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点燃心中的科学火种
科学是一场面向未来的探险，更是驱动世界前进的引擎。点燃青少年心中的科学火种，就是点亮国家和民族的创新之光。
探究一 简易投石车
如图所示，这是一款简易投石车，它还可以有很多改进方式。
制作材料：一块废木板、一个夹子、雪糕棍、瓶盖、强力胶。
探究知识：1. 分析简易投石车的结构，说说乒乓球为什么会静止在瓶盖上，其中涉及哪些力学知识。
2. 投石车如何将乒乓球投掷出去？这个过程中有哪些能量转化？
3. 这款简易投石车还有哪些地方可以改进？说说你的想法。
探究二 橡皮筋动力船
科学是一场面向未来的探险，更是驱动世界前进的引擎。点燃青少年心中的科学火种，就是点亮国家和民族的创新之光。
探究一 简易投石车
如图所示，这是一款简易投石车，它还可以有很多改进方式。
制作材料：一块废木板、一个夹子、雪糕棍、瓶盖、强力胶。
探究知识：1. 分析简易投石车的结构，说说乒乓球为什么会静止在瓶盖上，其中涉及哪些力学知识。
2. 投石车如何将乒乓球投掷出去？这个过程中有哪些能量转化？
3. 这款简易投石车还有哪些地方可以改进？说说你的想法。
探究二 橡皮筋动力船
答案
解：
1. 乒乓球静止在瓶盖上时处于平衡状态，它受到竖直向下的重力和瓶盖对它竖直向上的支持力，两个力作用在同一乒乓球上、大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，是一对平衡力，因此乒乓球可以保持静止。涉及的力学知识有：二力平衡原理、重力的存在、物体受平衡力作用时运动状态保持不变。
2. 先扳动投石车的雪糕棍投石臂，使连接的橡皮筋发生弹性形变，将乒乓球放在瓶盖托上，松开扳住投石臂的手后，橡皮筋的弹力带动投石臂快速转动，对乒乓球施加推力，力改变乒乓球的运动状态，使乒乓球获得较大的初速度被投掷出去。
这个过程的能量转化：人扳动投石臂的能量先转化为发生弹性形变的橡皮筋的弹性势能，释放时弹性势能转化为投石臂和乒乓球的动能，乒乓球离开投石臂后上升的过程中，部分动能会转化为乒乓球的重力势能。
3. 可改进的方向：
① 更换弹性更强的橡皮筋，或者增加橡皮筋的数量，提升装置可储存的弹性势能，让乒乓球被投掷得更远；
② 适当加长投石臂的长度，加装限位结构调整到最佳投掷仰角，提升投掷的距离和稳定性；
③ 在底座上增加配重，避免投石车发力时底座后滑、翘起，提升装置整体的稳定性；
④ 将瓶盖托改成和乒乓球外形适配的弧形限位托，避免乒乓球在蓄力阶段从托上滑落；
⑤ 加装简易的蓄力固定卡扣，不需要手动一直按住蓄力的投石臂，提升操作便利性。
1. 乒乓球静止在瓶盖上时处于平衡状态，它受到竖直向下的重力和瓶盖对它竖直向上的支持力，两个力作用在同一乒乓球上、大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，是一对平衡力，因此乒乓球可以保持静止。涉及的力学知识有：二力平衡原理、重力的存在、物体受平衡力作用时运动状态保持不变。
2. 先扳动投石车的雪糕棍投石臂，使连接的橡皮筋发生弹性形变，将乒乓球放在瓶盖托上，松开扳住投石臂的手后，橡皮筋的弹力带动投石臂快速转动，对乒乓球施加推力，力改变乒乓球的运动状态，使乒乓球获得较大的初速度被投掷出去。
