创新实践课程

实验报告

项目名称：气球、缓冲架结合型鸡蛋撞地球试验模型制作

项目组组成员：

一、项目目的与要求

项目目的

本项目是面向本科学生选修的“创新实践”实验教学模块。“以卵击石”结构创意设计活动包含丰富的科学知识，涉及物理学中压强、冲量、物体平衡、空气动力学等科学原理，对学生思维方法的培养和锻炼极为有利。在学习掌握创造性思维和创新技法的基础上，学生组成团队，进行“以卵击石”结构创意设计活动。通过模拟飞行器的着落，引导学生从降落伞等高空落物及物品包装抗震防震等力学原理中得到启发，设计“结构合理、定点落地、平稳着落、构思新颖”的作品，以竞赛的形式完成成绩评定。为学生提供自我展示的平台，以促进学术科技的交流，形成相互启发的优秀学风。让同学们在团队合作中，碰撞思维火花，激发智慧与灵感，培养创新精神和实践动手能力。

项目要求

项目以团队（成员5人）合作完成。团队讨论填写项目申报表，确定项目，团队成员分工明确；在老师指导下学习讨论，分析鸡蛋的属性特点，通过模拟飞行器的着落，引导学生从降落伞等高空落物及物品包装抗震防震等力学原理中得到启发，设计“结构合理、定点落地、平稳着落、构思新颖”的作品，完成降落试验；团队成员动手能力强，科学思维能力强，在试验中能够发现问题，总结经验，理论思维，撰写实验报告。

二、设计与制作方案

鉴于航空航天飞行器安全着陆的相关背景，可以引出较为基础的鸡蛋撞地球试验。作为全面发展的大学生，应充分发挥创造能力，把学习知识融入到实践中，让同学们明白科技创新不是一定要搞大的发明，大的创造，其实都是来源于生活的点点滴滴，只要你善于观察善于总结，那么创新才会得以实现；同时可以提高同学的动手动脑能力、创新意识及团队协作能力。为每一位同学提供一个表现自我、展现自我的平台，从而完善自我、升华自我。在校形成良好的学习氛围，促进优秀人才的涌现，走学习与实践相结合之路。

用我们通常保护易碎物品的塑料气泡薄膜包住鸡蛋，起到缓冲作用。然后把鸡蛋装进一个有弹性的或比较软的容器中，用形变量减少动量，机械能守恒。如果还不放心，那么可以再加几个气球，增大阻力。 注：如果盒子不是很够标准，那么可在里面填上棉花、纱布等再放上鸡蛋，再把盒子装满，封紧就可以了。（活动材料 ：若干鸡蛋、泡沫、气球、吸管、胶布、筷子、绳子、筷子、剪刀）

收集有关资料及调查，目前比较成熟的方案有以下几种： 

1、降落伞型：就是利用降落伞，增大空气阻力，以使鸡蛋连同整个装置平稳落地。这种方案最容易想到，因为跳伞、宇宙飞船减速，都运用了这个方法，效果很好。安全性极高，使整个装置达到较小的速度即可匀速下落。唯一的缺点就是：受大气扰动影响太厉害，会使实验装置飘忽不定，准确性较差，往往不能落到指定位置，从而影响了比赛成绩。  

2、外包装型：就是用较多的减震材料将鸡蛋严严实实地包裹起来。比如泡沫、棉花、各种填充材料等。通过这些材料的缓冲作用，达到保护鸡蛋的目的。这种方案也较容易想到。平常生活中用各种填充材料保护贵重用品的方法相信大家都见到过。这的确是一个有效的方法。这种方案由于受空气阻力影响很小，所以准确性较高。由于所使用的材料都是密度极小的，所以可将整个装置的重量降到最低。但美中不足的是：整个装置是自由下落状态，到达地面时的速度较大，因而对装置的坚固度和缓冲效果要求较高，安全性稍差一点。 

