第六单元 小小起重机（期末知识清单）五年级科学下学期（湘科版）

第六单元 小小起重机（知识清单） 湘科版 第一部分：思维导图 第二部分：知识巩固 第1课 设计起重机 核心概念 起重机是基于简单机械（杠杆、滑轮、轮轴）原理设计的复杂机械，设计起重机模型需明确功能需求（吊起指定重物和高度），选择易获取材料，规划合理结构与制作流程，确保装置稳固、省力且能完成任务。 起重机的工作原理与核心部件 1.核心原理：整合简单机械的优势，通过滑轮组实现省力，通过轮轴（摇柄）控制升降，通过框架结构保证稳定。 2.关键部件及作用： 滑轮组：由定滑轮和动滑轮组合而成，是起重机的核心省力部件，能大幅降低提升重物所需的力。 轮轴（摇柄）：用于卷绕线绳，通过转动摇柄带动滑轮组升降，操作便捷。 框架（支架）：支撑整个装置，需保证稳固，防止起重时倾倒（三角形结构稳定性强，常用作支架）。 线绳：连接滑轮组与重物，需具备足够强度，避免断裂。 起重机模型的设计要求 1.功能要求：能吊起2牛的重物，提升高度达到30厘米。 2.材料选择原则：容易找到、部件连接方便、加工简单，如木板、木条、钉子、滑轮、线绳、铁丝等。 3.结构设计要点： 支架：采用三角形结构或加固设计，提升稳定性，防止倾倒。 滑轮组：合理搭配定滑轮和动滑轮数量，确保省力效果。 摇柄：安装在下部，便于操作，能顺畅卷绕线绳。 设计方案与流程规划 参考设计方案（第1小组） 1.所需材料：木板、木条、钉子、滑轮、线绳、铁丝。 2.所需工具：锤子、小锯、钳子。 3.结构设计： 框架尺寸：约50cm×50cm×40cm（高×宽×深）。 支架：采用三角形结构，增强稳固性。 滑轮组：安装在框架顶部（定滑轮）和重物连接端（动滑轮）。 摇柄：安装在框架下部，通过线绳与滑轮组连接。 制作流程与分工（第2小组示例） 制作步骤 具体内容 负责人 . 制作框架 切割木板、木条，组装成起重机框架，确保结构稳固 胡小楠、常沙沙 2. 安装定滑轮 将定滑轮固定在框架顶部合适位置，保证转动灵活 王大欣 3. 安装动滑轮及连接线绳 连接动滑轮与线绳，穿过定滑轮，调试线绳松紧度 李晓天 4. 安装摇柄 在框架下部安装摇柄，固定线绳末端，确保摇柄转动能带动线绳卷绕 彭佩佩 设计注意事项 1.滑轮选择：根据重物重量选择合适数量的滑轮，滑轮数量需与线绳承重、摇柄力度匹配。 2.连接牢固：所有部件（滑轮、摇柄、支架）需固定紧密，避免起重时松动。 3.安全性：设计时需考虑操作安全，避免尖锐边角，线绳固定可靠，防止重物坠落。 4.可操作性：摇柄转动顺畅，线绳升降无卡顿，重物能平稳提升和降落。 实践与应用 1.绘制起重机模型设计图，标注尺寸、材料、部件位置及简单机械的应用（如滑轮组、轮轴）。 2.小组讨论确定设计方案，明确分工，撰写详细的设计说明书（包含材料清单、制作步骤、预期效果）。 3.交流各组设计方案，互相提出优化建议（如支架加固、滑轮组优化）。 反思与评价 1.能说出起重机模型整合的简单机械及作用，理解其省力原理。 2.能根据功能要求选择合适材料，设计合理的结构与制作流程。 3.能清晰绘制设计图，明确分工，形成完整的设计方案。 拓展与迁移 查阅实际起重机（如塔吊、汽车起重机）的结构图片，分析其包含的简单机械，思考如何将实际起重机的优势（如可伸缩臂、更稳固的底座）应用到模型设计中。 第2课 制作起重机 核心概念 制作起重机模型需严格按照设计方案执行，注重部件连接的牢固性与操作的流畅性，制作过程中需及时发现问题（如不稳固、不省力）并针对性改进，完成后通过测试与评估优化装置性能。 制作前的准备 1.材料与工具检查： 材料：依据图纸核对木板、木条、滑轮、线绳等材料的数量和规格，确保符合设计要求。 工具：准备锤子、小锯、钳子、螺丝刀等工具，检查工具安全性（如锤子手柄是否牢固）。 2.安全准备： 佩戴手套操作，避免锯木头、钉钉子时受伤。 使用小锯、钳子时，避免对着自己或他人，防止意外。 制作步骤与操作要点 1.制作框架（支架）： 按设计尺寸切割木板和木条，用钉子或螺丝固定拼接。 重点：连接处要钉牢，支架采用三角形结构或增加斜撑，提升稳定性，防止倾倒。 2.安装定滑轮： 将定滑轮用钉子或铁丝固定在框架顶部横梁的中心位置，确保滑轮能灵活转动，无卡顿。 3.安装动滑轮及连接线绳： 将动滑轮与挂钩（或承载重物的装置）连接牢固。 线绳一端固定在框架或摇柄轴上，依次穿过定滑轮和动滑轮，确保线绳排列整齐，无缠绕。 调试线绳松紧度：过松会导致重物无法顺利提升，过紧会增加操作阻力。 4.安装摇柄： 将摇柄与轴（木棍或铁丝）固定，轴穿过框架下部的预留孔，确保转动顺畅。 线绳末端固定在轴上，转动摇柄时能顺利卷绕线绳，带动滑轮组升降。 