第三单元 运动和力 知识梳理 -教科版小学科学五上

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教科版五年级上册科学知识点整理 第三单元 《运动和力》 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 2013年和2019年，我国先后将"玉兔"号和"玉兔二号"月球车送达月球开展科学考察，这是了不起的科技成就。如果我们想自己制作一辆月球小车，就需要研究小车的结构和所受的力。本单元将围绕"运动和力"展开探究，让我们从认识小车开始，逐步揭开力与运动的奥秘。 第1课《拆解我的小车模型》 1. 小车的基本结构包括车架、电池、小电动机、车轮、车轴等零部件。 2. 电池驱动小电动机产生动力，使小车运动。电池是能量的来源，电动机将电能转化为机械能。 3. "玉兔"号月球车是能在月球表面行驶的专用车辆，能完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务。 4. 月球车与普通小车的不同：月球车有6个轮子（普通小车通常4个），这样可以更好地适应月球表面凹凸不平的地形；月球车装有太阳能电池板、导航相机、天线等特殊设备。 5. 月球表面环境特点：没有空气、没有水、引力小（约为地球的1/6）、表面凹凸不平，布满陨石坑。月球车的特殊设计都是为了适应这些环境。 6. 科学家常利用实物模型开展研究。我们可以借助研究小车模型来研究月球车，这是一种重要的科学研究方法。 【生活实例】普通汽车的结构与小车模型类似，都有车身（车架）、发动机（动力源）、车轮等。赛车为了减小阻力，车身设计成流线型；消防车需要携带大量水，所以车身较大。 【思考题】月球车为什么要设计6个轮子，而不是4个轮子？ 参考答案：月球表面凹凸不平，有大大小小的陨石坑。6个轮子可以增加与月面的接触点，使月球车行驶更稳定，不容易翻倒，同时能更好地越过障碍。就像我们走不平的路时，步子稳一些才不容易摔倒。 第2课《用重物驱动小车》 1. 力可以改变物体的运动状态。要让静止的小车运动起来，必须对小车施加力。 2. 重力是地球对地球上的一切物体施加的吸引力。重力无须接触物体就能对物体施加引力。物体的质量越大，所受的重力越大。 【生活实例】在重力的作用下，苹果会从树上掉落到地面，抛向空中的小球也会落回地面，水总是往低处流。 3. 用重物（垫圈）驱动小车的方法：将细绳一端系在小车上，另一端悬挂垫圈。垫圈受重力下落，通过细绳对小车产生拉力，使小车运动。 4. 实验结论：垫圈数量越多，拉力越大，小车运动越快。力的大小决定了小车运动的快慢。 【实验】垫圈数量与小车运动的关系 实验目的：探究垫圈数量（力的大小）与小车运动快慢的关系 实验器材：金属框架四轮小车、细绳、垫圈若干、挡板、计时器 步骤要点： ① 标明小车运动的起点和终点 ② 从挂1个垫圈开始，逐个增加垫圈数量 ③ 记录每次垫圈数量和小车从起点到终点的运动时间 ④ 每种垫圈数量测量3次，求平均值 ⑤ 分析数据，得出结论 实验结论：垫圈数量越多，拉动小车的力越大，小车运动越快（运动时间越短）。 注意事项：① 细绳长度要合适；② 每次实验从同一位置释放小车；③ 多次测量取平均值，减小误差。 5. 重复实验时，测量数据可能有差异。多次测量求平均值可以减小误差，使实验结果更准确。 6. 我们还可以通过改变小车的重量来控制小车的运动快慢。控制变量是科学实验的重要方法。 【思考题】如果让小车在3秒内运动1米，你觉得可以怎样控制？ 参考答案：可以通过改变垫圈的数量来调节拉力大小。垫圈太少，小车运动太慢；垫圈太多，小车运动太快。需要反复实验，找到合适的垫圈数量，使小车恰好在3秒内运动1米。 第3课《用弹力驱动小车》 1. 物体在受到外力作用时，形状或多或少会发生改变，这时物体会产生一个要恢复原来形状的力，这个力叫弹力。 【生活实例】拉弓射箭时，弓被拉弯后会产生弹力，将箭弹射出去；压弹簧时，弹簧被压缩后会产生向上的弹力；坐沙发时，沙发垫被压下去后会弹回来。 2. 用橡皮筋驱动小车的方法：将橡皮筋一端固定在车架上，另一端缠绕在车轴上。松开后，橡皮筋恢复原状产生的弹力驱动车轮转动，使小车运动。 3. 橡皮筋缠绕圈数越多，被拉伸的长度越长，所产生的弹力越大，小车行驶的距离越远。 【实验】橡皮筋缠绕圈数与小车行驶距离的关系 实验目的：探究橡皮筋缠绕圈数（弹力大小）对小车行驶距离的影响 实验器材：小车、橡皮筋、纸带或尺子、标记笔 步骤要点： ① 将橡皮筋一端固定在车架上，另一端缠绕在车轴上 ② 分别缠绕3圈、4圈、5圈（改变弹力大小） ③ 每次从同一起点释放，测量小车行驶距离 ④ 每种圈数重复3次实验 ⑤ 记录、整理数据并分析（注意：这是对比实验，只改变缠绕圈数，其他条件保持不变） 实验结论：橡皮筋缠绕圈数越多，被拉伸的长度越长，产生的弹力越大，小车行驶的距离越远。 注意事项：① 这是一个对比实验，必须控制变量（只改变圈数）；② 起点标记方法：车头前方所在位置；③ 终点标记方法：运动停止后车头所在位置。 4. 不同小组的数据可能有差异，原因可能包括：橡皮筋的弹性不同、小车重量不同、地面摩擦力不同等。 5. 除了重力和弹力，风力、磁力、电力等也可以驱动小车。力有多种形式，不同形式的力可以为小车提供不同的动力。 6. "玉兔"号月球车的车轮没有安装轮胎，而普通小车车轮上装有轮胎以减小车身震动。月球车的特殊车轮设计是为了适应月球表面没有空气、地形复杂的环境。 【思考题】为什么橡皮筋缠绕圈数越多，小车行驶得越远？ 参考答案：因为橡皮筋缠绕圈数越多，橡皮筋被拉伸得越长，产生的弹力就越大。弹力越大，对车轮的驱动力就越大，所以小车行驶的距离越远。就像拉弓一样，弓拉得越满，箭射得越远。 第4课《测量力的大小》 1. 力的大小是可以测量的。测量力的工具是弹簧测力计。 2. 弹簧测力计的组成部分：提环（便于手持）、弹簧（受力伸长，是核心部件）、指针（指示力的大小）、刻度板（标有力的大小数值）、挂钩（悬挂被测物体）。 弹簧测力计结构示意图 3. 力的单位是牛顿，简称牛，用符号"N"表示。它是以英国著名物理学家牛顿的名字命名的。 4. 弹簧测力计的原理：拉力越大，弹簧伸得越长，指针示数也就越大。利用弹簧的伸长量与所受拉力成正比的特性来测量力的大小。 5. 使用方法：① 观察测力计的量程（测量范围）和分度值；② 检查指针是否在"0"刻度处；③ 测量时拉力方向沿弹簧轴线方向；④ 读数时视线与指针平齐。 【实验】用弹簧测力计测量物体重力 实验目的：学习使用弹簧测力计测量不同物体的重力大小 实验器材：弹簧测力计、若干不同物体（如文具盒、水杯、书本等） 步骤要点： ① 先用手拉一拉弹簧测力计，感受1N、2N、5N的力 ② 先掂一掂物体，估测其重力 ③ 将物体挂在挂钩上，竖直提起 ④ 待指针稳定后读数并记录 ⑤ 比较估测值和实测值 实验结论：不同物体的重力不同，较重的物体重力较大。通过估测和实测的比较，可以提高对力的大小的感知能力。 注意事项：① 不能用力过大，以免超过测力计的测量范围；② 读数时视线要与指针平齐；③ 使用时要竖直提起。 6. 日常生活中说的"重量"实际是指质量，用"千克"表示；而在科学上，重量是指重力，用"牛（N）"表示。 7. "玉兔"号月球车的设计质量为137千克，在地球上重约1343牛，而在月球上只有约222牛。月球上的物体重量大大减小，是因为月球的引力比地球小得多。 【思考题】如果将弹簧测力计中的弹簧换成橡皮筋，还能准确测量力的大小吗？ 参考答案：理论上可以，因为橡皮筋也有类似弹簧的特性——受力越大，伸长越长。但橡皮筋的伸长量与拉力的关系不如弹簧那样精确稳定，而且橡皮筋用久了会松弛变形，所以测量结果不够准确。