3、不倒翁型：就是使整个装置像不倒翁一样，把重心尽可能降低，使得装置下落时能保持稳定状态，确保始终让一个面着地。那么保护工作只需要在这一个面做好就行了，从而节省了材料。这种方案充分考虑 到了上一种方案可能出现在空中翻滚现象，经过改进形成的。其可靠性远远高于第一种方案，材料更节省，准确性更高。美中不足的就是为了确保装置的重心降低，势必要在底部放上一个质量较大的物体，这就大大加重整个装置，将影响比赛成绩。  

4、多面体型：就是把整个装置制作成一个多面体，将鸡蛋用结实的绳子固定在多面体的中央，使整个鸡蛋悬空。装置落地后，不论哪个面着地，鸡蛋都不会着地，鸡蛋就完好无损了。这种方案无需额外的材料，只需要制作多面体的骨架和几根线即可，用料极其节省，因而重量会大大降低。因受空气阻力较小，所以稳定性较好。但这种方案也有一个大的缺点就是多面体不易扎制，结实程度不高，落地后可能会散架，鸡蛋也就岌岌可危了。  

5、双气球型：就是将鸡蛋放在一个气球中，充入一定量空气，在外面再套一个气球，充入适量空气。这样两层气球之间就会形成一个气垫，会使鸡蛋免受地面的冲击。这种方案所用材料应该是所有方案中最省的，重量只是两个气球的重量，几乎可以忽略不计。但这种方案有一个致命的缺点就是两层气球之间有一块是紧密接触的，其稳定性也不是很好。 

6、螺旋桨型：就是在整个装置上方安置一个螺旋桨，靠流动的空气推动或遥控，使螺旋桨旋转起来，以提高安全性和准确度。这极像直升飞机的飞行原理。这种方案因螺旋桨的转动而减小了装置下落的速度，安全性更高。如果是遥控，准确性也会很高。

7、滑翔机型：就是将鸡蛋悬挂在滑翔机下方，整个装置就会在空气中滑翔，最后会平稳地降落。这种方案准确性极差，降落地点不确定。

8、盐水型：就是配一个密度很大的氯化钠溶液，让鸡蛋漂浮在上面，落地后盐水就充当了缓冲材料，保证鸡蛋不破。这种方案新颖独特，用盐水作缓冲，安全性较高，受到空气阻力影响很小，准确性较高。但装置不易控制，如果装置在空中翻滚，盐水洒出，就起不到保护作用了，因此，一定要保证装置重心要稳，并尽可能降低。这种装置的重量问题也是不容忽视的，毕竟，盐水的密度要比泡沫大得多。 

9、吸管组型：用几根吸管绑在一起做成吸管组，将几组吸管组搭成金字塔形，将鸡蛋夹在中间，用胶条固定。吸管由于是中空的，可以起到缓冲作用。

10、综合型：就是将几种保护措施结合起来使用，造出的装置也是五花八门。综合型装置的安全性肯定会大大提高。，这是毫无疑问的。准确性很难说究竟是提高了还是下降了。

收集流体力学和相关力学理论知识，设计制作的运动学学分析有：

1、动量定理表达式：Ft =△p   其中△p指的是动量的变化，F指的是冲力的大小，t指的是力的作用时间。由于鸡蛋在下落的过程中，动量的变化△p一定，鸡蛋所受的力F与力的作用时间t成反比，即t越大，F就越小，作用在鸡蛋上的力就越小。这样，鸡蛋就不容易碎了。
     2、由空中垂直下落的物体所受空气阻力f与空气的密度ρ、物体的有效横截面积S、下落的速率v的平方成正比，阻力的大小可表示为f=CρSv2，其中C为阻力系数，一般在0.2～0.5之间，ρ=1.2kg/m3，物体下落经过一段时间将达匀速，这称为终极速率。
我们可以发现如下的一些日常现象：
雨滴在空气中下落，速度越来越快，所受空气阻力也越来越大。 当阻力增加到与雨滴所受重力相等时，二力平衡，雨滴开始匀速下落。
跳伞运动员在空中张开降落伞，凭借着降落伞较大的横截面积取得较大的空气阻力，得以比较缓慢地降落。这些都是这个公式在生活中的应用。
明白了这以后，就不会认为装置的加速度是9.8m/s2了。
     3、一切物体都具有惯性。在“高空坠蛋”整个装置落地的一瞬间，装置静止，然而鸡蛋由于惯性，还会继续运动，造成与装置挤压、碰撞，容易损坏。如何将鸡蛋由于具有惯性而造成的影响降到最低，还需要我们进一步分析解决。

