制作动力小船的教学课件

动力小船制作教学课件第一章动力小船简介动力小船的定义与应用场景动力小船的发展历史与现代意义动力小船是指通过特定动力源（如橡皮筋、电力或风力等）驱动，能在动力小船模型的历史可追溯至古代玩具船，随科技发展逐水面上自主航行的小型船只模型在教育领域，动力小船作为STEM教学步演变的重要工具，广泛应用于以下场景•18世纪早期弹簧驱动船模型出现•物理课堂实验，直观演示力学原理•19世纪蒸汽动力模型船发展•科技创新活动，培养学生创造力与解决问题能力•20世纪橡皮筋动力系统普及，成为科学教育工具•跨学科项目学习，结合物理、工程、美术等多学科知识•21世纪结合现代材料科学与微电子技术，发展出多•科学竞赛活动，如水上运载器比赛等种创新设计动力小船的基本结构12船体（）动力装置（）Hull Power System船体是小船的主体结构，需要具备以下特性为小船提供前进动力的核心部件足够的浮力支撑整个船的重量•橡皮筋动力（最常用，原理简单）适当的稳定性防止倾覆•电池驱动的电动机系统•流线型设计减小水阻•风力驱动的帆系统•材质轻便且具有一定强度•太阳能板与电机组合系统•防水性能良好动力装置需要能量储存与能量释放机制，并能将能量有效转化为推进力34舵系统（）推进系统（）Rudder SystemPropulsion System控制船只航向的关键部件将动力转化为推进力的机构•垂直安装在船尾的舵板•桨轮（paddle wheel）或螺旋桨（propeller）•舵柄连接机构•传动轴连接动力源与推进器•舵角调节装置•传动比调节机构（可选）舵通过改变水流方向产生转向力矩，使船体改变航向舵的大小、位置和灵活度直接影响转向推进系统需要考虑效率最大化，减少能量损耗，实现最佳推进效果效果动力小船结构示意图主要部件解析结构关系与物理原理船体（Hull）提供浮力，承载其他动力装置（如橡皮筋）存储的势能组件通过释放转化为动能，带动传动轴旋转传动轴连接的桨轮在水中旋动力装置（PowerSystem）存储转，根据作用力与反作用力原理，和释放能量桨轮推动水后退，水反推小船前传动轴（Drive Shaft）连接动力进舵板通过改变水流方向产生不源与推进器平衡力，实现转向控制桨轮/螺旋桨（Paddle/Propeller）产生推进力舵（Rudder）控制航向第二章科学原理基础牛顿第二定律与动力小船运动能量守恒定律在动力传递中的应用F=ma（力等于质量乘以加速度）E初=E末+E损耗•桨轮推动水产生推进力F，作用于质量为m的小船上•橡皮筋储存弹性势能•小船获得加速度a=F/m•弹性势能→旋转动能（传动轴旋转）•质量越小，同样力下加速度越大（轻量化设计原则）•旋转动能→水流动能（桨轮推水）•水阻力与速度成正比，当推进力等于阻力时，小船达到匀速运动•水流动能→船体动能（小船前进）能量传递过程中存在摩擦、水阻等损耗，实际利用率约40-60%设计启示减轻船体重量，增大推进力，优化船体形状减小水阻设计启示减少传动摩擦，优化桨轮设计，提高能量转化效率帆船动力原理简介风力作用与白努利效应船帆迎角与航向控制帆船是另一种常见的动力小船类型，其工作原理基于空气动力学帆船的航行效率和方向控制主要依赖于以下因素直接风力推动风直接吹向帆的背面（顺风航行），通过动量传递推动帆的迎角帆面与风向之间的角度，需要根据风向调整以船前进获得最佳推进力白努利效应当风吹过帆的两侧时，帆的弧形形状使空气在两侧以不同船体重心影响稳定性和抗倾覆能力速度流动龙骨/中央板减少横向漂移，提高逆风航行能力•根据白努利原理，流速快的一侧压力较低舵的位置与角度决定转向能力和航向稳定性•流速慢的一侧压力较高•压力差产生垂直于帆面的力•这个力可分解为前进分力和横向分力升力原理帆如同竖立的机翼，产生类似飞机机翼的升力，这使得帆船能够逆风航行（但不能直接迎风）帆船受力示意图风向与风压图中可见风力（蓝色箭头）从特定角度吹向帆面，在帆的两侧形成不同的压力区域帆的迎风面形成高压区（红色区域），背风面形成低压区（绿色区域）压力差形成根据白努利原理，空气流过帆的背风面速度加快，形成低压区；流过迎风面速度减慢，形成高压区这种压力差产生垂直于帆面的合力（紫色箭头）力的分解合力可分解为推进力（黄色箭头）和横向力（橙色箭头）推进力使船向前移动，横向力导致船横向漂移（由龙骨/中央板抵消）帆船模型制作提示帆面材料应选择轻质、不透风且有一定硬度的材料，如硬卡纸或轻质塑料片帆的形状应保持适当的弧度，以利用白努利效应帆的面积应与船体大小相匹配，过大会导致不稳定，过小则动力不足弹性动力系统原理弹力储存与释放橡皮筋驱动的动力传递机制常见的橡皮筋动力传递设计橡皮筋动力系统是最常用的动力小船驱动方式，其工作原理基于弹性势能的储存与释放

