我一直以为,学物理在高考结束以后就没什么用了。恩是的,我高考加试的是物理(当时选了这么难的一门课,一定是脑子进水了)。
然而,直到最近开始陪小朋友玩乐高齿轮,豆豆妈咪突然发现,用乐高齿轮来启蒙物理(这里主要是简单机械和力学)是很棒的方法呢!
事情是这样的,豆豆的乐高培训班,最近升到了生活与科技主题。从这个主题开始,小朋友开始慢慢接触齿轮了。
(这是他们第一节课的搭建:唱片机)
看了老师发的课堂照片,我觉得齿轮这个东西,对小朋友来说还是有点难度的。所以豆豆妈咪整理了一些适合5岁小朋友理解的齿轮学习基础,和豆豆一起做了一些探索。
乐高工具
我们用的主要工具是乐高教育系列 9656,早期简单机械组合。
其实这套乐高豆豆妈咪很早就买回家了,但是豆豆并不感兴趣,我觉得主要原因是,他并不理解这些奇形怪状的零件是干嘛用的,所以很长的一段时间,这套玩具被束之高阁。
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为什么要用齿轮?
对小朋友来说,搞明白这个外形有点奇特的零件到底有什么用,比如何搭建更重要。
其实齿轮最重要的作用,是传输动力。它可以把动力从发动机传送到接收机械上,并且任何类型的动力输入,比如电机、手摇柄、风力、水力,都可以驱动齿轮。
如此说来,与之相关的另外两个零件也很重要。它们分别是手摇柄和传动轴。
在得宝9656中,还没有电机。这个阶段的“动力”都来自手摇柄,或者更准确地说,都来自小朋友自己。
(手摇柄/曲柄)
要连接手摇柄和齿轮,我们还需要一个零件,那就是传动轴。
传动轴的作用之一,就是传动(另外一个作用是固定)。它可以将动力从动力系统传输到齿轮上。一般来说,它连接两种原件,一个原件产生动力(在这个套系中就是手摇柄),另一个则接收动力(比如齿轮)。
基本上,搞明白手摇柄、传动轴和齿轮的基本作用,小朋友们就可以上手玩起来啦。
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自行车的哪个轮子是主动轮?
也不知道为啥,一讲到齿轮,我就想到自行车。于是和豆豆简单讲了什么是主动轮、什么是从动轮。
然后给豆豆派了个小任务,“豆豆你去看看自己的自行车,然后回来告诉我,自行车的哪个车轮是主动轮,那个车轮是从动轮?”
我觉得这个问题并不太简单,因为豆豆妈咪印象深刻,初中的物理老师有讲过这个问题,而我当时是想了很久脑子才转过来。
可是没想到,豆豆看都没去看,就直接告诉我,“后轮是主动轮,前轮是从动轮”。
我好惊讶,问他怎么会知道。他说,因为链条连的是后轮啊!
虽然豆豆的表述并不完整,但是我知道,大概原理他应该是懂了。这一点上,真心感叹小男孩和小女孩的思维确实各有所长。
然后我拿着曲柄来到自行车边上,给豆豆再对比了一下:自行车的脚踏板,其实就是曲柄。你踩着脚踏板,恩,其实豆豆就是发动机啊!然后,脚踏板通过传动轴连着齿轮,前面的齿轮转动,通过链条带动后面的齿轮转动,后面的齿轮又通过传动轴,带动后轮转动,所以后轮是主动轮。前轮的主要作用是控制方向。
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为什么要有尺寸不一样的齿轮?
这套乐高积木中,有四种齿轮。
从左到右依次是:
冠齿轮(这个名字是豆豆教我的):冠齿轮可以以垂直方式啮合和其他齿轮啮合。齿轮数24齿。
中齿轮:24齿
大齿轮:40齿
小齿轮:准确地说这个是连接传动轴的齿轮。齿轮数8齿。
我觉得让小朋友数一数每种齿轮的齿轮数,也是一个很好的点数练习呢(东西排列成环形的,数起来比排成一列的要难)。
准确数清齿数,是为以后齿轮学习的一个重要概念“齿数比”做好基础。利用齿数比,可以计算出两个齿轮的速度是如何传输的。
豆豆妈咪列了几个好玩的问题,爸爸妈妈可以带着小朋友一边玩,一边试着回答哦。
1. 设计一个结构,以中齿轮作为主动轮,大齿轮作为从动轮进行传动,中齿轮和大齿轮哪个转得快?
2. 设计一个结构,以中齿轮作为主动轮,小齿轮作为从动轮进行传动,中齿轮和小齿轮哪个转得快?
小朋友有什么发现吗?
3. 中齿轮和大齿轮啮合在一起(哪个作为主动轮都可以),它们转动的方向一样吗?
4. 上题中,如果我们希望中齿轮和大齿轮转动的方向一致,这个结构要怎么修改?
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豆豆的一堂齿轮搭建课
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