远运动员的助跑等。如图7-3所示，请仔细观察，并比较惯性小车和它们的异同。我们在设计惯性小车的时候，有哪些地方可以借鉴呢？

提出方案

惯性小车是一个拥有蓄能装置的小车，通过车轮摆动产生能量，从而使得小车前进，小车因为惯性作用向前滑行一段距离后停止前进。本节课我们利用乐高科学套装搭建一个惯性小车，请填写表7-1，完善你的方案。

规划设计

作品规划

根据以上的方案，可以初步设计出作品的构架，请规划作品所需要的元素，将自己的想法和问题添加到图7-4的思维导图中。

结构设计

惯性小车由底盘、摆动轮、棘轮机构3部分组成。参照图7-5，你有什么更好的结构方案吗？

探究实践

在制作“惯性小车”作品时，首先根据作品结构，选择合适的器材；然后依次搭建小车的底盘、摆动轮和棘轮机构，并将其组合；最后测试作品功能，开展实验探究活动。

器材准备

惯性小车的底盘选择梁、板、轴和轴套；摆动轮选择梁、板、轴、轴套和销轴连接器；棘轮机构使用梁和齿轮。它们之间通过各种销相连，主要器材清单如表7-2所示。

搭建作品

搭建惯性小车时，可以分模块进行。首先搭建惯性小车的底盘；然后根据支架和横梁的位置搭建摆动轮；最后搭建棘轮机构。大家也可以根据自己的想法进行搭建，只要能够满足惯性小车的功能即可。

●搭建底盘

以4根梁作为底盘的主体，用板进行连接固定，在底盘上安装用来固定车轮的轴，如图7-6所示。

●搭建摆动轮

使用梁、板、轴和销轴连接器等零件搭建支架和横梁，最后将车轮挂在横梁上，形成摆动轮，如图7-7所示。

●搭建棘轮机构

用3孔的梁、灰色的非摩擦销以及24齿的齿轮搭建棘轮机构，从而让惯性小车只能保持前进状态，如图7-8所示。

●组合

将底盘、摆动轮和棘轮机构用销进行连接，然后将4个车轮安装在底盘的轴上，作品搭建完成。

功能检测

惯性小车搭建好后，我们可以利用摆动轮去测量小车的滑行距离。下面开始我们的科学探究吧。

●质量与惯性

使用不同质量的摆动轮，对小车的滑行距离进行测试并思考分析原因，测试的距离以厘米为单位，按照表7-3开展实验，将实验结果记录在表中。

●摆动幅度变化

使用搭建的惯性小车，按照表7-4开展实验，改变摆动幅度，记录惯性小车的滑行距离并思考分析原因，将实验结果记录在表中。

智慧钥匙

1．惯性

物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，称为惯性。惯性是物体的一种固有属性，是一种抵抗的现象，其大小与该物体的质量成正比。当作用在物体上的外力为零时，惯性表现为物体保持静止或匀速直线运动状态；当作用在物体上的外力不为零时，惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度。如图7-9所示，拍打床被去除灰尘和开车时系安全带等现象都是利用了物体的惯性，请你找一找惯性在生活中还有哪些应用。

2．棘轮机构

棘轮机构是由棘轮和棘爪组成的一种单向间歇运动机构。可以将连续的转动和往复运动转换成单向步进运动，由主动棘爪、棘轮、主动摆杆、止回棘爪组成。棘轮机构按照机构形式分为齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构。如图7-10所示，男士腰带、千斤顶等生活用品都是棘轮机构的实际应用。