【素养测评】人教鄂教版（2017秋）科学三年级上册第六单元《动力小车》提升卷 （含答案）

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【素养测评】人教鄂教版科学三年级下册
第六单元《动力小车》提升卷
题号 一 二 三 四 五 六 总分
得分
一、知识广场（每空 1 分，共 15 分）
在设计动力小车时，依据动力来源不同，除了常见的橡皮筋动力和气球动力，还可以考虑利用（ ）力，如通过安装小型螺旋桨来实现。
为了让动力小车行驶得更平稳，车身的重心应尽量（ ）（选填 “高” 或 “低”），这样能增加小车的稳定性。
制作动力小车的车轮时，选择合适的轮胎材质至关重要，（ ）（填一种材质）材质的轮胎可以增加与地面的摩擦力，防止小车打滑。
在设计动力小车的传动系统时，若想实现动力的高效传递，可采用（ ）（填一种传动方式，如齿轮传动等）。
测试动力小车的动力性能时，除了测量行驶距离和时间，还可以观察小车的（ ），即小车从静止到达到一定速度所需的时间。
改进动力小车时，如果发现小车行驶方向容易偏离直线，可能是轮子安装不对称或（ ）调整不当导致的。
设计动力小车车身时，为了减轻重量同时保证强度，可以采用（ ）结构，就像自行车车架一样。
当使用橡皮筋作为动力时，橡皮筋的（ ）（填一种物理属性）和原长会影响小车获得的动力大小。
在利用气球为动力小车提供动力时，气球喷口的（ ）和（ ）会影响喷气的方向和速度，进而影响小车的行驶方向和速度。
二、判断大厅（每题 2 分，共 20 分）
只要动力足够强大，即使动力小车的车身结构不合理，也能稳定快速地行驶。（ ）
在设计动力小车时，轮子的滚动摩擦力越小越好，这样能最大程度减少能量损耗。（ ）
用橡皮筋作动力的小车，其行驶速度始终保持不变。（ ）
在测试动力小车行驶距离时，多次测试的结果差异较大是正常现象，无需在意。（ ）
改进动力小车时，对动力系统的优化只能通过更换更强力的动力源来实现。（ ）
制作动力小车车身时，使用单一材料比多种材料组合更好，因为这样更便于加工。（ ）
气球动力小车行驶时，气球内气体喷出的速度越快，小车受到的反冲力越大。（ ）
动力小车的设计方案一旦确定，就不能再进行修改，否则会破坏整个设计的完整性。（ ）
在设计动力小车的转向系统时，只需要考虑如何改变行驶方向，不需要考虑转向的灵活性和准确性。（ ）
当动力小车的动力一定时，车身重量越轻，小车的加速度越大。（ ）
三、选择乐园（每题 2 分，共 20 分）
若要设计一辆能够在沙滩上行驶的动力小车，以下哪种改进措施最为关键？（ ）
A. 增加车身重量，使小车更稳定
更换更大功率的动力源
增大车轮直径，加宽轮胎
D. 改变车身颜色，使其更醒目
在测试动力小车的过程中，发现小车行驶一段距离后动力明显减弱，可能的原因是（ ）。
地面过于粗糙
橡皮筋弹性减弱
小车的轮子转动不灵活
D. 以上都有可能
为了提高动力小车的速度，下列做法中效果最不明显的是（ ）。
优化车身外形，减小空气阻力
增加动力装置的输出功率
更换质量更轻的车身材料
D. 增加小车的装饰，使其更美观
当用气球作为动力驱动小车时，以下哪种方法可以使小车行驶得更远？（ ）
减小气球的体积
增大气球喷口的直径
增加气球的厚度
D. 降低气球内部的气压
设计动力小车的传动系统时，齿轮传动相比链条传动的优点是（ ）。
更适合远距离传动
传动效率更高
更能适应复杂的工作环境
D. 成本更低
在制作动力小车时，以下哪种材料不适合用于制作车身？（ ）
铝合金
硬纸板
陶瓷
D. 塑料
动力小车在行驶过程中，突然向左转弯，可能是（ ）。
右侧轮子受到的摩擦力突然增大
左侧轮子受到的摩擦力突然增大
右侧轮子的动力突然增强
D. 以上都不对
改进动力小车时，为了提高其续航能力，可采取的措施是（ ）。