1.直接驱动型

1.能量储存阶段•橡皮筋一端固定在船体前部•通过扭转或拉伸橡皮筋使其变形•另一端连接传动轴•分子链在变形过程中产生张力•结构简单，效率较高•橡皮筋储存弹性势能E=½kx²（胡克定律）•缺点动力持续时间短•k为弹性系数，x为形变量

2.多股并联型

2.能量释放阶段•多根橡皮筋并联连接•橡皮筋释放时将弹性势能转化为动能•增加总体扭矩，提高动力•通过连接机构带动传动轴旋转•缺点增加总重量•旋转动能传递给桨轮或螺旋桨

3.多级传动型

3.能量转化效率•通过齿轮组改变转速和扭矩•橡皮筋的能量转化效率约为70-80%•可优化动力输出特性•传动系统可能损失10-20%能量•缺点结构复杂，摩擦损失增加•桨轮/螺旋桨转化效率约为50-60%选择橡皮筋时应考虑其弹性、耐久性和一致性较粗的橡皮筋提供更大扭矩但转速较低，较细的橡皮筋则相反第三章材料准备船体材料选择动力装置材料工具清单理想的船体材料应兼具轻量化、刚性和防水性能常用选项包橡皮筋不同粗细、长度的橡皮筋（文具店或超市）剪刀用于裁剪纸板、塑料片等材料括塑料桨轮可使用塑料瓶盖、光盘、薄塑料片切割制作美工刀精细切割用，使用时需注意安全传动轴木筷、竹签、塑料吸管、铅笔等胶水建议使用防水胶（白乳胶或热熔胶）泡沫板轻便、易切割、浮力轴承吸管、饮料瓶颈、小珠子等作为简易轴承胶带透明胶带、电工胶带或防水胶带好、价格低廉，但强度支架冰棒棍、吸管、卡纸等制作支撑结构直尺用于测量和辅助切割较低，需注意防水其他可选齿轮（可从旧玩具中获取）、电动马达、太阳能电铅笔标记切割线塑料板塑料饮料瓶、食品包装池板等细绳连接和固定部件盒等，防水性好，韧性钳子弯折金属丝或其他材料（可选）强，可回收利用打孔器在材料上打孔（可选）木板薄木板或冰棒棍，强度高，易加工，但需做防水处理复合材料结合多种材料优势，如纸板+胶带/蜡封层，平衡成本与性能材料准备是成功制作动力小船的关键第一步鼓励学生思考材料特性与船只性能的关系，选择最适合自己设计的材料组合同时，提倡使用可回收材料，培养环保意识材料采购与安全注意事项环保材料推荐使用工具的安全操作规范在教学活动中，推荐使用以下环保且易获取的材料安全第一

1.回收材料在指导学生制作过程中，安全始终是首要考虑因素•饮料瓶、塑料食品容器用于船体和桨轮•废弃光盘制作桨轮底盘•美工刀安全•包装纸板制作船体结构•低年级学生应在成人监督下使用•旧玩具零件获取齿轮、轴等部件•切割时刀口朝外，远离身体

2.天然材料•使用切割垫，保护桌面•木棍、竹签用作传动轴•不使用时收回刀片•软木塞可作为浮力辅助材料•胶水使用规范•棉线用于连接和固定•选择无毒胶水，避免接触皮肤

3.可降解材料•室内使用胶水时保持通风•生物塑料（PLA）如有条件可使用3D打印•使用后立即盖紧胶水•玉米淀粉塑料制品•其他安全提示材料采购渠道•使用剪刀时注意手指位置•文具店基础工具、胶水、橡皮筋等•小零件管理，避免误吞•五金店木板、工具、连接件•预防材料尖锐边缘划伤•手工艺店各类创意材料•设立安全工作区•网上购物平台专业模型材料•家庭回收鼓励学生收集废弃包装等第四章动力小船制作步骤概览第一阶段设计草图绘制1制作前先明确设计目标，绘制草图作为指导•确定船体尺寸（建议长度15-25厘米）•选择动力类型（橡皮筋、电池等）•设计船体形状（考虑稳定性和阻力）•规划各部件位置与连接方式•标注关键尺寸和材料设计时应考虑材料特性、加工难度和预期性能第二阶段船体裁剪与组装2船体是整个结构的基础，需精确制作•根据草图在材料上标记轮廓•沿线精确裁剪船体主体•弯曲或折叠材料形成三维结构•用胶水或胶带连接各部分•加固关键结构点•应用防水处理（蜡封或胶带包裹）第三阶段动力装置安装3动力系统是小船的心脏•安装传动轴及其支撑结构•制作并安装桨轮/螺旋桨•连接橡皮筋或其他动力源•确保传动部件能自由转动•测试动力传递是否顺畅•调整部件位置优化动力输出第四阶段舵系统调试4舵系统控制航向，影响操控性•在船尾安装舵板•确保舵可自由转动•连接舵柄或控制机构•测试舵的灵敏度和转向效果•根据测试结果调整舵的大小和位置第五章详细制作步骤

