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粘合剂:你的胶带有多粘?-人造产品

等级:4-8作者:Dr. Katherine Owens来源:信息便利贴™源自ChemMatters, 1993年12月和Chemecology Vol. 22, 1993年3月。


摘要

在本课中,学生将通过测试来测试不同胶带的剪切强度,在测试中,他们将测量、记录数据并报告他们的发现。他们将解释制成品的有用性如何取决于其特定用途的功能。学生们将了解科学家和工程师如何利用自然来发明对我们生活有用的产品。在下面的视频中,研究生Stephanie Lopez展示了壁虎如何启发了阿克伦大学的聚合物科学家。



目标

通过这节课,学生应该知道什么?

  • 学生将解释制造产品的有用性如何取决于其特定用途的功能。
  • 学生们将描述一种测试胶带剪切强度的方法,这种胶带是用来把东西固定在一个垂直的表面上,比如墙。

通过这节课,学生应该能做些什么?

  • 学生将测试不同胶带的抗剪强度,进行测量,记录数据,并报告他们的发现。在阐述活动中,学生将利用互联网对粘合剂和产品测试相关的主题进行研究。

材料

  • 各种胶带的例子,以显示在开瓶器和测试:遮蔽胶带,管道胶带,医用绷带胶带,透明包装胶带,透明胶带,便利贴™。
  • 每组测试轨道:约12英寸板。24英寸。,弹珠,卷尺,书或块做斜坡,可选:量角器测量倾斜角度
  • 坐标纸

程序

订婚

讲下面的故事(注:有故事中提到的磁带的例子给全班看可能会有帮助):这是中学大型舞会的前一天,委员会正赶着把体育馆的墙上挂满装饰。当你注意到你的磁带快用完的时候,工作正在进行中。所以,你召集你的助手,让他们四处寻找更多的胶带,并在你继续装饰的同时尽快带回他们找到的任何东西。几分钟后,你的助手回来了——一个带了一卷胶带,另一个带了一些透明的玻璃纸胶带和一些管道胶带,另一个带了透明的包装胶带,还有一个带了一包便利贴,还有一个去护士办公室拿了医用绷带胶带。你会觉得选择很多。没有多少时间浪费在思考该用什么胶带上——你已经绝望了——然而,这些选择都不是用来在健身房墙上粘贴装饰的。你希望你知道这些胶带有多“粘”,这样你所忍受的装饰就不会在舞蹈中掉下来。

这些磁带有什么相似之处?它们有什么不同?有些胶带如果表面是平整的(比如桌面),可能会起作用,但如果你把它们用在直立的表面(比如墙)上,可能会失效。你会选择哪一个来完成装饰工作?把绷带固定在伤口上?为了固定你要寄的盒子的包装?这些磁带都有相同的功能吗?它们都是一样的吗?它们都有同样的粘性吗?你怎么知道的?

在这节课中,你将通过做一个简单的测试来检验各种胶带的粘性,这种测试是发明家和制造商在研究新产品时使用的。如果你想用胶带把东西挂在墙上,你应该能够确定胶带的性能。

评估:监督学生对问题的回答,以确保每个人都理解这节课的目标。在继续之前,确保学生理解所提出的问题。

探索

快速演示如何设置设备,制作用于测试被测材料粘性的仪器。


每组应测试0°仰角和大约90°仰角。注:这两个测试不需要书本;请确保测试轨道保持直立和稳定的近90°测试。决定要测试的板的多少个角度(通过选择用来抬起板的书的数量或实际倾斜的角度测量)。确保每个组使用相同的书并执行相同的测试。允许学生选择四种胶带。注意:大理石应该轻轻放在胶带上,用力太大会影响效果。在开始测试之前,让学生预测哪条胶带最粘,以及他们认为弹珠会在测试轨道上滚多远。一定要让学生明白,弹珠在测试轨道上滚得越远,胶带的作用就越弱。协助学生制作自己的数据图表(示例在本计划的工作表部分给出)。弹珠沿着倾斜的胶带路径滚动测试,每条胶带应重复进行三次测试。记录每次测试后弹珠移动的长度;求每个磁带的平均距离。

评估:监督学生的工作,检查他们是否认真执行程序,进行观察,准确记录数据。

解释

让学生报告他们的发现。让学生报告他们对结果感到惊讶的地方。他们的数据支持他们的预测吗?在这个测试中,哪个胶带是最粘的?在讨论中发现,他们的测试只检查了胶带在玻璃表面(大理石)上的粘性,胶带的制造商在销售胶带对木材、塑料、纸张和其他表面有效之前,还必须测试其他材料对胶带的粘附性。要详细说明这一点,请阅读用于等级测试的胶带的标签,以了解制造商确定胶带应有效使用的表面。问学生他们认为这些表面是如何确定的。

解释一下,在产品进入我们商店的货架之前,要经过许多测试。对于胶带,基本上有两种类型的测试——一种是剥离测试,一种是剪切测试(见内容知识)。询问学生如何为他们测试剪切的胶带设计剥离测试。

向学生讲述便利贴™发明的故事(参见内容知识),作为一个产品的例子,该产品具有特定用途。

评估:让学生解释制造产品的有用性如何取决于其特定用途的功能。举例,向学生展示各种笔——荧光笔、可洗记号笔、永久墨水记号笔、圆珠笔等,并要求学生描述每种笔的用途。如果他们需要在阅读文章中标记重要的句子,他们会选择哪支笔,为什么他们会觉得其他的笔没有用。