增大动力装置的储能容量
减小车身与地面的接触面积
提高动力装置的转换效率
D. A 和 C 都对
在设计动力小车时，考虑到节能环保，以下哪种动力来源是最佳选择？（ ）
干电池
小型燃油发动机
太阳能电池板
D. 压缩空气动力
测试动力小车的制动性能时，以下哪个指标最为重要？（ ）
刹车后小车滑行的距离
刹车时动力装置的停止时间
刹车时车轮是否立即停止转动
D. 刹车时小车的速度变化
四、问题城堡（每题 5 分，共 25 分）
简述在设计动力小车时，如何综合考虑动力、车身和轮子这三个关键要素，以实现小车的最佳性能。
详细说明在测试动力小车时，记录哪些数据能够全面评估小车的性能，并解释每个数据的意义。
如果动力小车在行驶过程中出现车身摇晃的情况，可能有哪些原因？针对这些原因应如何改进？
比较橡皮筋动力和气球动力的优缺点，并举例说明在不同场景下如何选择更合适的动力方式。
请阐述在设计动力小车的转向系统时，需要考虑哪些因素，以及这些因素对小车行驶的影响。
五、实验探究（8 分）
小明想要探究动力小车的动力装置安装位置对其行驶稳定性的影响。请你帮他完成以下实验设计：
实验目的：探究动力小车的动力装置安装位置对其行驶稳定性的影响。
实验材料：动力小车模型若干、（ ）、不同位置安装动力装置所需的工具。
实验步骤：
将动力小车模型平均分成三组，分别标记为 A、B、C 组。
在 A 组小车的（ ）（填写一个具体位置，如车头）安装动力装置，在 B 组小车的（ ）（填写与 A 组不同的位置，如车尾）安装动力装置，在 C 组小车的（ ）（填写与 A、B 组都不同的位置，如车身中部）安装动力装置。
让三组小车在相同的（ ）（填写测试场地条件，如平整的木板）上行驶，观察并记录小车行驶过程中的（ ）（填写能体现行驶稳定性的指标，如车身摆动幅度）。
分析记录的数据，得出结论。
预期实验结果： 。
六、拓展长廊（每题 6 分，共 12 分）
设想你要设计一辆可以在野外复杂地形（如山地、泥泞道路）行驶的智能动力小车，除了考虑动力、车身和轮子等基本要素外，还需要增加哪些特殊设计？请说明这些设计的作用。
随着科技的不断进步，新型材料和技术不断涌现。请举例说明一种可能应用于未来动力小车的新型材料或技术，并阐述它将如何改变动力小车的性能。
答案及解析
一、知识广场
答案：风
解析：除常见动力外，风力可通过安装小型螺旋桨转化为推动小车前进的动力，这需要学生对动力来源有更深入的思考和拓展。
答案：低
解析：车身重心越低，越不容易倾倒，能增加小车行驶的稳定性，这是影响小车平稳行驶的重要因素。
答案：橡胶
解析：橡胶材质的轮胎表面摩擦力较大，可以有效防止小车在行驶过程中打滑，保证动力的有效传递。
答案：链条传动（或皮带传动等合理答案）
解析：齿轮传动、链条传动、皮带传动等都是常见的传动方式，不同传动方式各有特点，选择合适的传动方式能实现动力的高效传递。
答案：加速性能
解析：加速性能是衡量动力小车动力性能的重要指标之一，通过观察小车从静止到达到一定速度所需时间，可以更全面了解小车动力性能。
答案：转向系统
解析：轮子安装不对称会使小车两侧受力不均，转向系统调整不当则无法准确控制行驶方向，两者都可能导致小车行驶方向偏离直线。
答案：三角形框架
解析：三角形框架结构具有稳定性，在保证强度的同时可以减轻车身重量，就像自行车车架利用三角形结构增加稳定性。
答案：弹性
解析：橡皮筋的弹性决定了其储存和释放弹性势能的能力，弹性越好，小车获得的动力越大，同时原长也会影响动力大小。
答案：大小；方向
解析：气球喷口大小影响喷气速度，喷口方向决定喷气方向，两者都会对小车行驶方向和速度产生影响。
二、判断大厅
答案：×
解析：车身结构不合理会导致重心不稳、空气阻力过大等问题，即使动力强大，也无法稳定快速行驶。车身结构与动力系统等需相互配合，才能实现小车良好性能。
答案：×