制作中的常见问题与解决方法 常见问题 可能原因 解决方法 支架不稳固，容易倾倒 结构设计不合理（未用三角形结构）、连接处松动 增加斜撑加固，采用三角形结构；重新钉牢松动的连接处 不省力，难以吊起指定重物 滑轮组搭配不当、线绳与滑轮摩擦过大 增加动滑轮数量；给滑轮轴涂抹少量润滑油（如铅笔芯粉末），减少摩擦 线绳卡顿，无法顺畅升降 线绳缠绕、滑轮位置偏移 整理线绳，确保排列整齐；调整滑轮位置，使其在同一竖直方向 摇柄转动困难 轴与框架摩擦过大、线绳过紧 调整轴的位置，减少摩擦；适当放松线绳松紧度 起重机的测试与评估 1.测试项目： 承重测试：吊起2牛的重物，观察能否稳定保持，不坠落。 高度测试：测量重物提升高度是否达到30厘米。 操作测试：摇柄转动是否顺畅，无卡顿；装置无明显晃动或倾倒。 2.评估标准（起重机评价表）： 项目 评价内容 分值（示例） 操作流畅 摇柄转动顺畅，线绳升降无卡顿，能快速完成起吊和降落 0-25分 支架稳固 起吊重物时无倾倒、无明显晃动 0-25分 吊起高度 能否达到30厘米及以上 0-25分 美观 结构整齐，部件连接有序，外观整洁 0-25分 3.记录与分析： 记录测试结果：能否完成任务、出现的问题（如提升高度不足、支架晃动）。 分析问题原因：结合制作过程，排查结构、部件连接、滑轮组等方面的问题。 改进与优化 1.针对测试问题的改进方向： 支架不稳固：增加斜撑、更换更粗的木条、加固连接处。 不省力：优化滑轮组（增加动滑轮）、减少摩擦（润滑滑轮、更换顺滑线绳）。 提升高度不足：加长框架高度、调整线绳长度、优化滑轮组缠绕方式。 2.优化原则：在原有设计基础上，针对性修改，避免盲目调整；优先解决核心问题（如稳固性、省力性），再优化美观度。 实践与应用 1.按设计流程和操作要点制作起重机模型，全程注重安全与部件牢固性。 2.完成模型后进行测试，填写评价表，记录测试结果与问题。 3.针对问题进行1-2项重点改进，重新测试，验证改进效果。 反思与评价 1.能按照设计方案规范制作起重机模型，正确使用工具，注重安全。 2.能识别制作和测试中出现的问题，分析原因并提出合理的改进方法。 3.能完成模型的测试、评估与优化，使装置达到设计要求（吊起2牛重物至30厘米）。 拓展与迁移 尝试增加起重机的功能，如添加水平移动装置（滑动轨道），使重物能在水平方向移动；或更换更轻便的材料（如铝合金条），优化装置重量与稳固性的平衡，撰写改进设计报告。 第三部分：实验探究题 1．我们按照自己的设计图制作了一台“起重机”，往往有很多不完善的地方需要改进，一般考虑从哪些方面去改进？（回答三点即可） （1） （2） （3） 2．设计和制作小小“起重机”。 (1)起重机运用了哪些简单机械原理？（写2个） 、 。 (2)“把2牛的重物吊起30厘米”。如下图的起重机模型存在缺点，用“√、×”判断下面2个改进方案的对错。 A．用三角形支架增强框架的稳定性。( ) B．支架高度锯短，保证能吊起30厘米。( ) 参考答案 1． 支架是否稳固；操作是否流畅（操作是否方便） 美观度；吊起高度；吊重物的多少 是否修改图纸，修改后是否改进了起重机的结构或者功能等等 详解：改进自制 “起重机” 需从多方面考量： ①结构稳定性：支架是起重机的支撑部分，若支架不稳固，起重机在使用时容易晃动甚至倒塌，所以要检查支架是否牢固，确保能稳定承载重量。同时，操作是否流畅、方便也很关键，这关系到起重机使用时的便捷性，若操作卡顿，会影响其工作效率与实用性。 ②功能与性能：美观度能让起重机更具完整性；吊起高度决定了起重机的工作范围，越高能满足更多场景需求；吊重物的多少体现了起重机的承重能力，承重越强，实用性越高，这些都是衡量起重机性能是否良好的重要方面。 ③设计与优化：图纸是制作的依据，若实际制作出的起重机有缺陷，可能是图纸设计不合理。所以要思考是否需要修改图纸，通过改进图纸来优化起重机的结构或功能，让其更符合使用需求。 2．(1) 滑轮 轮轴 (2) √ × 详解：（1）起重机中通常会使用定滑轮和动滑轮。定滑轮可以改变力的方向，例如在起重机吊钩部分的滑轮，方便从不同方向起吊重物；动滑轮可以省力，通过将多个动滑轮组合成滑轮组，能够更有效地提升较重的物体。起重机的操控部分，比如驾驶室中用于控制起重臂升降、伸缩等的装置，很多都利用了轮轴原理。轮轴由轮和轴组成，当动力作用在轮上时，可以省力，能够更轻松地操控起重机的各个动作。 （2）A.三角形具有稳定性，在起重机的框架结构中，用三角形支架可以增强框架的稳定性，防止起重机在工作过程中因受力而发生变形或倾倒，所以该方案正确。 B.题目要求把2牛的重物吊起30厘米，支架高度锯短后，起重臂的力臂会发生变化，根据杠杆平衡原理，在提升相同重物且保证起重机结构安全的情况下，可能无法将重物吊起30厘米的高度，而且即使能吊起，也可能破坏起重机的原有结构和性能，所以该方案错误。 3 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $