制作月球车

活动简介

为了让学生更加深入地了解航空航天的知识，激发学生的兴趣，本活动要求学生遵循工程设计的基本流程，设计并制作1辆橡皮筋动力的纸板月球车。在这个过程中，学生重点需要解决的问题是了解用橡皮筋作为动力装置旋转车轮的方法，然后通过测试，不断改进自己的月球车模型，使其能够在房间爬行。

面向对象

79年级。

活动材料

正方形瓦楞纸或硬纸板（边长16cm）

2个瓦楞纸轮子（边长13 cm的正方形）

1支圆杆的铅笔

2根橡皮筋

尺子

胶带

2块圆形糖块（中间有孔的硬糖）

1根塑料吸管

剪刀

活动准备

教师提前制作一辆简单的月球车，供学生借鉴。

制作参考步骤如下：

（1）首先制作车体：将硬纸板对折2次，每部分大约4cm宽。沿着长折叠，将其折叠成正方形的管状，用胶带把2边粘住。

（2）然后制作前轮：连接2块13cm长的正方形硬纸板的对角线。在对角线交点处戳1个小洞，使线能够穿过。在车身上，靠近车轴的两边各戳1个洞。注意2个洞要对正，洞的大小使铅笔刚刚能够穿过且旋转自如。

（3）安装前轮：将铅笔穿过车身上的洞作为轴，轴两端各安装1个轮子，用胶带固定。（4）制作后轮：将吸管粘在车身的后边作为轴，吸管两端各穿上1块糖。用胶带将轴和糖块粘在一起，防止糖块掉落。

（5）最后安装橡皮筋。在铅笔上套1根橡皮筋，并且用胶带把铅笔和橡皮筋牢牢固定在一起，使铅笔不能在橡皮筋圈里转动打滑，在车身后边剪2个小裂缝。将另一端的皮筋套在豁口上。见图1。

（6）转动前轮，拧紧橡皮筋，然后把模型放在桌面或地板上，模型就会向前或向后移动。移动的方向和拧紧橡皮筋的方向相反。

活动步骤

1. 教师通过情境创设，为学生介绍活动任务。

美国宇航局（NASA）为了实现2020年的宇航员登陆计划，制作了一种能在月球上行驶的越野车，叫做月球车。这些月球车有的可以由宇航员驾驶，有的可以自动行驶，帮助宇航员运载物资，建立航天站，探索月球。所有的月球车都可以在月球上的落满尘土的崎岖地面上行驶。今天，我们的任务就是制作1辆橡皮筋动力的月球车。

2. 教师为学生展示月球车模型，引发学生的思考。

你能想象在月球上开越野车吗？NASA就可以。他们制作了一种越野车，叫做月球车。一些可以由宇航员驾驶。一些可以自动控制即无人驾驶。所有的月球车都可以在月球上的落满灰尘的崎岖的地面上行走。我们今天的任务是：设计和制作1辆橡皮筋动力的月球车，让它可以在房间地板上爬行。

模型一直在工程设计过程中使用。工程师可以按初始的设计思路制作模型，然后对其进行测试和评价。一旦发现设计的不足之处，就会努力找到方法继续改进。今天，大家制作完月球车之后也要进行测试，然后发现使其运行更好的方法。

3. 学生分小组讨论小组将要设计的月球车模型，小组达成一致后，将设计方案绘制到学生记录单上。教师可以用以下问题引导学生讨论：

怎样才能让月球车移动？（提示：拧紧轮子上的橡皮筋，将月球车放在地面上，它就会移动。注意：依靠改变橡皮筋旋转的方向，可以控制月球车前进或后退。）

怎样制作不同型号的轮子？（提示：学生通过裁剪不同大小的正方形，制作不同型号的车轮。注意，方轮有俩个优点：一是制作方便；二是可以通过连接对角线的方法，快速找到其中心。该中心是轴，也就是铅笔穿过的地方。）

安装了方形车轮的月球车行走时有何特点？（提示：方轮的关键特点是能够深入软的表面，如地毯、沙子或草地。这样可以改进牵引力，有助于防止轮子空转。因为月球上覆盖着一层厚厚的细尘土，良好的牵引力非常重要，尤其是在上下坡时。）