（一）船体制作——船体形状设计要点船体裁剪技巧与粘合方法防水处理建议船体形状直接影响稳定性和水阻，应遵循以下原精确的裁剪和牢固的粘合是成功的关键有效的防水处理能延长船只使用寿命则裁剪前先绘制完整模板，包括主体和连接卡槽使用防水胶带覆盖所有接缝和开口船体长宽比通常为3:1至5:1，较长的船体直线航行稳使用锋利工具沿直尺裁切，确保边缘平整对纸质或木质材料进行蜡封处理（蜡烛或石蜡）定，较宽的船体抗倾覆能力强弯折材料前预先划线或压痕，增加精度船底形状可选择平底（稳定性好）、V形底（减小水应用透明喷漆或清漆形成防水保护层采用搭接粘合而非对接，增加接触面积阻）或圆底（模拟真实船型）使用塑料薄膜包裹容易受水损的部件粘合前清洁接触面，提高粘合效果船首设计应略微上翘且呈尖形，减小水阻内部可添加浮力材料（如泡沫块），即使进水也能使用多点固定（夹子或别针）保持定位直至胶水干舷侧高度需足够防止水浪溅入，但不宜过高增加重保持浮力燥量定期检查并修补防水层损坏处关键接缝处双层加固（内外均涂胶）重心位置应在船体中心略靠后，提高直线稳定性建立简易排水系统（小孔或通道）排出积水大型平面可用交叉支撑增加刚性船体制作是整个项目的基础，船体质量直接决定了后续步骤的成功率在这一阶段，应鼓励学生进行多次小规模测试，如浮力测试、结构强度测试等，以验证设计的可行性同时，教导学生记录设计变更及其效果，培养工程设计思维船体制作过程照片关键工艺要点解析常见问题与解决方案精确标记如图所示，使用直尺和铅笔进行精确标记，确保线条清晰可见材料变形预先将材料平放或适当加重，消除原有弯曲整洁裁剪裁剪时保持刀具垂直于材料表面，减少毛边粘合不牢清洁表面，增加接触面积，使用折痕预处理折叠前用钝器轻压折线，使折痕整齐适合材料的胶水类型组装定位使用夹子或胶带临时固定部件，确保正确位置后再永久粘合接缝处理接缝处使用胶带内外两面加固，既增强结构又提高防水性船体不对称使用对折法绘制模板，确保左右对称接缝渗水使用防水胶带或蜡封处理，加强接缝密封结构强度不足增加内部支撑结构，如交叉支架或加强筋制作过程中应注意工作台面保持整洁，工具使用后归位，废料及时处理，养成良好工作习惯小船完成后，可通过简单的浮力测试验证船体设计的合理性第六章详细制作步骤

（二）动力装置安装——橡皮筋动力系统安装方法桨轮与轴的连接技巧

1.传动轴准备

1.桨轮制作•选择直径约3-5毫米的木棒、竹签或塑料棒作为传动轴•使用硬纸板、塑料片或光盘制作桨轮•确保传动轴两端光滑，防止划伤橡皮筋•桨叶大小和角度影响推进效率•传动轴长度应略长于船体宽度，便于安装桨轮•通常4-8个桨叶效果较好

2.轴承支架制作•确保桨叶足够坚固不变形•在船体后部开两个小孔作为轴承位置

2.桨轮固定方法•或制作U形支架固定在船体两侧•中心打孔，直接插入传动轴•也可使用吸管片段作为简易轴承•使用热熔胶固定在轴上•确保轴承支架牢固且允许传动轴自由旋转•利用橡皮泥或软木塞作为连接件

3.橡皮筋安装•确保桨轮与轴垂直，减少晃动•经典方式一端固定在船头，另一端连接传动轴动力系统调试与测试•扭转方式橡皮筋中间部分缠绕在传动轴上•多股并联使用2-3根橡皮筋增加动力

1.检查传动轴是否能自由旋转•预留调节机制，方便改变橡皮筋张力

2.调整橡皮筋张力至适当程度

4.橡皮筋上紧机制

3.确认桨轮位置正确（应部分浸入水中）•设计可旋转的传动轴末端，便于上紧橡皮筋

4.测试动力持续时间和推进力度•可添加简易棘轮装置防止回转

5.根据测试结果调整桨轮大小或橡皮筋数量•或设计可拆卸式传动轴，方便上紧后安装动力系统常见问题及解决方案动力不足的原因分析动力传递不顺畅的调整方法如果小船动力明显不足，可能存在以下问题动力传递不顺畅通常表现为传动系统抖动、卡顿或噪音大，调整方法包括

1.橡皮筋问题

1.轴与轴承问题解决方案更换更粗/更长的橡皮筋，增加橡皮筋数量，确保适当预紧，改进固定方式防止打滑•检查轴是否弯曲，必要时更换•确保轴承内径略大于轴直径，允许自由旋转•橡皮筋太细或太短，储存能量有限•添加简易润滑（如食用油）减少摩擦•橡皮筋老化或质量不佳，弹性下降•重新调整轴承位置，确保轴水平且与船体垂直•橡皮筋预紧程度不够

2.橡皮筋与传动轴连接问题•橡皮筋在使用过程中打滑•改进橡皮筋固定方式，防止缠绕不均

1.传动系统问题•确保橡皮筋不会在运行中接触其他部件解决方案润滑传动轴，重新调整轴承位置，确保所有传动部件自由移动，加固支架结构•调整橡皮筋路径，使其保持直线•传动轴与支架间摩擦过大•检查固定点是否牢固，防止使用中松动•传动部件间存在卡滞

