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活动二 自制小型投石机
① 活动材料。
一次性筷子10根，竹签1根，橡皮筋6根，瓶盖1个，棉线0.3m，热熔胶（或强力胶），纸球或乒乓球，剪刀，尺子，量角器。
② 制作步骤。
(1)搭建底座。
将筷子黏合成两个等边三角形，作为支撑架。将两个三角形立于桌上，用三根筷子将它们的顶点连接，形成稳固的框架。
(2)制作弹射臂（杠杆）。
取一根长的筷子（或将筷子用黏合的方式加长）作为弹射臂。在弹射臂一端粘上瓶盖（弹兜），另一端用橡皮筋缠绕配重（或预留橡皮筋挂钩）。
(3)安装支点轴。
在框架顶部横杆中央绑一根棉线（如果棉线太细则用两根），将这根棉线的另一端系在弹射臂中点，确保弹射臂能自由转动。调整棉线长度，使弹射臂保持水平。
(4)添加动力系统。
在框架底部与杠杆尾端之间连接2~3根橡皮筋（拉伸后储存弹性势能）。
(5)测试与优化。
在弹兜中装入小纸球或乒乓球，下拉杠杆后释放，观察投射距离。
(6)变量调整方法。
①改变支点位置（调整力臂比例）；
②增加/减少橡皮筋数量（改变动力大小）；
③减小弹兜质量（减少空气阻力）。
安全提示
弹射物仅限轻质材料，禁止使用石子等硬物。热熔胶使用时需家长监督，避免烫伤。建议在户外空旷地带进行测试。
③ 投石机投射距离测试。
【注】弹射角度：物体弹射方向与水平面的夹角。橡皮筋拉伸长度：蓄力阶段橡皮筋被拉长部分的长度。投射距离：从发射点到落点之间的水平距离。
④ 投石机改进方案。
结合实验数据，对投石机进行优化，再次检验投石机性能。简要记录优化过程及实验结果。
① 活动材料。
一次性筷子10根，竹签1根，橡皮筋6根，瓶盖1个，棉线0.3m，热熔胶（或强力胶），纸球或乒乓球，剪刀，尺子，量角器。
② 制作步骤。
(1)搭建底座。
将筷子黏合成两个等边三角形，作为支撑架。将两个三角形立于桌上，用三根筷子将它们的顶点连接，形成稳固的框架。
(2)制作弹射臂（杠杆）。
取一根长的筷子（或将筷子用黏合的方式加长）作为弹射臂。在弹射臂一端粘上瓶盖（弹兜），另一端用橡皮筋缠绕配重（或预留橡皮筋挂钩）。
(3)安装支点轴。
在框架顶部横杆中央绑一根棉线（如果棉线太细则用两根），将这根棉线的另一端系在弹射臂中点，确保弹射臂能自由转动。调整棉线长度，使弹射臂保持水平。
(4)添加动力系统。
在框架底部与杠杆尾端之间连接2~3根橡皮筋（拉伸后储存弹性势能）。
(5)测试与优化。
在弹兜中装入小纸球或乒乓球，下拉杠杆后释放，观察投射距离。
(6)变量调整方法。
①改变支点位置（调整力臂比例）；
②增加/减少橡皮筋数量（改变动力大小）；
③减小弹兜质量（减少空气阻力）。
安全提示
弹射物仅限轻质材料，禁止使用石子等硬物。热熔胶使用时需家长监督，避免烫伤。建议在户外空旷地带进行测试。
③ 投石机投射距离测试。
【注】弹射角度：物体弹射方向与水平面的夹角。橡皮筋拉伸长度：蓄力阶段橡皮筋被拉长部分的长度。投射距离：从发射点到落点之间的水平距离。
④ 投石机改进方案。
结合实验数据，对投石机进行优化，再次检验投石机性能。简要记录优化过程及实验结果。
答案
解：
投石机投射距离测试记录：
|弹射角度/（°）|弹射物名称及质量/g|橡皮筋拉伸长度/cm|投射距离/cm|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|30|小纸球 1|5|122|
|45|小纸球 1|5|174|
|60|小纸球 1|5|139|
|45|乒乓球 2.7|5|127|
投石机改进方案：
优化过程：①将支点向弹兜端移动2cm，调整杠杆的力臂比例，增大动力臂长度；②将橡皮筋数量从2根增加为3根，提升动力大小，储存更多弹性势能；③修剪瓶盖多余边缘，减小弹兜整体质量，降低空气阻力影响。
实验结果：保持弹射角度45°、弹射物为1g小纸球、橡皮筋拉伸长度5cm的测试条件不变，优化后投石机投射距离提升至225cm，多次测试的落点偏差更小，投射稳定性也有所增强。
答：通过调整杠杆力臂、增大动力、减小额外阻力的优化方式，可有效提升投石机的投射性能，符合杠杆省力/省距离的应用规律。
投石机投射距离测试记录：
|弹射角度/（°）|弹射物名称及质量/g|橡皮筋拉伸长度/cm|投射距离/cm|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|30|小纸球 1|5|122|
|45|小纸球 1|5|174|
|60|小纸球 1|5|139|
|45|乒乓球 2.7|5|127|
投石机改进方案：
优化过程：①将支点向弹兜端移动2cm，调整杠杆的力臂比例，增大动力臂长度；②将橡皮筋数量从2根增加为3根，提升动力大小，储存更多弹性势能；③修剪瓶盖多余边缘，减小弹兜整体质量，降低空气阻力影响。
实验结果：保持弹射角度45°、弹射物为1g小纸球、橡皮筋拉伸长度5cm的测试条件不变，优化后投石机投射距离提升至225cm，多次测试的落点偏差更小，投射稳定性也有所增强。
答：通过调整杠杆力臂、增大动力、减小额外阻力的优化方式，可有效提升投石机的投射性能，符合杠杆省力/省距离的应用规律。
解析
【分析】