弹簧测力计选用弹簧就是因为它的弹性更稳定、更精确。 第5课《摩擦力的比较》 1. 一个物体在另一个物体的表面运动或有产生运动的趋势时，两个物体的接触面会发生摩擦，物体会受到一种阻碍运动的力，这种力叫摩擦力。 【生活实例】用手在桌面上拖动，会感觉到阻力；冬天搓手取暖就是利用摩擦力；鞋底有花纹是为了增大摩擦力防止滑倒。 2. 测量摩擦力的方法：用弹簧测力计匀速拉动小车，在小车速度不变、读数稳定时，读出拉力大小。因为匀速运动时，摩擦力等于拉力。 摩擦力对比实验示意图 3. 影响摩擦力大小的因素之一——接触面的粗糙程度：接触面越粗糙，摩擦力越大；接触面越光滑，摩擦力越小。 4. 影响摩擦力大小的因素之二——物体的重量：物体越重，摩擦力越大；物体越轻，摩擦力越小。 5. 影响摩擦力大小的因素之三——运动方式：车轮制动（滑动）时的摩擦力大于车轮滚动时的摩擦力。滚动摩擦小于滑动摩擦。 【实验】比较不同情况下小车所受的摩擦力 实验目的：探究接触面粗糙程度、物体重量、运动方式对摩擦力的影响 实验器材：弹簧测力计、小车、砂纸（粗糙面）、钩码（增加重量） 步骤要点： ① 先预测各种情况下摩擦力的大小 ② 对比实验1：车轮滚动 vs 车轮制动（滑动） ③ 对比实验2：光滑表面 vs 粗糙表面 ④ 对比实验3：车身轻 vs 车身重（加钩码） ⑤ 用弹簧测力计匀速拉动小车，记录读数 ⑥ 记录并分析实验结果 实验结论：① 接触面越粗糙，摩擦力越大；② 物体越重，摩擦力越大；③ 滑动摩擦力大于滚动摩擦力。 注意事项：① 必须匀速拉动小车才能准确读数；② 每次只改变一个条件，其他条件保持不变（控制变量）。 6. 生活中需要增大摩擦力的例子：轮胎花纹、鞋底花纹、防滑链、冰刀鞋等；需要减小摩擦力的例子：磁悬浮列车、气垫船、给机器加润滑油等。 7. "玉兔"号月球车的六轮结构和驱动系统，就是为了更好地利用或克服摩擦力，以适应月球表面的特殊环境。 【思考题】为什么冰箱底部要安装小轮子？这样做的目的是什么？ 参考答案：冰箱底部安装小轮子是为了将滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减小摩擦力。因为滚动摩擦小于滑动摩擦，这样推起冰箱来就省力多了。 第6课《制作"月球小车"》 1. 完成一项工程任务的基本步骤：明确任务→制订方案→实施方案→测试与改进→展示与交流。 2. 明确任务要求：设计并制作一辆"月球小车"模型，该小车能载重1块橡皮，穿过凹凸不平的沙地（模拟月球表面），质量不大于100克。 3. 制订方案时要根据任务要求，讨论、设计并确定小车的设计方案，合理选择所需材料。绘制设计图时，从多个角度画出小车设计图，可以更全面地反映它的结构，最好标注主要部件的尺寸。 "月球小车"设计示意图 4. 小车主要部件及功能：太阳能电池板（将太阳能转化为电能）、小电动机（将电能转化为机械能，驱动车轮）、齿轮（传递动力、调节速度）、车身支架（支撑整个小车结构）、车轮和车轴（使小车能够行驶）。 5. 材料选择要考虑：性能、质量、价格三个方面。例如太阳能电池有A、B两种，能量不同、质量不同、价格不同，需要根据任务要求合理搭配。 6. 为什么不用重力和弹力驱动月球小车？因为月球小车需要在凹凸不平的沙地上行驶，太阳能电池驱动更稳定、更可控，且符合月球车利用太阳能的设计理念。重力和弹力驱动在复杂地形中不够稳定。 7. 组装步骤要点：① 做车架（连接车身、安装齿轮）；② 安装轮子和电动机；③ 固定太阳能电池板；④ 连接太阳能电池和小电动机的导线。 【思考题】制作月球小车时，为什么要列"材料清单"并计算总价和总质量？ 参考答案：列材料清单可以帮助我们明确需要哪些材料、每种材料的性能和价格，从而在满足任务要求的前提下做出最优选择。