3.桨轮固定问题•轴承支架变形导致轴旋转不顺畅•确保桨轮牢固连接在轴上，不会晃动

1.推进系统问题•检查桨轮是否平衡，不平衡会导致振动解决方案重新设计桨轮尺寸和形状，调整桨轮位置，使用更硬的材料制作桨叶•调整桨轮位置，使其在水中的阻力均匀•桨轮尺寸不合适（过大或过小）•加固桨轮与轴的连接，防止长时间使用松动•桨叶角度不理想

4.整体结构问题•桨轮位置不当（浸入水中过多或过少）•加固传动系统支架，减少结构震动•桨轮材料过软，在水中变形•优化重量分布，改善船体稳定性•适当增加船体刚性，减少形变引起的传动问题调试动力系统是一个反复实验的过程，建议学生在每次调整后记录变化和效果，培养工程思维和实验能力同时，引导学生理解能量转换过程中的损耗原因，思考如何提高系统效率第七章详细制作步骤

（三）舵与控制系统——舵的结构与作用舵柄安装与调节船只转向原理简述舵是控制船只航向的关键部件，理解其工作原理有助于优化设计舵系统的安装质量直接影响操控性能

1.舵的基本结构

1.舵板制作•舵板垂直于水面的平板•使用硬塑料片、薄木板或塑料卡片•舵轴连接舵板与控制机构•切割成适当大小（通常3-5厘米长）•舵柄用于转动舵板的杆•边缘可做圆滑处理减小水阻

2.舵的工作原理

2.舵轴安装•当舵转向时，水流受到偏转•在船尾开孔或安装支架•根据牛顿第三定律，水对舵产生反作用力•确保舵轴能自由旋转•这个力作用在船尾，使船体转向•舵轴需垂直于水面•转向效果与舵面积、位置及船速相关•舵轴与舵板连接应牢固小船转向涉及多种物理原理的综合作用

3.舵的设计要点

3.舵柄制作

1.流体动力学原理•舵面积约为船体水下投影面积的5%•舵柄应便于手动操作•舵改变船尾水流方向•舵高度应与船体吃水深度匹配•可设计简易机构固定舵位•产生不平衡侧向力•舵形状一般为长方形或流线型•舵柄角度与舵位关系应直观•船体围绕重心旋转•材料应坚硬不易变形

4.舵系统调节

2.转向效率影响因素•调整舵板浸入水中深度•船速速度越快，舵效越明显•测试并调整舵的灵敏度•舵面积面积越大，转向力矩越大•确保舵在不操作时能回到中立位置•舵位置越靠后，杠杆作用越显著•船体形状影响水流模式

3.常见转向问题•转向不灵敏增大舵面积或调整位置•难以直线行驶检查舵是否中立•转向过度敏感减小舵面积第八章动力小船的物理实验测试动力小船的速度与稳定性记录不同动力装置效果对比观察水阻与动力关系通过系统性实验收集数据，分析小船性能比较不同动力配置的性能差异研究水阻对小船性能的影响

1.速度测试方法

1.橡皮筋变量测试

1.船体形状与水阻实验•设定固定距离（如2米），记录航行时间•不同粗细橡皮筋比较•比较不同船首形状的水阻•使用手机慢动作视频分析运动过程•单根vs多根并联效果对比•测试不同船底结构的效果•测量橡皮筋完全释放能量的时间•不同预紧程度的影响•观察船体表面粗糙度的影响•计算平均速度和最大速度•橡皮筋长度与动力持续时间关系•分析船体长宽比与水阻的关系

2.稳定性评估

2.桨轮/螺旋桨变量测试

2.水阻测量方法•观察直线航行偏移程度•不同桨叶数量效果比较•自由滑行减速率测量•测量航行轨迹与理想直线的最大偏差•桨叶面积对推进力的影响•等重物体拖曳测试•评估船只在受到外力干扰后的恢复能力•桨叶角度优化实验•动力耗尽后的滑行距离比较•测试不同载重条件下的稳定性变化•不同材质桨叶效率对比•通过能量消耗速率间接计算

3.数据记录与分析

3.对比分析方法

3.动力-水阻平衡分析•建立标准化记录表格•控制变量法，每次只改变一个参数•计算理论最大速度•进行多次测试取平均值•创建性能对比图表•分析速度与水阻的平方关系•分析速度变化曲线•分析最佳动力配置组合•探讨能量效率最优点•计算稳定性系数这些实验不仅能验证小船的性能，还能帮助学生理解物理学原理的实际应用通过定量分析和比较，学生可以发现设计改进的方向，培养科学研究思维建议设计标准化的实验流程和记录表格，鼓励学生像真正的工程师一样进行测试和优化学生进行动力小船水上测试的现场照片测试过程指导测试数据分析模板组织有效的小船测试活动需要注意以下几点测试项目记录方法

1.测试环境准备航行时间使用秒表记录完成固定距离所需•室内使用长方形水槽或充气泳池时间•室外选择风力小、水面平静的浅水区•设置明确的起点和终点标志航行距离测量单次动力释放能航行的最大距离•准备测量工具（秒表、卷尺、温度计等）

2.测试程序规范轨迹偏移测量终点位置与理想直线的横向•制定统一的测试流程，确保数据可比偏差•每次测试前检查小船状态动力持续时间记录从释放到动力耗尽的时间•保持橡皮筋上紧程度一致•多次重复测试取平均值稳定性评分1-5分制评估直线性和抗晃动能力•注意记录环境变量（水温、水深等）

