解决问题的比赛“鸡蛋保护器”

解决问题的比赛——“鸡蛋保护器”

上海青少年科技教育中心陈玲菊

背景资料

一、问题背景：

在现实生活中，有许多物品非常容易破碎，比如鸡蛋、玻璃制品等。在运输这些物品的过程中，需要人们设计各种办法来保护这些物品，避免它们在运输过程中损坏而造成损失。

二、计划背景：

根据上述在现实问题，我们设置一个问题情景，引导学生思考、设计，并创造性地解决问题。

我们的问题是：利用规定的材料去保护鸡蛋，使其能承受从斜坡上滚下的桌球的撞击。桌球的冲击力将使鸡蛋移动，移动的距离越远得分越高。

提供给学生设计、制造“保护器”所用的材料是：

信封1只；塑料三明治袋或保鲜袋1只；吸管2根；牙签10根；回形针4只；双面胶或透明胶纸约10厘米；橡筋1根；8×8厘米纸板1块。可以使用上述的所有材料，也可以选用其中一部分。

模拟问题情景的场地如图所示：

模拟解决问题的测试方法是：

1、每一位学生最多能滚7次桌球。被测试者能拿到7张卡片，每释放一次桌球，

得交给裁判一张卡片，多余的卡片可以计分。

2、鸡蛋必须放在塑料袋内，以防渗漏。一旦开始测试，就不能再触及“保护器”。

3、在测试的过程中，在指定的位置上学生可以自行调整坡道的角度和方向。

4、每个人测试的时间最多2分钟。时间到，或已经滚了7次球，或被测试者自

己决定停止，测试即告结束。

测试成绩记录：

1、多余的卡片，每张可以计2分；

2、不管鸡蛋的状况如何，按距离计分（即按测试现场所示的分数每一挡计2

分）；

3、鸡蛋的状况：

没损坏……………………………………………………………………30分

轻度破裂…………………………………………………………………25分

破裂并有漏出物…………………………………………………………20分

略凹进去…………………………………………………………………15分

深度分离…………………………………………………………………..5分

完全破碎…………………………………………………………………..0分

三、知识背景：

根据问题的要求，设计“鸡蛋保护器”要解决两个方面的问题：①、是保护好鸡蛋，使它在承受撞击的过程中尽可能避免破损；②、解决“保护器”经过桌球撞击后在地面移动的距离和方向。在解决问题的过程中所必须了解的知识包括：力是使物体运动状态发生变化的原因。

力能够使物体的形状发生改变。我们通常把物体的形状和体积的改变称为形变。

任何物体在力的作用下都会发生形变。有的物体的形变比较明显，比如弹簧在力的作用下它的形状和体积会有明显的变化，但是当作用力撤去后很快能恢复原状。物体的这种能够在外力撤去后恢复原状的性质叫做弹性，这种形变叫做弹性形变。发生弹性形变的物体因为要恢复原状而对使它发生形变的物体施加的力，叫做弹力。

任何物体都有弹性限度，当外力超过物体的弹性限度，即使撤去外力后，物体也不再恢复原状。物体的这种在形变后不能恢复原状的性质叫做范性，这中形变叫做范性形变。乒乓球和鸡蛋受到力的撞击超过了他们的弹性限度都会发生范性形变，表现为凹陷或破损，只是鸡蛋壳更脆弱，更容易破损。

在水平地面上滑动的物体为什么会停下来？这是因为它在水平地面上滑动时受到地面对它的阻力。这种在滑动接触面间阻碍物体滑动的力叫做滑动摩擦力。滑动摩擦力的大小一般情况下与接触面积的大小是无关的，与接触面的性质和接触面之间的正压力有关。不同的接触面的性质（材料和粗糙程度等）有不同的滑动摩擦系数。

放在地面的箱子受到水平推力的作用，箱子仍能保持精子状态，这是因为箱子在水平方向除了受到推力以外，还受到一个与推力大小相等方向相反的阻力，这个阻力就是地面对箱子的摩擦力，方式在两个相对静止的物体之间的摩擦力叫静摩擦力。静摩擦力有一个最大值叫最大静摩擦力。最大静摩擦力可以认为是使物体开始运动的最小的力。

物体由于机械运动而具有的能叫做动能。鸡蛋原来是静止地在地面上，它的动能为零，当桌球从斜坡上滚下来撞击了鸡蛋使鸡蛋具有了一定的动能而向前移动。

一个物体如果受到力的作用并在力的方向上发生了一段位移，这个力就是对

物体作了功。

物体动能的变化是外力对物体做功引起的。能使物体增加动能的作用力叫做动力，动力所做的功，叫做正功；使物体减少动能的作用力叫做阻力，阻力所做的功叫做负功。

物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。由物体与地球的相对位置决定的能量叫做重力势能。

在物理学中把动能、弹性势能、重力势能统称为机械能。

关于能量转换：在只有重力（或弹力）做功的情况下，物体发生重力（或弹力）势能与动能的相互转换时，机械能的总量保持不变。这个规律叫做机械能守衡定律。

平动和转动：一般运动的物体都是平动和转动合并而成的复杂运动。一个运动着的物体，如果在物体上取任意两点所联成的直线，在整个运动中都是相互平行的，那么这个物体的运动就叫做平动（或移动）；如果物体内所有各点都绕着同一直线做大小不同的圆周运动，这种运动就叫做转动，这直线就是转动物体的轴线。

课程目标

1、通过活动使同学知道科学与技术的结合才能产生社会效益，了解技术创新应

该有扎实的文化科学知识基础；

2、在集体与个人相结合的探究活动中培养学生学科学、爱科学、用科学、信科

学和客观、求真、探索、合作、竞争等科学精神

3、通过活动培养学生运用科学的客观标准和准则去评价科学的现象和事物。

4、通过观察与实验活动让学生了解物质的某些物理特性，认识物体的运动和状

态变化的特点和基本规律，了解能量守衡的观点——能量既不能凭空产生也

不可能凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移

到别的物体。

5、通过活动培养学生能将所学的科学知识与实际问题结合，提出解决问题

的设想，并与他人合作讨论设计完成实验；在实验过程中能积极思考问题，随时调控实验过程，记录实验结果，并能按给定的格式完成研究报告。

活动方案

一、活动内容：

利用有限的材料设计制作保护鸡蛋的装置，使它在承受外力的撞击时，尽可能保护鸡蛋使它不至于破损；并且“保护器”在撞击力的推动下，能够在地面上保持良好的方向性，行走较长的距离。

二、活动目标：

通过活动让学生感知不同的材料的不同结构和不同形态都会表现出它的不同的物理特性；

通过设计制作和测试“鸡蛋保护器”，学习和加深理解有关的力学知识和机械运动的知识；

通过设计制作“鸡蛋保护器”，模拟一个有关鸡蛋包装和运输的解决问题的过程让学生体验科学设计的基本过程和方法。

三、适用对象；

基本对象是13——15岁的学生（10——12岁的学生可以作为体验活动；13—