计算总价确保不超过预算，计算总质量确保不超过100克的限制。这是工程设计中"成本意识"和"规范意识"的体现。 第7课《评价"月球小车"》 1. 作品评价要从多个维度进行，包括：任务完成度（能否载重通过沙地）、质量（是否达标）、外观（设计是否合理美观）、团队合作等。 2. 测试时需要根据任务要求进行：小车能否载重1块橡皮，能否在10秒内通过测试沙坑。测试过程中要真实记录数据。 3. 测试后要进行反思与改进：分析小车在测试中的表现，找出问题所在，思考如何改进。例如：车轮是否打滑？动力是否足够？车身是否过重？ 4. 展示与交流时要做到：清晰介绍自己的设计思路和制作过程，认真倾听其他小组的分享，客观评价他人作品的优点和不足。 5. 工程设计是一个不断改进的过程。第一次制作不一定完美，需要根据测试结果反复调整、优化，才能做出更好的作品。 6. 通过本单元的学习，我们知道了：小车的运动受多种力的影响（重力、弹力、摩擦力等），力的大小可以测量，摩擦力的大小受接触面粗糙程度、物体重量、运动方式等因素影响。这些知识帮助我们设计和制作了月球小车。 【思考题】如果月球小车无法在10秒内通过沙地，你觉得可以从哪些方面进行改进？ 参考答案：可以从以下几方面改进：① 减轻车身质量（选用更轻的材料）；② 增大动力（换用能量更大的太阳能电池或转速更快的电动机）；③ 选用大尺寸车轮（更容易越过沙地障碍）；④ 减小摩擦（优化车轮与车轴的连接，使转动更顺畅）。 本单元知识网络 一、小车的结构 ● 基本结构：车架、电池、小电动机、车轮、车轴 ● 月球车特殊结构：6个轮子、太阳能电池板、导航相机、天线 ● 研究方法：利用实物模型开展研究 二、力与运动 ● 力可以改变物体的运动状态 ● 重力：地球对物体的吸引力，质量越大重力越大 ● 弹力：物体恢复原来形状时产生的力 ● 摩擦力：阻碍物体运动的力 三、力的测量 ● 工具：弹簧测力计（提环、弹簧、指针、刻度板、挂钩） ● 原理：拉力越大，弹簧伸长越长 ● 单位：牛顿（N） 四、影响摩擦力的因素 ● 接触面粗糙程度：越粗糙→摩擦力越大 ● 物体重量：越重→摩擦力越大 ● 运动方式：滑动摩擦 > 滚动摩擦 五、工程实践 ● 工程设计步骤：明确任务→制订方案→实施方案→测试与改进→展示与交流 ● 材料选择要考虑：性能、质量、价格 ● 设计过程需要反复改进和优化 比较项目普通小车模型"玉兔"号月球车轮子数量4个6个动力来源电池+电动机太阳能电池板特殊设备无导航相机、天线、科学仪器行驶环境平坦地面凹凸不平的月球表面相同点都有车架、车轮、动力装置物品估计重力/牛实测重力/牛文具盒（学生填写）（学生填写）水杯（学生填写）（学生填写）科学课本（学生填写）（学生填写）对比条件摩擦力大小原因车轮制动（滑动）较大滑动摩擦车轮滚动较小滚动摩擦光滑表面较小接触面光滑粗糙表面较大接触面粗糙车身轻较小压力小车身重（加钩码）较大压力大评价项目评价标准自评互评任务完成能否载重1块橡皮通过沙地☆/☆☆/☆☆☆☆/☆☆/☆☆☆质量达标总质量是否≤100克☆/☆☆/☆☆☆☆/☆☆/☆☆☆时间达标能否在10秒内通过☆/☆☆/☆☆☆☆/☆☆/☆☆☆设计合理结构是否稳固、美观☆/☆☆/☆☆☆☆/☆☆/☆☆☆团队合作分工是否明确、协作是否顺畅☆/☆☆/☆☆☆☆/☆☆/☆☆☆课次课题核心知识关键词第1课拆解我的小车模型小车的结构、月球车的特殊设计车架、电池、电动机、车轮第2课用重物驱动小车重力、拉力与运动快慢的关系重力、垫圈、拉力、运动快慢第3课用弹力驱动小车弹力的产生、弹力大小与运动距离弹力、橡皮筋、缠绕圈数第4课测量力的大小弹簧测力计的使用、力的单位弹簧测力计、牛顿、N第5课摩擦力的比较影响摩擦力大小的因素摩擦力、粗糙程度、重量第6课制作"月球小车"工程设计步骤、材料选择设计图、材料清单、组装第7课评价"月球小车"测试评价、反思改进测试、评价、改进