解析：轮子滚动摩擦力过小，会导致小车行驶时抓地力不足，容易打滑，影响动力传递和行驶稳定性。轮子滚动摩擦力需适中，并非越小越好。
答案：×
解析：用橡皮筋作动力的小车，随着橡皮筋弹性势能的释放，动力会逐渐减小，速度也会随之变化，并非始终保持不变。
答案：×
解析：多次测试结果差异较大可能是实验存在问题，如测试环境不稳定、动力装置性能不稳定等，需要分析原因并改进，不能忽视。准确可靠的实验结果需要多次测试且结果具有一定重复性。
答案：×
解析：优化动力系统不仅可以更换更强力的动力源，还可以改进动力传递方式、提高动力转换效率等多种方法。
答案：×
解析：多种材料组合可以发挥不同材料的优势，如利用轻质高强度材料保证车身强度同时减轻重量，比单一材料更能满足动力小车的复杂需求。
答案：√
解析：根据反冲力原理，气球内气体喷出速度越快，根据动量定理，小车受到的反冲力越大，推动小车前进的动力也就越大。
答案：×
解析：在设计和制作动力小车过程中，根据测试结果对设计方案进行修改和优化是正常且必要的，有助于提高小车性能，并非会破坏设计完整性。
答案：×
解析：设计动力小车转向系统时，转向的灵活性和准确性至关重要，直接影响小车在行驶过程中的操控性和安全性。
答案：√
解析：根据牛顿第二定律 F = ma（其中 F 为动力，m 为车身质量，a 为加速度），当动力 F 一定时，车身质量 m 越轻，加速度 a 越大。
三、选择乐园
答案：C
解析：沙滩地面松软，增大车轮直径和加宽轮胎可以增大与沙滩的接触面积，减小压强，防止车轮下陷，使小车更容易在沙滩上行驶。增加车身重量会使车轮更容易下陷；更换大功率动力源若车轮无法有效抓地也无法正常行驶；改变车身颜色对在沙滩行驶无实质帮助。
答案：D
解析：地面粗糙会增加摩擦力，消耗更多动力；橡皮筋弹性减弱会导致提供的动力减小；轮子转动不灵活也会增加能量损耗，使动力减弱。所以以上情况都可能导致小车行驶一段距离后动力明显减弱。
答案：D
解析：优化车身外形减小空气阻力、增加动力装置输出功率、更换质量更轻的车身材料都能直接或间接提高小车速度。而增加小车装饰对提高速度效果不明显，主要影响的是外观。
答案：B
解析：增大气球喷口直径，气球内气体喷出速度会加快，根据反冲力原理，小车受到的反冲力增大，从而行驶得更远。减小气球体积、增加气球厚度、降低气球内部气压都会使气球提供的动力减小，小车行驶距离缩短。
答案：B
解析：齿轮传动的优点是传动效率高，能更有效地传递动力；链条传动更适合远距离传动；链条传动相对更能适应复杂工作环境；一般情况下，齿轮传动成本相对较高。
答案：C
解析：陶瓷质地脆，不易加工，且重量较大，不适合制作动力小车车身。铝合金轻便且强度高；硬纸板易于加工且成本低；塑料轻便、易成型，都可用于制作车身。
答案：A
解析：动力小车行驶过程中突然向左转弯，可能是右侧轮子受到的摩擦力突然增大，导致右侧轮子速度减慢，从而使小车向左转弯。若左侧轮子摩擦力增大，小车会向右转弯；右侧轮子动力增强会使小车向右偏移。
答案：D
解析：增大动力装置的储能容量，可提供更多动力，提高续航能力；提高动力装置的转换效率，能使动力装置更有效地将能量转化为小车的动能，也有助于提高续航能力。减小车身与地面接触面积对续航能力影响不大。
答案：C
解析：太阳能是清洁能源，取之不尽用之不竭，使用太阳能电池板作为动力来源符合节能环保要求。干电池会造成环境污染且电量有限；小型燃油发动机污染较大；压缩空气动力需要消耗能源来压缩空气，且续航能力有限。
答案：A
解析：刹车后小车滑行的距离直接反映了小车的制动性能，距离越短，制动性能越好。刹车时动力装置停止时间、车轮是否立即停止转动等虽然与制动有关，但不是最能直接体现制动性能的指标，刹车时小车速度变化也不能全面准确反映制动性能。
四、问题城堡