3.观察与记录重点•速度表现加速过程、最高速度、减速特性教学提示•稳定性直线航行能力、抗干扰性测试是学习过程的重要部分，而非单纯的成功/失败评判鼓励•能量效率动力持续时间、行驶距离学生从失败中学习，分析问题并提出改进方案•结构表现部件运行状况、防水效果•特殊现象不明原因的转向、晃动等第九章案例分享经典动力小船模型——疾风号桨轮船设计亮点与创新点分析制作过程中的挑战与解决这款经典桨轮动力小船设计简单而高效

1.能量优化设计挑战1动力不足初始设计中，单根橡皮筋提供的动力不足以克服水阻解决方案增加橡皮筋数量并改进船体设计采用流线型船体，长20厘米，宽7厘米，使•橡皮筋安装采用S形路径，增加有效长度桨轮设计，增大桨叶面积用2毫米厚塑料板制作•传动轴使用轻质材料减少旋转惯量挑战2漏水问题初次水试时，连接处出现渗水现象动力系统双股橡皮筋驱动，串联配置，最大扭力增•桨轮角度经过精确计算，最大化水的推进效解决方案采用双层防水处理，内层使用热熔胶，外加50%率层使用防水胶带桨轮结构8叶半浸式桨轮，每片桨叶呈15°角安装

2.结构创新挑战3方向不稳小船在航行中频繁偏离直线解决•船体底部微凹设计，减小水阻同时增加稳定方案增加船体长度，调整重心位置，并优化舵的大传动装置采用简易轴承减少摩擦，传动轴用碳纤维性小和位置棒•创新的锁定-释放机构，便于储存能量控制系统大面积后置舵板，提供精准转向控制•模块化设计，便于更换和测试不同组件性能数据单次上紧可航行约8米，平均速度

0.5米/

3.材料应用秒，直线稳定性优秀•合理使用回收材料，降低成本•关键连接处采用加强设计•防水涂层使用环保蜡质材料这个案例展示了一个成功的动力小船设计不仅需要理解物理原理，还需要通过反复测试和改进来优化性能学生可以参考这些设计理念，但应鼓励他们发展自己的创新方案，而不是简单复制第十章动力小船的改进与创新多动力源结合船体材料的轻量化设计将不同动力系统组合使用，发挥各自优势减轻船体重量可显著提高速度和能效蜂窝结构使用蜂窝状内部支撑，减轻重量同时保持强橡皮筋+电动机橡皮筋提供初始加速，电机维持持续动力度桁架设计采用桁架原理设计骨架，减少材料使用太阳能+电池阳光充足时使用太阳能，阴天切换电池复合材料如纸板+塑料薄膜组合，取长补短风力+橡皮筋风力作为主动力，橡皮筋作为备用空腔优化船体内部空腔设计，减重同时增加浮力多动力系统设计要点建立简易切换机制，平衡各系统轻量化设计中需注意结构强度，避免材料过薄导致变重量，考虑空间布局形智能控制系统的初步尝试水动力学优化利用简单电子元件提升控制能力应用流体力学原理改进船体设计遥控舵机使用简易遥控器和舵机实现远程控制双体船设计减小水阻同时提高稳定性光敏导航利用光敏电阻感应光源方向自动导航水下形状优化仿生设计，模仿鱼类流线型避障系统使用红外传感器探测并避开障碍物表面处理微纹理表面减小摩擦阻力自动平衡重力传感器配合平衡机构保持稳定艏波减小设计特殊船首形状减小行进中产生的波浪初学者可使用Arduino或micro:bit等简易开发板实现基本可通过水槽测试或计算机模拟比较不同设计的效果功能鼓励学生勇于创新，将不同学科知识（物理、工程、材料、电子等）融合应用创新不必复杂，有时简单而巧妙的改进可能带来显著性能提升建议学生记录自己的创新想法和测试结果，形成个人设计方法库第十一章安全与环保意识制作与使用中的安全注意事项环保材料的选择与废弃物处理在动力小船制作和测试过程中，安全始终是首要考虑因素培养学生的环保意识是科学教育的重要组成部分

1.工具使用安全

1.环保材料选择原则•剪刀和美工刀使用规范切向远离身体•优先使用可回收或可降解材料•热胶枪使用注意事项避免烫伤•鼓励再利用家庭废弃物（如饮料瓶）•小部件管理防止误吞或扎伤•避免使用一次性塑料制品•电动工具（如电钻）应在成人监督下使用•选择无毒、低污染的胶水和涂料

2.材料安全

2.废弃物分类与处理•避免使用有毒材料（某些胶水、涂料）•设立不同类别的回收箱（纸类、塑料、金属等）•注意材料锐利边缘，必要时打磨处理•小零件集中收集再利用•了解所用化学品的安全数据表•损坏的电子元件专门回收•防止过敏原材料（如乳胶）的特殊注意事项•制定材料节约使用指南

3.测试安全

3.环保设计理念•水上测试时的防滑措施•模块化设计便于维修和升级•室外测试应避免深水区域•减少不必要的装饰和浪费•考虑天气条件（避免雷雨天气）•考虑材料的全生命周期影响•准备简易救援工具（如长杆）•探索使用生物基材料的可能性•明确规定测试区域边界