用橡皮筋驱动月球车有多少不同的方法？（提示：可以利用多根橡皮筋。有时，1条皮筋链比单独1根皮筋效果更好。有时，还可以用1根剪开的橡皮筋驱动月球车。）

4. 学生按照设计方案，领取材料，制作月球车。

5. 制作完毕之后，进行测试与改进。为了成功制作月球车模型，当学生遇到下列问题时，教师可以进行适当提示和引导。

轮子为什么不能自由转动？（提示：注意轮子必须要牢固地固定在轴上，两边的轮子要平行。也要确保铅笔能够从车体上一边的洞穿到另一边的洞，而且洞要足够大，铅笔能够容易旋转。）

月球车为什么不能走直线？（提示：注意轴，也就是铅笔必须垂直安装在车体上，前轮的大小必须相同。如果轴装歪了或是前轮大小不一致，模型在行走时就会拐弯。）

月球车为什么不能前进太远？（提示：让学生再拧紧轮子。也可以让他们尝试使用较大的轮子。较大的轮子周长比较长。大轮旋转一周会比小轮旋转一周的路程要长。）

轮子为什么打滑？（提示：当模型的橡皮筋动力太大或轮子与地面摩擦力太小时，轮子在某位置就会打滑。为了增大摩擦力，让学生加大驱动轮的重量，或在每个轴上加1个轮子；为了动力不至于太大，不要将橡皮筋拧得太紧。）

6. 教师组织各小组展示自己的作品，并引导学生分享制作和测试过程中遇到的问题和解决的方法。

地球上什么样的交通工具比较类似月球车？（提示：履带式雪上汽车、坦克、沙漠越野车和全地形越野车都比较类似。它们都有很好的牵引力，非常坚固，有很强的发动机，并且不单只能在公路上运行，在不平坦的地面上也能正常行走。）

活动开始前，老师为大家展示了1个月球车模型，该模型对你完成最终制作都有哪些启发？（提示：利用该模型，学生可以很快看到自己的月球车模型哪个部分运行正常，哪个部分运行不正常，然后加以改进。）

摩擦力怎样影响你的月球车？（提示：为了提高效率，需要将轴和车体之间的摩擦力减到最小。为了良好运行，车轮和地面之间需要很大的摩擦力。）

月球车怎样利用动能和势能？（提示：拧紧轮子时存储了大量的弹性势能；轮子转动时，势能转化为动能，轴和轮子开始转动。）

活动拓展

1.作图分析增加的势能如何影响月球车行进的距离？（提示：当橡皮筋不断被拧紧时，学生能够测量月球车运行了多远。让学生分别旋转轮子3、6、9和12圈，然后测试每次月球车行进的距离。gHj/cUV+rJA58gVMWVF8+A==让学生利用轮子旋转的圈数和行进距离2个参数作图。轮子旋转次数越多，势能越大，行进距离越远。）

2.确定摩擦力的影响。（提示：让学生旋转轮子一定的次数，测量月球车行进的距离。然后让他们将轮轴系统的摩擦力减到最小。例如，可以将轴用铝箔裹起来，然后旋转车轮同样的次数，重新测试月球车，可以利用下面公式计算增长的距离的百分比。

3.测试轮子形状的影响。（提示：开始用方轮，让学生测量月球车运行了多远。然后让他们剪掉轮子的四角，把轮子变成正八边形，再测试一次。再利用圆形车轮测试一次，注意每次测试时，拧紧橡皮筋的次数必须相同。讨论行进的距离怎样变化？车轮会不会失控？）

阅读资料

月球上没有大气层，也就是说没有空气。所以，类似自行车或汽车上的充气轮胎在月球上会爆炸。如果你是一位NASA的工程师，需要设计月球上使用的车轮，该怎么做呢？这种车轮得满足以下要求：

能在没有大气的太空中使用。

能够耐受极热和极冷的气温。因为月球上，温度的变化范围大概在121-157℃。

重量大约只有5.5kg，是汽车车胎平均重量的一半。

不能陷入月球表面上厚厚的灰尘中。

能够在月球上正常使用的车胎（见图2），是用有弹性的金属薄片制成的。它重量较轻，可以有很好的牵引力，并且适合月球上极端温度。另外，在坎坷的月球表面行走时，轮胎能够适当变形，不会太颠簸。另外，这种轮胎的可靠性非常重要。要知道，距离地球400000km之外的月球上是没有道路服务站的。

月球车也许看起来不像最时髦的交通工具，但每辆却价值1000万美元，是最贵的交通工具之一。月球车具有能够方便携带的特点。宇航员可以将月球车折叠并收纳在航天器内的储物空间中。观察图3的月球车，你觉得这辆车的哪个特点和地球上汽车的设计类似？