答案：在设计动力小车时，动力是驱动小车前进的核心，要根据小车的设计目的选择合适的动力源和动力装置，如追求速度可选择动力强劲的装置。车身不仅要保证强度以承载动力装置和维持结构稳定，还要尽量轻便，减少动力负担，同时合理设计车身形状，降低空气阻力。轮子要选择合适的大小、材质和数量，合适的轮子能减少滚动摩擦力，提高动力传递效率，同时保证行驶稳定性，例如在不同地形选择不同摩擦力的轮胎。这三个要素相互关联，需综合考虑，使动力能有效传递到轮子，车身稳定承载并减少阻力，以实现小车最佳性能。
解析：动力、车身和轮子是动力小车的关键要素，每个要素都对小车性能有重要影响，且相互关联，需要学生全面理解它们之间的关系和作用。
答案：测试动力小车时，应记录行驶距离，它反映了动力的持续作用效果和小车克服阻力的能力；记录行驶时间，结合行驶距离可计算速度，评估小车的运动快慢；记录加速性能，即从静止到一定速度的时间，了解动力装置使小车达到速度的快慢；记录制动距离，判断小车刹车性能，关乎行驶安全性；记录行驶过程中的稳定性指标，如车身摆动幅度，确保小车行驶平稳。这些数据从不同方面全面评估小车性能。
解析：全面评估动力小车性能需要多方面数据支持，每个数据都从特定角度反映小车性能，学生需要理解这些数据的测量意义。
答案：动力小车车身摇晃可能原因有：轮子问题，如轮子大小不一致、安装不牢固或磨损程度不同，会导致小车受力不均；车身结构问题，如重心过高、结构不对称，使小车稳定性变差；动力装置问题，动力输出不稳定，导致小车行驶过程中出现晃动。针对轮子问题，需统一轮子大小、加固安装并及时更换磨损轮子；对于车身结构问题，调整重心位置，使其降低并保证结构对称；动力装置问题则要检查动力装置，确保动力输出稳定。
解析：车身摇晃涉及轮子、车身结构和动力装置等多个方面，学生需要分析可能原因并提出针对性改进措施，考查综合分析和解决问题能力。
答案：橡皮筋动力优点是结构简单，取材方便，适合简单模型制作；缺点是动力持续时间短，随着弹性势能释放动力逐渐减小，且动力大小有限。气球动力优点是能在短时间内提供较大动力，且原理直观易懂；缺点是动力不可持续，气球内气体喷完动力消失，且气球易破损。在需要简单演示、短距离行驶场景，如课堂实验，橡皮筋动力合适；在需要瞬间较大动力、短时间行驶场景，如小型竞赛短距离冲刺，气球动力可能更合适。
解析：比较两种动力方式优缺点，并根据不同场景选择合适动力，需要学生深入理解两种动力特点，并结合实际场景分析应用。
答案：在设计动力小车的转向系统时，需要考虑以下因素及其对小车行驶的影响：
转向机构的类型：常见的转向机构如方向盘式、舵机式等。不同类型的转向机构操作方式和精准度不同。例如方向盘式转向机构，类似汽车方向盘原理，通过转动方向盘带动转向轮改变方向，它的转向比较直观，但对于小型动力小车可能精度控制较难；舵机式转向机构相对更精准，能通过控制舵机角度精确调整转向轮角度，使小车转向更准确，尤其适用于对转向精度要求高的场景。
转向的灵活性：这决定了小车能否快速改变行驶方向。如果转向机构设计得过于僵硬，小车转向就会迟缓，在需要快速转弯的情况下可能无法及时响应，影响行驶效率和通过性；而转向过于灵活，又可能导致小车行驶方向难以稳定控制，容易出现方向失控的情况。所以要在灵活性和稳定性之间找到平衡，以适应不同的行驶需求。
转向的准确性：直接关系到小车能否按照预期的路线行驶。准确的转向能让小车在规定的轨道或路径上行驶，避免偏离路线。不准确的转向可能使小车在行驶过程中逐渐偏离目标方向，无法完成预设任务。比如在一些需要沿着特定轨迹行驶的竞赛或任务中，转向准确性至关重要。
转向与动力的匹配：转向系统应与动力系统相互协调。如果动力过大而转向响应过慢，小车在转向时可能由于惯性过大而难以顺利转弯，甚至可能冲出预定路线；反之，动力过小而转向过于灵敏，小车可能在转向时动力不足，导致转向不流畅。因此，要根据动力大小来调整转向系统的参数，确保两者匹配，使小车行驶平稳。