这个过程的能量转化：人扳动投石臂的能量先转化为发生弹性形变的橡皮筋的弹性势能，释放时弹性势能转化为投石臂和乒乓球的动能，乒乓球离开投石臂后上升的过程中，部分动能会转化为乒乓球的重力势能。
3. 可改进的方向：
① 更换弹性更强的橡皮筋，或者增加橡皮筋的数量，提升装置可储存的弹性势能，让乒乓球被投掷得更远；
② 适当加长投石臂的长度，加装限位结构调整到最佳投掷仰角，提升投掷的距离和稳定性；
③ 在底座上增加配重，避免投石车发力时底座后滑、翘起，提升装置整体的稳定性；
④ 将瓶盖托改成和乒乓球外形适配的弧形限位托，避免乒乓球在蓄力阶段从托上滑落；
⑤ 加装简易的蓄力固定卡扣，不需要手动一直按住蓄力的投石臂，提升操作便利性。
解析
【分析】
本题围绕简易投石车展开，考查力学知识、能量转化及装置改进。第1问需分析乒乓球静止的受力情况，明确二力平衡的应用；第2问要梳理投石车投掷乒乓球过程中的能量转化；第3问需结合装置的不足，从性能、稳定性、便利性等角度思考改进方向。
【解析】
1. 乒乓球静止在瓶盖上时处于平衡状态，它受到竖直向下的重力和瓶盖对它竖直向上的支持力，两个力作用在同一物体上，大小相等、方向相反、作用在同一直线上，是一对平衡力，因此乒乓球保持静止。涉及的力学知识有：二力平衡原理、重力、物体受平衡力时运动状态不变。
2. 先扳动投石车的雪糕棍投石臂，使连接的橡皮筋发生弹性形变，将乒乓球放在瓶盖托上，松开扳住投石臂的手后，橡皮筋的弹力带动投石臂快速转动，对乒乓球施加推力，力改变乒乓球的运动状态，使乒乓球获得较大初速度被投掷出去。
能量转化：人扳动投石臂的能量先转化为橡皮筋的弹性势能，释放时弹性势能转化为投石臂和乒乓球的动能，乒乓球上升过程中部分动能转化为重力势能。
3. 可改进方向：①更换弹性更强的橡皮筋或增加数量，提升弹性势能，让乒乓球投得更远；②加长投石臂，加装限位结构调整最佳仰角，提升投掷距离和稳定性；③底座增加配重，避免发力时后滑翘起，提升稳定性；④将瓶盖托改成弧形限位托，防止乒乓球蓄力时滑落；⑤加装蓄力固定卡扣，无需手动按住蓄力，提升操作便利性。
【答案】
1. 乒乓球静止在瓶盖上时处于平衡状态，它受到竖直向下的重力和瓶盖对它竖直向上的支持力，两个力作用在同一乒乓球上、大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，是一对平衡力，因此乒乓球可以保持静止。涉及的力学知识有：二力平衡原理、重力的存在、物体受平衡力作用时运动状态保持不变。
2. 先扳动投石车的雪糕棍投石臂，使连接的橡皮筋发生弹性形变，将乒乓球放在瓶盖托上，松开扳住投石臂的手后，橡皮筋的弹力带动投石臂快速转动，对乒乓球施加推力，力改变乒乓球的运动状态，使乒乓球获得较大的初速度被投掷出去。这个过程的能量转化：人扳动投石臂的能量先转化为发生弹性形变的橡皮筋的弹性势能，释放时弹性势能转化为投石臂和乒乓球的动能，乒乓球离开投石臂后上升的过程中，部分动能会转化为乒乓球的重力势能。
3. 可改进的方向：①更换弹性更强的橡皮筋，或者增加橡皮筋的数量，提升装置可储存的弹性势能，让乒乓球被投掷得更远；②适当加长投石臂的长度，加装限位结构调整到最佳投掷仰角，提升投掷的距离和稳定性；③在底座上增加配重，避免投石车发力时底座后滑、翘起，提升装置整体的稳定性；④将瓶盖托改成和乒乓球外形适配的弧形限位托，避免乒乓球在蓄力阶段从托上滑落；⑤加装简易的蓄力固定卡扣，不需要手动一直按住蓄力的投石臂，提升操作便利性。
