教師工具箱
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本節的目的
該 STEM 實驗室的「遊戲」部分將向學生介紹齒輪及其在建造中的用途。 第一頁將介紹以下術語：嚙合齒輪、主動齒輪、從動齒輪、齒輪比、機械優勢和動力傳遞。 下一頁將回顧 MAD 的構建 Box、其齒輪比以及由這些齒輪比產生的扭矩或速度的機械優勢。 下一頁最終是計算整個 MAD 的齒輪比 盒裝。
最好全班通讀第一頁，然後讓學生小組通讀第二頁。 每個學生都應該跟著讀。
如果以三人一組的形式進行，學生可以被分配到以下三個角色之一：
1) 建造專家：該學生在建造說明中找到建造步驟，並指出這些齒輪在已完成建造中的位置。
2) 計算機：該學生進行齒輪比的計算。
3) 記錄器：此學生檢查計算器的數學運算，解釋齒輪比的含義，並確保團隊在工程筆記本中記錄所有工作。
如果學生小組有超過三名學生，則多個學生可以負責同一角色。 如果小組人數少於三人，同一學生可以擔任多個角色。
按此 (Google Doc / .docx / .pdf ) 查看協作標題，或 按此處 (Google Doc / .docx / .pdf) 查看基於小組的內容工程筆記本標題。 還有一個個人工程筆記本標題， 點擊此處 (Google Doc / .docx / .pdf)。 任何用於評分的評分標準都應在工作開始之前與學生分享並向學生解釋。
齒輪
齒輪看起來像邊緣有齒的圓盤。 值得注意的是，它們的齒間距相等，因為齒輪是透過齒嚙合來工作，如上圖所示。 當一個齒輪轉動時，它也會轉動下一個齒輪，因為它們的齒位於彼此之間，稱為嚙合。
齒輪通常透過軸或底座安裝或連接到其他部件。 因此，齒輪用於將旋轉運動或動力從一個軸傳遞到另一個軸。 軸通常位於齒輪的中心。 在上圖中的 VEX IQ 齒輪中，穿過軸的中心孔是方形的，因為 IQ 軸是方形的。
定義齒輪的主要方法之一是根據其齒數。
老師提示
這可能有助於引導學生查看 VEX IQ 零件海報，並讓他們注意到超級套件中包含的齒輪是根據齒數命名的（60、36 和 12 齒齒輪）。 如果學生對齒輪在軸上的安裝感到困惑，可以指導他們查看 MAD 整機構建造並注意建造中的所有齒輪都建造在其中心的軸上。
嚙合齒輪
當兩個齒輪嚙合在一起時，一個齒輪會轉動下一個齒輪。 首先轉動的齒輪稱為主動齒輪。 驅動齒輪可以被認為是一種輸入。 由第一齒輪轉動的齒輪稱為從動齒輪。 因此從動齒輪是輸出。
觀看下面的動畫，了解嚙合齒輪的運作。
您應該已經注意到主動齒輪和從動齒輪以相反的方向轉動。 它們必須以相反的方向旋轉，因為它們的齒是嚙合的並且它們在它們的中心旋轉。
齒輪比
齒輪比是輸入（驅動齒輪）與輸出（從動齒輪）的比較，並透過考慮每個嚙合齒輪的齒數來計算。
在上例中，主動齒輪（輸入）和從動齒輪（輸出）都有 60 個齒。
以下是計算齒輪比的公式：
讓我們使用上面兩個 60 齒齒輪的範例，因為它是一個計算簡單的比率。
這兩個嚙合齒輪的齒輪比為1:1，表示主動齒輪（輸入）每轉一整圈，從動齒輪（輸出）也轉一整圈。
老師提示
確保學生認識到本課程或其他課程的比率。 簡單地說，比率是兩個數字比較情況的陳述。
另外，確保學生了解如何透過將分子和分母除以相同的量來減少分數。
機械優勢
每當兩個或多個齒輪嚙合時，就會在這個構造中產生機械優勢。
機械優勢定義為機器內輸入力的變化。 可以透過比較輸入和輸出來測量變化。
在上面的範例中，輸入和輸出的比率為 1:1，因此看起來似乎沒有機械優勢，但實際上是有的。 當兩個齒輪尺寸相同時的機械優勢稱為動力傳遞，因為從動齒輪及其軸的轉動量與主動齒輪及其軸的轉動量相同。 因此，主動齒輪（輸入）將其所有動力傳遞給從動齒輪（輸出）。
在下一個活動中，您將回顧您的 MAD 整機組裝並將計算和測試速度和扭矩的機械優勢。
擴展您的學習
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日常生活中的齒輪
許多機械設備都使用齒輪。 在數位時代，可能看起來更少，但學生應該能夠識別至少五種使用齒輪的設備。 他們也可以在電力之前研究工具。 然後學生應該解釋每個齒輪如何使用，以及齒輪系統的功能是什麼。
這裡有些例子：
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許多自行車使用齒輪來允許騎車者換檔以更快或更用力地踩踏。
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在電力出現之前，廚房中的手動攪拌機使用齒輪，以便用戶可以沿一個方向（例如，上下）轉動手柄曲柄，並使攪拌機的攪拌器沿另一個方向（例如，前後）旋轉。一碗配料。
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水車也使用齒輪透過動力傳遞來改變力的方向。 水會轉動渦輪機（水輪），渦輪機轉動齒輪，將動力傳輸到工廠，用於銑削、滾動或錘擊產品。