转向轮的摩擦力：转向轮与地面的摩擦力对转向效果有显著影响。适当的摩擦力能保证转向轮在转向时与地面有良好的抓地力，使转向动作得以顺利实现。摩擦力过小，转向轮容易打滑，导致转向失控；摩擦力过大，则会增加转向阻力，使转向变得困难，同时也可能消耗更多动力，影响小车的整体性能。
五、实验探究
实验材料：米尺（用于测量体现行驶稳定性的相关数据，如车身摆动幅度对应的长度等）
实验步骤：
在 A 组小车的车头安装动力装置，在 B 组小车的车尾安装动力装置，在 C 组小车的车身中部安装动力装置。
让三组小车在相同的平整且带有刻度标记的木板上行驶，观察并记录小车行驶过程中的车身摆动幅度（通过米尺测量摆动的最大距离）。
预期实验结果：动力装置安装在车身中部的 C 组小车，行驶过程中的车身摆动幅度可能最小，行驶稳定性相对最好。因为将动力装置安装在车身中部，有助于使小车的重心分布更加均匀，减少因动力装置位置偏置导致的重心偏移，从而降低车身在行驶过程中的晃动程度；而安装在车头或车尾的动力装置可能使小车重心向前或向后偏移，导致行驶时车身稳定性变差，摆动幅度相对较大。但实际结果可能会因小车模型的具体结构、动力装置重量等因素而有所不同。
六、拓展长廊
特殊设计及作用：
悬挂系统：在野外复杂地形行驶，地面起伏不平，悬挂系统可以根据地形变化自动调整车轮与地面的接触，使车轮始终保持良好的抓地状态。例如在山地行驶时，遇到凸起或凹陷，悬挂系统能通过伸缩来适应地形，减少车身颠簸，提高行驶稳定性，防止因地形起伏导致车轮悬空而失去动力或控制。
四轮独立驱动与转向：对于山地和泥泞道路，四轮独立驱动可以使每个轮子都能获得足够动力，在某个轮子陷入泥泞或遇到障碍时，其他轮子仍能提供动力，保证小车继续前进。四轮独立转向则大大增强了小车的转向灵活性，在狭窄的山路或需要快速改变方向避开障碍物时，能够更灵活地操控，提高通过复杂地形的能力。
地形探测与自动调整系统：利用传感器实时探测前方地形状况，如超声波传感器探测前方障碍物距离，地形传感器感知路面起伏、泥泞程度等信息。根据这些探测到的数据，自动调整动力输出、悬挂高度、车轮转向角度等参数，使小车能更好地适应不同地形，实现智能化行驶。例如，当探测到前方是泥泞路段时，自动降低车速、增大动力输出，同时调整悬挂使车身升高，防止陷入泥泞。
防护装置：野外环境可能存在树枝、石块等障碍物，安装防护栏、底盘装甲等防护装置，可以保护小车的动力系统、车身结构等关键部件免受损坏。例如防护栏可以阻挡树枝等异物撞击车身，底盘装甲能防止石块等对底盘的刮擦，保证小车在复杂地形行驶时的安全性和可靠性。
新型材料或技术及对小车性能的改变：
形状记忆合金在车身结构中的应用：形状记忆合金具有在特定温度下恢复到原始形状的特性。将其应用于动力小车的车身结构，当小车在行驶过程中受到碰撞或挤压发生变形时，在温度达到形状记忆合金的转变温度后，车身能够自动恢复到原来的形状。这不仅可以减少因碰撞导致的车身损坏，延长小车使用寿命，而且能保持车身的原有空气动力学性能和结构稳定性。例如在野外行驶时，不小心撞到树枝或石块，车身变形后可自动修复，避免因车身变形影响行驶性能和安全性。
无线充电技术与动力系统结合：无线充电技术可使动力小车摆脱传统充电线的束缚。在小车底部安装无线充电接收装置，在需要充电时，只需将小车停放在无线充电板上即可自动充电。这一技术大大提高了充电的便利性，尤其在野外复杂地形行驶时，无需寻找特定的充电接口，减少了因充电接口损坏或接触不良导致的充电问题。同时，也有利于小车的防水、防尘设计，提高小车在恶劣环境下的可靠性。此外，无线充电技术还可以与智能能源管理系统结合，根据小车电量和行驶需求，自动控制充电过程，优化能源利用效率。
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