科学实验 / 第 5 周
第 5 周，共 6 周
简单机械、结构与稳定性
核心问题
简单的工具和聪明的形状，怎样帮我们完成难做的活？
- 迷你机械或高塔挑战（二选一）
- 50-60 分钟
本周遵循科学探究循环
提问预测测试观察解释改进
核心概念
- 简单机械让工作变得更省力。
- 斜面、杠杆、轮子和滑轮帮我们移动或抬起东西。
- 结构有稳固的底座、并用上三角形这类支撑形状时会更结实。
- 好的设计都会先测试、再改进。
简单机械就是让难活变轻松的简单工具，比如斜面、杠杆、轮子或滑轮。以杠杆为例，它是一根架在支点上的硬棒，能让很小的一按抬起很重的东西。塔和桥这样的结构任务不同：它们必须承住重量而不倒。宽底座让结构不容易翻倒，而三角形正是让它不弯折的秘密形状。这一周由你来选挑战：做一台能抬起重物的简单机械，或者搭一座又高又稳的结构。无论选哪个，你都要先测试，再把它做得更好。
需要掌握的词
- 简单机械
- 让工作更省力的简单工具，比如杠杆或斜面。
- 杠杆
- 架在支点上转动、用来抬起或移动重物的硬棒。
- 滑轮
- 上面绕着绳子、能帮忙提起东西的轮子。
- 结构
- 为了承重或立住而搭起来的东西，比如塔或桥。
- 稳定
- 站得稳、不容易翻倒。
- 斜撑
- 一种支撑，通常是三角形，用来防止结构弯折。
实验： 迷你机械或高塔挑战（二选一）
先做预测
在动手拿材料之前，先写下你认为这个实验会发生什么，以及为什么。先做预测，才把动手变成科学。之后你要把预测和真正观察到的结果做对比。
步骤
- 1
提问：简单机械或结实的形状，怎样帮我抬得更重、撑得更多？选机械路线或高塔路线。
- 2
机械路线：把直尺横架在一支铅笔上做成杠杆。在一端放上一个小重物。
- 3
高塔路线：用卡片或吸管加胶带，搭出你能搭的最高的塔，并且顶上还能放住一个重物。
- 4
预测：对杠杆，猜猜铅笔放在哪里最省力。对高塔，猜猜它能承住几枚硬币。写下来。
- 5
测试：对杠杆，按下另一端，并把铅笔滑到不同位置。对高塔，一次加一枚硬币，直到它弯折或倾倒。
- 6
观察：留意铅笔放在哪个位置最省力，或高塔在失败前承住了几枚硬币。
- 7
改进：把铅笔往重物那边挪，或给高塔加上三角斜撑和更宽的底座，然后再测一次。
为什么会这样
杠杆绕着它的支点转动。当你把支点挪得离重物更近时，在远端轻轻一按就能抬起很重的东西——这台机械是用「按得更远」换来了「按得更省力」。结构的原理不同：宽底座把重量摊开，降低翻倒的可能，而三角形受力时能保持形状，正方形却会折叠变形。这正是有斜撑、底座宽的塔能承住多得多的原因。
工程师如何运用它
工程师每天都把这些道理用进现实：跷跷板和开瓶器是杠杆，起重机和旗杆用滑轮，轮椅坡道是斜面，桥梁和摩天大楼靠三角形和宽底座来加固。而且和你一样，工程师总是先测试一个设计，再去改进它。
你注意到了什么？
回头看看你的预测和结果，然后一起讨论这几个问题。
- 是什么让抬起重物变得更省力，或者让高塔变得更结实？
- 你觉得三角形为什么比正方形更能撑住？
- 宽底座在什么地方能帮东西站稳？
- 今天你不知不觉用过哪些简单机械？
反思
把你的机械或高塔画下来，并标出出力最多、让活变轻松的那个部分。
小挑战
机械路线：用你的杠杆抬起你能抬起的最重的东西。高塔路线：搭出能承住最多硬币的塔。
想再深入一点吗？
再加一台简单机械——比如用滑轮提起你的负载——或者把斜面和杠杆组合起来搬东西。
结束之前
- 我做了一台简单机械或一个结构。
- 我在测试之前做了预测。
- 我测试了它能抬起或承住多少。
- 我能解释杠杆，或者宽底座加三角形，是怎样让活变轻松的。
- 我改进了设计，并再测了一次。
做完实验和反思了吗？把本周标记为完成，就能记录你在这门 6 周课程中的进度。
实验笔记
一边做一边写下自己的科学笔记，它们遵循你这周用的同一个循环。笔记只保存在本设备上，不会发送到任何地方。你也可以打印本课，用手写。
你想弄清楚什么？
你原本以为会发生什么，为什么？
为了做到公平测试，你只改了哪一样？
你看到、听到或量到了什么？
把你观察到的当作证据。
你会改什么来让它更好用？
把发生的事画下来
画出你的实验或改进后的设计，并把你改动的部分圈出来。