本题是结合物理知识的实践探究题，解题思路为：①进行投石机投射距离测试时，需运用控制变量法，每次仅改变一个变量（如弹射角度、弹射物质量、橡皮筋拉伸长度），记录对应投射距离，便于分析各因素对投射距离的影响；②优化投石机时，结合杠杆的力臂作用、弹性势能与橡皮筋拉伸长度的关系、空气阻力的影响等物理规律，针对性调整结构，提升投射性能。
【解析】
1. 投石机投射距离测试记录（采用控制变量法设计实验）：
|弹射角度/（°）|弹射物名称及质量/g|橡皮筋拉伸长度/cm|投射距离/cm|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|30|小纸球 1|5|122|
|45|小纸球 1|5|174|
|60|小纸球 1|5|139|
|45|乒乓球 2.7|5|127|
2. 投石机改进方案：
优化过程：①将支点向弹兜端移动2cm，调整杠杆力臂比例，增大动力臂长度；②将橡皮筋数量从2根增加为3根，提升动力大小，储存更多弹性势能；③修剪瓶盖多余边缘，减小弹兜整体质量，降低空气阻力影响。
实验结果：保持弹射角度45°、弹射物为1g小纸球、橡皮筋拉伸长度5cm的测试条件不变，优化后投石机投射距离提升至225cm，多次测试落点偏差更小，投射稳定性增强。
【答案】
投石机投射距离测试记录：
|弹射角度/（°）|弹射物名称及质量/g|橡皮筋拉伸长度/cm|投射距离/cm|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|30|小纸球 1|5|122|
|45|小纸球 1|5|174|
|60|小纸球 1|5|139|
|45|乒乓球 2.7|5|127|
投石机改进方案：
优化过程：①将支点向弹兜端移动2cm，调整杠杆的力臂比例，增大动力臂长度；②将橡皮筋数量从2根增加为3根，提升动力大小，储存更多弹性势能；③修剪瓶盖多余边缘，减小弹兜整体质量，降低空气阻力影响。
实验结果：保持弹射角度45°、弹射物为1g小纸球、橡皮筋拉伸长度5cm的测试条件不变，优化后投石机投射距离提升至225cm，多次测试的落点偏差更小，投射稳定性也有所增强。
答：通过调整杠杆力臂、增大动力、减小额外阻力的优化方式，可有效提升投石机的投射性能，符合杠杆省力/省距离的应用规律。
【知识点】
杠杆原理、弹性势能、控制变量法
【点评】
本题将物理核心知识与手工实践、探究优化相结合，既考查学生对物理规律的理解应用，又锻炼动手操作与科学探究能力，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
【难度系数】
0.6
本题是结合物理知识的实践探究题，解题思路为：①进行投石机投射距离测试时，需运用控制变量法，每次仅改变一个变量（如弹射角度、弹射物质量、橡皮筋拉伸长度），记录对应投射距离，便于分析各因素对投射距离的影响；②优化投石机时，结合杠杆的力臂作用、弹性势能与橡皮筋拉伸长度的关系、空气阻力的影响等物理规律，针对性调整结构，提升投射性能。
【解析】
1. 投石机投射距离测试记录（采用控制变量法设计实验）：
|弹射角度/（°）|弹射物名称及质量/g|橡皮筋拉伸长度/cm|投射距离/cm|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|30|小纸球 1|5|122|
|45|小纸球 1|5|174|
|60|小纸球 1|5|139|
|45|乒乓球 2.7|5|127|
2. 投石机改进方案：
优化过程：①将支点向弹兜端移动2cm，调整杠杆力臂比例，增大动力臂长度；②将橡皮筋数量从2根增加为3根，提升动力大小，储存更多弹性势能；③修剪瓶盖多余边缘，减小弹兜整体质量，降低空气阻力影响。
实验结果：保持弹射角度45°、弹射物为1g小纸球、橡皮筋拉伸长度5cm的测试条件不变，优化后投石机投射距离提升至225cm，多次测试落点偏差更小，投射稳定性增强。
【答案】
投石机投射距离测试记录：
|弹射角度/（°）|弹射物名称及质量/g|橡皮筋拉伸长度/cm|投射距离/cm|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|30|小纸球 1|5|122|
|45|小纸球 1|5|174|
|60|小纸球 1|5|139|
|45|乒乓球 2.7|5|127|
投石机改进方案：
优化过程：①将支点向弹兜端移动2cm，调整杠杆的力臂比例，增大动力臂长度；②将橡皮筋数量从2根增加为3根，提升动力大小，储存更多弹性势能；③修剪瓶盖多余边缘，减小弹兜整体质量，降低空气阻力影响。
实验结果：保持弹射角度45°、弹射物为1g小纸球、橡皮筋拉伸长度5cm的测试条件不变，优化后投石机投射距离提升至225cm，多次测试的落点偏差更小，投射稳定性也有所增强。
答：通过调整杠杆力臂、增大动力、减小额外阻力的优化方式，可有效提升投石机的投射性能，符合杠杆省力/省距离的应用规律。
【知识点】
杠杆原理、弹性势能、控制变量法
【点评】
本题将物理核心知识与手工实践、探究优化相结合，既考查学生对物理规律的理解应用，又锻炼动手操作与科学探究能力，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
【难度系数】
0.6