4.环保意识培养活动

4.教室管理•举办绿色设计竞赛•建立明确的材料发放和回收系统•计算项目的碳足迹•设置专门的工具使用区域•讨论工程设计中的环保责任•保持走道畅通，避免绊倒危险•展示可持续发展的工程实例•制定紧急情况应对预案教育理念通过动力小船项目，学生不仅学习科学原理，还培养负责任的工程伦理，理解技术发展与环境保护的平衡第十二章课堂活动建议小组合作制作动力小船设计竞赛与展示反思与总结环节协作活动设计建议激发学生创造力的竞赛形式深化学习体验的反思活动小组组建3-4人一组，分配明确角色

1.竞赛类型

1.结构化反思问题•设计师负责草图和整体方案•速度挑战固定距离用时最短•你学到了哪些新的科学原理？•材料专家选择并准备合适材料•持久赛单次动力行驶最远距离•设计过程中最大的挑战是什么？•结构工程师负责组装和连接•负载能力能承载最多重量仍能前进•如何改进你的设计？•测试分析员记录数据并提出改进•精确导航按指定路线行驶的准确度•团队合作中有什么收获？

2.协作工具•创新设计奖最具创意的解决方案•这个项目与现实世界有何联系？•设计思维导图记录创意

2.展示形式

2.反思形式•任务分配表明确责任•科技展展板介绍设计理念和原理•个人反思日记•进度跟踪表保证时间节点•口头演讲5分钟团队设计说明•小组讨论分享•团队反思日志记录经验•设计文档工程笔记和技术图纸•我学到了...墙

3.冲突解决机制•视频展示记录制作过程和测试•改进计划书•设计投票制度

3.评分标准•同伴评价反馈•基于测试数据的决策•性能指标（速度、稳定性等）

3.知识迁移活动•轮流担任组长•创新程度和独特性•物理原理应用于其他场景•教师作为最终仲裁•工艺质量和完成度•工程设计思维用于解决日常问题•材料使用的环保性•连接学科知识点（数学、物理、工程）•团队合作和解决问题能力•讨论相关职业和行业应用教学建议动力小船项目非常适合作为综合实践活动或科学节主题项目可根据学生年龄和经验调整复杂度，低年级关注基础原理和简单设计，高年级则可引入更多工程和物理挑战活动全程保持积极鼓励的氛围，强调过程学习而非仅关注结果第十三章教学资源推荐相关视频教程链接参考书籍与网站实验材料采购渠道以下视频资源可丰富教学内容推荐以下资源供教师备课和学生拓展学习获取合适材料的推荐途径

1.基础教学视频

1.书籍资源

1.线下渠道•《动力小船制作入门》-科学实验频道•《趣味物理实验大全》-适合中小学生•文具店基础工具、橡皮筋、胶水•《橡皮筋动力原理讲解》-物理教育网•《模型船舶设计与制作》-入门级指南•五金店木板、工具、连接件•《水动力学基础》-青少年科普系列•《流体力学原理》-适合高中及以上•模型店专业模型材料和工具•《简易船体制作技巧》-手工达人•《动手创造STEM项目100例》-教师资源•废品回收站获取回收材料

2.高级设计视频•《从零开始学工程设计》-设计思维培养•科教器材供应商教学专用套件•《优化桨轮效率》-工程设计系列

2.网站资源

2.线上平台•《多动力源小船设计》-创新工坊•中国科学教育网-提供教案和实验指导•淘宝/京东综合材料和工具•《3D打印在模型船中的应用》-数字制造•科普中国-相关科学原理讲解•科教设备专卖网站成套实验材料•《流体力学与船体设计》-大学公开课•创客空间网-分享创新设计案例•创客用品网店特殊材料和电子元件

3.实验记录视频•青少年科技创新平台-竞赛信息和优秀作品•教育资源平台提供成套教学包•《小船速度测试方法》-科学实验室•国际物理教学资源库-物理原理动画演示

3.经济实用选择•《数据收集与分析》-STEM教育频道

3.在线工具•校际材料共享计划•《比赛案例分析》-科技竞赛回顾•虚拟物理实验室-模拟测试不同变量•家庭回收材料利用•简易CAD设计工具-帮助绘制设计图•批量采购降低成本这些视频可通过国内主流视频平台、教育网站或科普频道获取•3D模型库-提供船体和零件模板•与本地商家建立合作关系•计算工具-浮力、阻力等物理计算教师提示提前2-3周准备材料，预留应急材料，建立材料库持续积累常用物品附录一动力小船制作材料清单12基础材料（每组）工具（班级共用）材料名称规格数量用途工具名称规格数量用途塑料泡沫板A4大小，2-3mm厚2张船体主体剪刀中号每组1把裁剪材料硬质塑料片15cm×15cm，

0.5mm厚1张桨轮和舵美工刀带护套每组1把精细切割竹签/木筷直径3mm，长20cm2根传动轴直尺30cm长每组1把测量和辅助切割橡皮筋长度15cm，宽3mm10根动力装置热熔胶枪小型共5把粘合部件塑料吸管直径5mm4根轴承和支架钳子尖嘴型共5把弯折金属丝硬纸板A4大小，2mm厚2张支撑结构打孔器小型共3个制作小孔回形针标准尺寸10个连接件34辅助材料测试设备材料名称规格数量用途设备名称规格数量用途胶带透明，宽