我们小组通过头脑风暴法，最后决定采取缓冲架和气球相结合的方法进行鸡蛋撞地球的模型制作。并且根据所学流体力学的相关知识和理论,对模型下落进行了浮力、速度、动能、冲量的分析,能够让鸡蛋撞地球模型能够平稳的落到中心。通过头脑风暴和相关分析,我们打算将A3纸张卷成直径3mm左右的细长圆管，制作细长圆管6跟，然后拼成一个正四面体的缓冲架，接下来在缓冲架内部制作一个放置鸡蛋的平台，为了起到更大的缓冲作用，然后在缓冲架上绑上4个气球。

三、设计与制作过程

在进行鸡蛋撞地球模型制作之前，我们通过收集资料和理论分析准备一些材料，其中有：A3纸6张，矿泉水瓶一个，气球4个，鸡蛋一个，绳子若干，透明胶，520瞬干胶，泡沫和海绵若干，剪刀，胶水。有了材料过后，在课堂上我们进行了气球、缓冲架结合型鸡蛋撞地球试验模型制作。首先，我们小组5个人进行了A3纸卷成细长圆管的工作，将6张A3纸全部卷完过后，进行了缓冲架的组装，将6根细长圆管等长度捆绑，即将6根细长圆管用绳子绑成正四面体，将缓冲架进行固定之后，再将缓冲架每一个捆绑处进行520瞬干胶加固，待缓冲架稳固之后，进行了鸡蛋放置处的制作。首先，将矿泉水瓶距离底部12cm处剪开，将剪开过后的类圆柱体部分底部用尖锐的刀子打了三个孔，用绳线将其固定在缓冲架的底面三个节点处，要求尽量使放置台处于缓冲架的中心，然后在靠近顶部的区域对称打2个小孔，然后将其固定在缓冲架的顶角处，精心制作，是放置处稳定在缓冲架的中心，然后在类圆柱体内放入海绵，使鸡蛋在放置处内稳定，并且直接起到对鸡蛋缓冲的作用，接下来再在缓冲架的底面三个节点处的下方用透明胶固定三个小泡沫，防止缓冲架下落后侧翻，最后在缓冲架的顶角节点处绑上四个气球。这样，我们的气球、缓冲架结合型鸡蛋撞地球试验模型就制作成功了，我们在制作后进行了四楼处的试验，缓冲架平稳落地，鸡蛋完好。

四、结果与讨论

  在进行鸡蛋撞地球模型比赛的时候，我们选取的楼层为5楼，相比于试验时候的挑战难度有所增加，结果我们的气球、缓冲架结合型鸡蛋撞地球试验模型平稳落地，鸡蛋完好，但是落点确出现了较大的偏差，没有落在要求的范围内，这虽然与试验者当时的某些因素有关，但更多的是我们没有将问题考虑完整，没有将风速的影响考虑得这么清楚，所以造成了落点的偏差。还有就是我们在试验的时候没有注意到落点偏差的问题，仅仅只是看到装置平稳落地，鸡蛋完好就以为能够达到老师的要求，就没有对气球、缓冲架结合型鸡蛋撞地球试验模型进行改进，致使比赛结果不怎么令人满意。总之，这次的比赛结果还是不错，气球、缓冲架结合型鸡蛋撞地球试验模型平稳落地，鸡蛋完好，并且满足了装置重量不超过150g的最高要求，虽然没有落到中心，有点让人遗憾，但能够达到这个效果，还是可以的。同时，这也警示我们以后考虑问题要完整清晰，是自己的创新思维有更大的提高。

