设计制作走马灯
第5章 探索技术与工程的世界 ·
设计制作走马灯出自浙教版七年级上册《科学》第5章,是热能转换机械能的工程实践代表实验。热空气推动叶轮的原理与工程流程是中考新型工程题常考模型。学生最易在叶轮折叠方向与蜡烛位置上出问题。优创优星科学馆(义乌1+1教育旗下)按六步工程流程拆解,帮孩子把能量转换与迭代思维练扎实。
实验情境
走马灯是一种历史悠久、流行极广的传统节日灯笼。人们通常会在除夕、元宵、中秋等传统佳节点亮走马灯,来增加节日的喜庆气氛,并祈求吉祥如意。走马灯属于灯笼的一种,在一个或方或圆的纸灯笼中,插一铁丝作轮轴,轴上方装一叶轮,轮轴中央装两根交叉的细铁丝,在铁丝每一端粘上人、马之类的剪纸,如
实验目标
- 知道走马灯转动时将热能转换为机械能。
- 通过设计制作简易版走马灯(灯笼壁有图像),了解工程实践的基本步骤。
- 初步学会用设计草图、设计图和施工图表达走马灯的设计思想,指导走马灯制作。
实验器材与材料
| 器材 | 用途 |
|---|---|
| 彩色卡纸 | 制作灯笼外壳与叶轮 |
| 小蜡烛 | 加热空气提供动力 |
| 暗扣 | 叶轮中心转动轴承 |
| 小木棒、空笔芯 | 制作转轴,笔芯尖端作支点 |
| 底座(木板、硬纸板、泡沫板) | 固定转轴与放置蜡烛 |
| 剪刀、刻刀、双面胶 | 裁剪粘合 |
| 圆规、尺子、笔 | 画设计图与施工图 |
实验原理
蜡烛加热空气,热空气上升形成气流推动叶轮旋转,将热能转换为机械能
叶片须同向折叠才能同向受力。
实验步骤与现象
- 1明确问题:任务——利用提供的器材设计制作一盏走马灯,对照表5-1验收标准明确设计要求。
- 2设计方案:用设计草图记录初步设想;在设计图三视图中标注灯笼外壳高度、转轴高度、叶轮叶片数量、蜡烛位置,在展开图中标注外壳周长展开长度;根据设计图画出施工图,用不同图例表示裁剪、折叠和粘合的部位。
- 3实施计划:
- 4①制作转轴——剪下长度合适的小木棒,将空笔芯套在小木棒上并固定在底座上。
- 5②制作叶轮——按施工图用圆规画两个直径不同的同心圆,圆心装暗扣,画出叶轮数量,裁剪并沿同一方向折叠形成叶片。
- 6③制作灯笼外壳——按施工图折叠粘合卡纸,粘在叶轮向下折叠处。
- 7④组装轮轴——叶轮中心暗扣的凹槽架在空笔芯尖端上,确保自由转动。
- 8⑤在底座合适位置放置蜡烛。。
- 9检验作品:点燃蜡烛,观察走马灯的运动情况。
- 10改进优化:探究影响走马灯转动快慢的因素,让走马灯转得更快更平稳。
- 11发布成果:通过呈现实物的方式向同学介绍你的走马灯。
高频翻车现场
【1+1教育避坑提醒】实验操作中最容易做废、最容易被扣分的关键点:
制作叶轮叶片折叠方向不一致
后果:气流推力相互抵消,叶轮不转
正确做法:所有叶片沿同一方向折叠,保证受气流后同向受力
组装转轴暗扣凹槽与笔芯尖端卡得过紧
后果:摩擦过大叶轮转动困难
正确做法:凹槽架在笔芯尖端上,能自由转动又不脱落
放置蜡烛蜡烛离叶轮过高或过远
后果:热气流接触不到叶片,走马灯不转
正确做法:蜡烛放在叶轮正下方合适高度,热空气刚好冲刷叶片
实验结论
走马灯转动证明了热能可转换为机械能;蜡烛距转轴越近灯转动越快,减小摩擦、减轻叶轮也能加快转动。
实验考点小结与出题概率
| 核心考点 | 对应教材位置 | 出题概率 | 常见考法·避坑提醒 |
|---|---|---|---|
| 热能转换为机械能 | 七上第5章 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 蜡烛加热空气→热空气上升→推动叶轮旋转——能量转换链条表述是中考答题关键 |
| 工程实践的基本流程 | 七上第5章 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 明确问题→设计方案→实施计划→检验作品→改进优化→发布成果,顺序与内涵都要记 |
| 影响转动快慢的因素 | 七上第5章 | ⭐⭐⭐⭐ | 蜡烛距转轴距离越近转得越快(数据表结论题)——控制变量分析 |
| 气流与叶轮受力 | 七上第5章 | ⭐⭐⭐⭐ | 叶片同向折叠才能被同向推动,折叠方向错误是制作失败首因 |
注:以上数据基于浙江省名校初中月考、期中、期末以及浙江省中考真题统计分析。
常见问题
走马灯为什么会转?
蜡烛点燃后加热周围空气,热空气密度变小上升形成气流,气流冲击倾斜的叶片推动叶轮旋转,将热能转换为机械能。
叶轮叶片为什么要沿同一方向折叠?
只有所有叶片朝同一方向倾斜,上升气流才能对它们产生同方向的推力;方向混乱则推力抵消,灯不转。
怎样让走马灯转得更快?
实验数据表明蜡烛距转轴距离越近转动越快;还可增加蜡烛热度、减小转轴摩擦、减轻叶轮质量。
转轴用空笔芯有什么好处?
笔芯尖端接触面积小、摩擦小,与暗扣凹槽配合形成简易轴承,让叶轮转动灵活。
走马灯制作要经历哪些步骤?
明确问题、设计方案(草图/设计图/施工图)、实施计划、检验作品、改进优化、发布成果,完整走一遍工程流程。
义乌1+1教育 · 优创优星科学馆
本实验是浙教版初中科学教材的重要探究活动,也是中考科学探究题的高频考点。优创优星科学馆 · 义乌1+1教育旗下科学实验中心,坚持“教方法、抓过程”,让孩子亲手做一遍、当场学会规范表达,把实验真正转化为得分能力。想预约科学馆实操体验或获取完整实验方案,请点击页尾报名入口。
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