1.5cm每组1卷临时固定和防水水槽/水盆长60cm以上共5个测试环境白乳胶100ml瓶装每组1瓶粘合秒表数字显示每组1个计时防水胶带宽2cm共2卷密封接缝卷尺3米长共5个测量距离蜡烛普通白蜡共5根防水处理小砝码10g、20g、50g每组一套测试载重细绳尼龙绳，直径1mm每组2米连接和控制温度计水用共2个记录水温图钉彩色塑料头每组10个临时固定材料准备建议鼓励学生提前收集可回收利用的材料，如饮料瓶、包装盒等，既环保又可降低成本各组材料可使用透明收纳盒分装，便于发放和管理附录二动力小船设计图纸模板使用说明关键部件尺寸参考本设计图纸模板提供了基础的动力小船结构，学生可在此基础上进行个性化修改部件名称推荐尺寸cm

1.船体模板使用方法船体总长20•将模板打印在A4纸上，1:1比例•剪下模板后放在材料上描绘轮廓船体最宽处6•虚线表示折叠线，实线表示切割线船体高度3•按照编号顺序组装各部件•注意保留标记的连接卡槽桨轮直径

32.尺寸调整指南桨叶尺寸

1.5×1•船体长度可按比例缩放（推荐15-25cm）•船宽与船长比例建议保持1:3至1:4传动轴长度8•桨轮直径约为船宽的一半舵板尺寸3×2•舵面积约为船体水下面积的5%

3.模板定制化橡皮筋长度15-20•可根据可用材料修改尺寸•船首形状可选择尖形或圆形设计变更记录•可增加内部支撑结构鼓励学生在模板上标注自己的设计变更，记录修改原因及效•传动系统位置可调整果，培养工程记录习惯附录三动力小船制作常见问题FAQ船体问题动力系统问题问题我的船体在水中不平衡，总是倾向一侧，怎么办？问题橡皮筋很快就松了，动力持续时间太短怎么办？答这通常是重心分布不均导致的检查并调整以下几点1确保左右两侧结构对称；2调整重心位置，可在轻答可尝试以下方法1使用更长的橡皮筋或多根串联；2选择更高质量的橡皮筋；3减少传动系统摩擦；4设的一侧添加小重物；3检查船底是否平整；4确认桨轮和传动系统安装位置居中计齿轮减速系统，降低能量释放速率；5添加简易棘轮装置防止快速回转问题船体接缝处漏水怎么解决？问题桨轮在水中旋转但船只几乎不前进？答先彻底晾干船体，然后可采用以下方法1使用防水胶带从内外两面密封接缝；2应用热熔胶沿接缝线加答检查以下几点1桨叶角度是否合适（约45°效果最佳）；2桨轮是否部分浸入水中（约1/3-1/2最佳）；3固；3使用蜡烛滴蜡封边；4涂抹透明指甲油作为防水层桨叶是否太软导致变形；4传动轴是否打滑；5船体底部阻力是否过大问题如何使船体更坚固而不增加太多重量？问题如何上紧橡皮筋而不损坏船体结构？答可以通过结构优化增强强度1添加内部交叉支撑；2在受力点加强材料；3使用三明治结构（两层薄材答建议1设计可拆卸的传动轴；2使用简易手柄帮助旋转；3在船体固定点加强结构；4使用转向装置如小料中间夹轻质芯材）；4采用桁架设计原理减材增强齿轮辅助上紧；5设计橡皮筋预紧后再安装的机制舵和控制问题测试与性能问题问题船只总是转圈而不直线行驶？问题如何客观评估和比较不同设计的性能？答可能原因及解决方案1舵未处于中立位置，调整舵角；2桨轮安装不垂直，重新调整；3船体不对称，检答建立标准化测试1固定距离计时测速；2测量单次动力最大航行距离；3记录直线航行偏差；4标准化橡查并修正；4重心偏移，重新分配重量；5水流不均影响，更换测试环境皮筋上紧程度（如固定圈数）；5控制环境变量（水温、水深等）；6多次测试取平均值减少偶然因素问题舵太灵敏或不够灵敏？问题性能数据波动大，结果不稳定怎么办？答舵的灵敏度可通过以下方法调整1改变舵面积大小；2调整舵的位置（越靠后越灵敏）；3修改舵板形答提高实验精度1使用更精确的计时工具；2增加测试次数（至少5次）；3剔除异常值；4控制橡皮筋预状；4增加或减少舵的水下深度；5在高速情况下，小舵更易控制紧一致性；5减少人为干扰因素；6记录可能影响结果的环境变量问题如何实现简易的遥控转向？问题如何优化船的能源效率？答初级方案1使用细线连接舵柄，从岸边拉动控制；2制作简易机械定时装置；3使用微型舵机和简易遥控答能效提升方法1减小水阻（流线型设计）；2降低摩擦（轴承润滑）；3优化桨轮设计（桨叶数量、角器；4利用磁铁和磁场原理进行无线控制；5光敏电阻导航系统（追光或避光）度）；4调整重心位置减少不必要晃动；5均匀释放能量（添加简易调速机构）；6提高船体稳定性减少能量损耗附录四动力小船物理知识点总结牛顿运动定律能量守恒与流体力学动力小船的运动直接体现了牛顿三大定律动力小船涉及多种形式的能量转换和流体力学原理