【知识点】
二力平衡、能量转化、力学应用
【点评】
本题结合生活中的简易装置，将力学与能量知识融入实际问题，既考查基础知识点的应用，又培养学生的创新思维和实践能力，注重理论联系实际。
【难度系数】
0.5
本题围绕简易投石车展开，考查力学知识、能量转化及装置改进。第1问需分析乒乓球静止的受力情况，明确二力平衡的应用；第2问要梳理投石车投掷乒乓球过程中的能量转化；第3问需结合装置的不足，从性能、稳定性、便利性等角度思考改进方向。
【解析】
1. 乒乓球静止在瓶盖上时处于平衡状态，它受到竖直向下的重力和瓶盖对它竖直向上的支持力，两个力作用在同一物体上，大小相等、方向相反、作用在同一直线上，是一对平衡力，因此乒乓球保持静止。涉及的力学知识有：二力平衡原理、重力、物体受平衡力时运动状态不变。
2. 先扳动投石车的雪糕棍投石臂，使连接的橡皮筋发生弹性形变，将乒乓球放在瓶盖托上，松开扳住投石臂的手后，橡皮筋的弹力带动投石臂快速转动，对乒乓球施加推力，力改变乒乓球的运动状态，使乒乓球获得较大初速度被投掷出去。
能量转化：人扳动投石臂的能量先转化为橡皮筋的弹性势能，释放时弹性势能转化为投石臂和乒乓球的动能，乒乓球上升过程中部分动能转化为重力势能。
3. 可改进方向：①更换弹性更强的橡皮筋或增加数量，提升弹性势能，让乒乓球投得更远；②加长投石臂，加装限位结构调整最佳仰角，提升投掷距离和稳定性；③底座增加配重，避免发力时后滑翘起，提升稳定性；④将瓶盖托改成弧形限位托，防止乒乓球蓄力时滑落；⑤加装蓄力固定卡扣，无需手动按住蓄力，提升操作便利性。
【答案】
1. 乒乓球静止在瓶盖上时处于平衡状态，它受到竖直向下的重力和瓶盖对它竖直向上的支持力，两个力作用在同一乒乓球上、大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，是一对平衡力，因此乒乓球可以保持静止。涉及的力学知识有：二力平衡原理、重力的存在、物体受平衡力作用时运动状态保持不变。
2. 先扳动投石车的雪糕棍投石臂，使连接的橡皮筋发生弹性形变，将乒乓球放在瓶盖托上，松开扳住投石臂的手后，橡皮筋的弹力带动投石臂快速转动，对乒乓球施加推力，力改变乒乓球的运动状态，使乒乓球获得较大的初速度被投掷出去。这个过程的能量转化：人扳动投石臂的能量先转化为发生弹性形变的橡皮筋的弹性势能，释放时弹性势能转化为投石臂和乒乓球的动能，乒乓球离开投石臂后上升的过程中，部分动能会转化为乒乓球的重力势能。
3. 可改进的方向：①更换弹性更强的橡皮筋，或者增加橡皮筋的数量，提升装置可储存的弹性势能，让乒乓球被投掷得更远；②适当加长投石臂的长度，加装限位结构调整到最佳投掷仰角，提升投掷的距离和稳定性；③在底座上增加配重，避免投石车发力时底座后滑、翘起，提升装置整体的稳定性；④将瓶盖托改成和乒乓球外形适配的弧形限位托，避免乒乓球在蓄力阶段从托上滑落；⑤加装简易的蓄力固定卡扣，不需要手动一直按住蓄力的投石臂，提升操作便利性。
【知识点】
二力平衡、能量转化、力学应用
【点评】
本题结合生活中的简易装置，将力学与能量知识融入实际问题，既考查基础知识点的应用，又培养学生的创新思维和实践能力，注重理论联系实际。
【难度系数】
0.5