附录

    

感想与收获：

古代人常用“鸡蛋碰石头”来比喻自不量力。可见，鸡蛋是极易碎的，轻轻一磕就碎了。如果说鸡蛋能从十几米高的地方落下而安然无恙，那简直就是天方夜谭。但是科学有时能将不可思议的事情变为现实。这次的创新实践课，就让我们走进这个神话
    首先，让我们了解一下从十几米的高空落下是一个什么概念。不难算出，若不计空气阻力，物体落地时的速度将达到十多米每秒。为了让大家更好地明白这么快的速度将产生什么样的作用效果，我打一个比方，这就好比一辆时速达40km/h的汽车突然撞到了墙上，后果可想而知。如果不采取任何措施，不要说是鸡蛋，就是一块石头，恐怕也要粉身碎骨。
    这样一件看似不可能的事情，是否就不可办到呢？不是的，科学的魅力正在于此。只要我们依据正确的科学道理，提出可行的解决方案，再经过一次次实践的检验，不断改进，我们的鸡蛋撞地球而不破是完全可以办到的。
    通过大家的努力，我们合作完成的装置在实验时，成功的保护了鸡蛋。对于这次的创新实践我们收获良多。这门课程让我们学习到了除了书本之外的很多东西，比如创新能力和团队合作能力，还能提高自己思维的敏捷度。创造学是研究人类创造活动规律和方法，探索其过程，特点和机理，开发人们创造力的科学。创造学的研究目的就是把研究探索出来的创造发明规律应用于一般人的创造活动过程中，有效地开发人们的创造能力，培养其创造性，增强其创造力，从而不断提高人们创造活动的质量直至产生独特性的价值。其根本宗旨，总结和归纳创造的一般方法，特点和规律，培养和开发人得创造力，挖掘人类的最大潜能。我觉得本课程是以开发和提高为目标，阐述创造学的基本理论以提高个体的创造力。创新是科学技术和经济发张的原动力，是国民经济发展的重要因素。                                    当今，社会发张比以往任何时候都要更加依赖于创造和创新，以及对创新观念与创新事物的扩散和应用。世界各国之间在政治经济军事和科学技术方面的竞争。创造力是一个人产生新思想和新观念，用心方法创造性地解决问题的能力，创造力怎样才能得到开发是本课程所研究和解决的问题。当今的时代是一个需要创新的时代，希望我们科大的学子们不要辜负现在的大好时光，抓紧时间勤奋学习，寻找机会发展自己，为将来的发展打下坚实的基础，为我们民族的振兴、国家的强盛做出自己应有的贡献。

第二篇：以卵击石

以卵击石

成语故事 2007-05-14 发送到微信

出处《墨子·贵义》以其言非吾言者，是犹以卵投石也，尽天下之卵，其石犹是也，不可毁也。

释义“以卵投石”也称“以卵击石”，意思是鸡蛋碰石头。比喻自不量力，自取灭亡。

故事有一年，墨子前往北方的齐国。途中遇见一个叫“曰”的人，对墨子说：“您不能往北走啊，今天天帝在北边杀黑龙，你的皮肢很黑，去北方是不吉利的呀!”墨子说：“我不相信你的话!”说完，他继续朝北走去。但不久，他又回来了，因为北边的淄水泛滥，无法渡过河去;名叫“曰”的那人得意地对墨子说：“怎么样?我说你不能往北走嘛!遇到麻烦了吧?”墨子微微一笑，说：“淄水泛滥，南北两方的行人全都受阻隔。行人中有皮肤黑的，也有皮肤白的，怎么都过不去呀?”“曰”听后支吾着说不出话来。墨子又说：“假如天帝在东方杀了青龙，在南方杀了赤龙，在西方杀了白龙，再在中央杀了黄龙，岂不是让天下的人都动弹不得了吗?所以，你的谎言是抵挡不过我的道理的，就像拿鸡蛋去碰石头，把普天下的鸡蛋全碰光了，石头还是毁坏不了。”

“曰”听了羞傀地走了。