1.牛顿第一定律（惯性定律）

1.能量守恒定律•原理物体保持静止或匀速直线运动状态，除非受到外力作用•原理能量不会凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式•应用船只启动需要克服惯性；航行中保持直线运动的趋势•能量转换链弹性势能→机械能→动能→水流动能→船体动能•设计启示减小船体质量可降低惯性，提高响应性•损耗摩擦、水阻、涡流等形式损失部分能量

2.牛顿第二定律（F=ma）•效率整个系统能量转换效率通常为40-60%•原理物体加速度与所受合外力成正比，与质量成反比

2.流体力学基础•应用推进力决定船只加速度；船体质量影响速度变化率•浮力原理物体浸入液体受到向上的浮力，等于排开液体重力•计算加速度a=F/m（F为桨轮提供的推力，m为船只质量）•流体阻力与速度平方、迎面面积和形状系数成正比•设计启示增大推力或减轻质量可提高加速性能•层流与湍流低速时水流平滑（层流），高速时形成涡流（湍流）

3.牛顿第三定律（作用力与反作用力）•伯努利原理流速增加处压力降低，应用于船体形状设计•原理两物体间力的作用总是相互的、大小相等、方向相反

3.力学平衡•应用桨轮向后推水，水向前推船；舵改变水流方向，水推动船转向•静态平衡浮力=重力；重心与浮心位置决定稳定性•设计启示桨叶面积和形状直接影响推力大小•动态平衡推进力=阻力时，船只达到匀速运动•转向力矩舵产生的侧向力与船体重心的距离产生转向力矩其中FD为阻力，ρ为水密度，v为速度，CD为阻力系数，A为迎水面积机械工作与功率动量定理动力与效率计算船只推进原理•功W=F·s（力×位移）•动量p=mv•功率P=W/t（功/时间）•动量守恒系统总动量保持不变•机械效率η=输出功/输入功•推进反作用船获得的动量等于水获得动量的反向值1234弹性势能转动惯量橡皮筋能量存储旋转部件的设计考虑•弹性势能Ep=½kx²•转动惯量I=mr²•k为弹性系数，x为形变量•角动量守恒动力小船在水中航行的动态图能量储存阶段橡皮筋被扭转或拉伸，储存弹性势能分子链在变形中产生张力，遵循胡克定律F=kx，其中F为弹力，k为弹性系数，x为形变量储存的能量E=½kx²能量转换阶段橡皮筋释放，弹性势能转化为旋转动能传动轴和桨轮开始旋转，旋转动能Erot=½Iω²，I为转动惯量，ω为角速度此阶段损耗轴承摩擦、空气阻力推进力产生阶段桨轮与水接触，推动水向后运动，产生推进力根据牛顿第三定律，水向后的反作用力推动船向前推进力与桨轮旋转速度、桨叶面积、角度和水的密度有关船体运动阶段船获得动能向前运动，同时克服水阻力当推进力等于阻力时，船达到最大速度并匀速前进动能Ek=½mv²，m为船质量，v为速度动力小船航行过程是一个连续的能量转换过程理解这一过程对优化设计至关重要例如，通过减小轴承摩擦、优化桨轮形状或改进船体流线型设计，都可以提高能量转换效率，使小船航行更远更快这种直观的物理学应用帮助学生建立对能量转换、牛顿运动定律和流体力学的深入理解结语动手实践，探索科学的乐趣告诉我，我会忘记；教给我，我可能记住；让我参与，我会学会——中国古代谚语鼓励学生发挥创造力动力小船制作带来的科学启蒙意义动力小船制作不仅是一次科学实验，更是培养创新精神的绝佳机会这个看似简单的项目蕴含深远的教育价值

1.突破传统思维

1.培养科学素养•鼓励学生质疑现有设计•观察现象、提出问题•支持疯狂想法的尝试•设计实验、收集数据•允许并珍视有价值的失败•分析结果、得出结论•举办创新设计竞赛•形成科学思维习惯

2.跨学科思考

2.发展工程能力•结合美术设计提升美观性•从设计到实现的全过程体验•应用数学知识计算最佳参数•解决实际问题的能力培养•引入生物学原理（仿生设计）•材料与工具使用技能•探索材料科学新应用•工程伦理与责任意识

3.团队创新文化

3.心理品质培养•建立开放式讨论氛围•面对挑战的韧性•实施创意点赞制度•解决问题的自信心•记录和分享创新过程•团队合作的精神•从失败中提炼经验教训•对科学探索的热爱动力小船项目不仅教授物理原理，更重要的是点燃学生对科学的热情，培养他们的动手能力、逻辑思维和创新精神当学生看到自己亲手制作的小船在水面上航行时，那种成就感和喜悦将激励他们继续探索未知的科学世界谢谢观看！欢迎提问与交流联系方式电子邮箱teacher@school.edu.cn教研组网站www.scienceteaching.cn教师微信群扫描右侧二维码加入资源获取本课件及配套材料可通过以下方式获取•学校教学资源库下载•关注科学教育公众号获取•直接联系主讲教师索取纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行我们期待看到您指导下学生创造的精彩作品！我们建议在实施动力小船项目前充分准备材料和工具，预留足够的课时，并做好安全预案课程可根据学生年龄和知识水平适当调整难度如有任何疑问或需要进一步的技术支持，请随时与我们联系祝您教学顺利，学生收获满满！。