细化

告诉学生科学家和工程师是如何依靠大自然来发明对我们生活有用的产品的。他们称自己的工作为生物灵感设计。壁虎可以在没有任何液体的情况下粘在表面上,它们的脚和表面之间的结合很牢固。它脚上微小的毛(刚毛)可以弯曲来填充表面上不平坦的空间(见下图),从而产生非常强的附着力。

Gecko Adhesion

但是,当壁虎抬起它的脚时,这种粘合力很容易释放。一般来说,粘合剂越强,就越难保持清洁(你曾经用过包装胶带把衣服上的绒毛或宠物毛弄掉吗?)壁虎的刚毛是自我清洁的,所以它们会一次又一次地粘在一起(可重复使用)。例如,壁虎风格的胶带就有很好的功能。它们是干燥的,可重复使用的(不像大多数常见的磁带),不具有时间敏感性(它们可以无限期地粘在一起,不像玻璃纸胶带会随着时间的推移而变脆),并且可以在真空中工作(用于太空计划)。


学生研究项目-搜寻有关黏合剂的资料。详情见标题。建议的主题包括:

  • 粘合剂的历史——证据表明早在公元前20万年(信不信由你)
  • 自制胶水
  • 发明便利贴™
  • 热熔胶,奇迹胶,超级胶,特种胶
  • 用于外科手术的胶水
  • 用于制造汽车和其他产品的胶水
  • 自然界中的粘性物质
  • 如何测试粘合材料以确定其绝对强度和剥离强度

评估:见标题


先决条件

完成一个数据表;利用收集到的数据制作图形;使用互联网搜索信息。


最佳教学实践

  • 现实生活中的情况和解决问题
  • 学习周期

与标准保持一致

门店的标准:

  • 收集和理解信息,描述合成材料来自自然资源和对社会的影响。
  • 计划一项调查,以提供证据证明物体运动的变化取决于物体上的力和物体质量的总和。
  • MS-ETS1-4开发一个模型来生成数据,以便对提议的对象、工具或过程进行迭代测试和修改,从而实现最佳设计。

共同核心标准:

  • RST.6-8.3在进行实验、测量或执行技术任务时精确地遵循多步骤程序。
  • WHST.6。2撰写信息/解释性文本,包括历史事件,科学程序/实验或技术过程的叙述。
  • RST.6-8.7将文本中以文字表达的定量或技术信息与以视觉形式表达的信息(如流程图、图表、模型、图形或表格)相结合。
  • 从信息文本中提取证据以支持分析、思考和研究。

国家标准:

  • 科学:5-8年级内容标准A, B, E, F

bet365官网的标准:

  • 3-5年级物理科学基准B、C
  • 3-5年级科学探究基准A、B、C
  • 6-8年级科学技术基准B
  • 6-8年级认识基准的科学方法

内容知识

有两种力会破坏粘合剂和表面之间的粘合。剪切力与表面平行,剥离力与表面垂直(见下图)。如果你想把一件东西粘在墙上,你会选择一种具有强剪切力的胶带。如果你在家庭装修工作中选择了油漆工的胶带,你会希望在油漆后很容易地去除胶带,所以胶带应该具有低剥离强度。便利贴™应该有中等剪切强度,这样他们就不会从你的公告板上掉下来,低剥离强度,这样他们就可以很容易地去除。

Shear Peel Strength

3M公司的两位研究人员负责我们所知的Post-it Notes™产品。1968年,斯宾塞·西尔弗博士,一位有机化学家,正在研究一种现有的聚合物基粘合剂的改性,希望能提出一种新的,坚固的粘合剂产品。他在实验室里得到的是一种粘合剂,当涂在要粘合在一起的表面之间时,表现出中等的剪切强度和低剥离强度。这种粘合剂可以粘在一个表面上,也很容易从另一个表面上去除。与此同时,化学工程师阿瑟·弗莱(Arthur Fry)遇到了一个恼人的问题。弗莱在教堂的唱诗班唱歌,并用小纸片记录在教堂仪式上要唱的赞美诗。令他沮丧的是,当他翻页赞美诗时,纸片经常掉下来,他就找不到位置了。他的工作是为科学家在实验室里制造的新化学物质寻找用途。最终,西尔弗的粘合剂和弗莱关于在便签本的页面上使用这种“弱”粘合剂的建议产生了我们认为非常有用的便利贴™。为了使这种产品发挥作用,在化学实验室和新工程技术的开发上都付出了更多的努力——注意科学和工程的基本合作。将Post-it Notes™推向市场的完整故事令人着迷,并将成为一个非常有趣的研究项目。


安全

提醒学生使用所有物质以达到预期目的。将所有测试胶带放入废纸篓中处理。


应用程序

胶带是家庭、学校、工作场所、医院和工业中常用的产品。胶带的用途各不相同,因此其粘性也各不相同。请参阅内容知识部分。


评估

让学生解释制造产品的有用性如何取决于其特定用途的功能。举例,向学生展示各种笔——荧光笔、可洗记号笔、永久墨水记号笔、圆珠笔等,并要求学生描述每种笔的用途。如果他们需要在阅读文章中标记重要的句子,他们会选择哪支笔,为什么他们会觉得其他的笔没有用。


其他的考虑

分组建议:推荐四人一组:物料经理/废物处理员、产品测试员、数据记录员、结果报告员。注意分组学生,以确保能力和才能的多样化组合。

进度/建议时间:介绍,测试,报告,讨论和评估- 4天


可打印的PDF工作表


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