蘇教版五年級下冊科學知識點整理

第二單元

仿生

5.生物的啟示

生物在長期進化的過程中，形成了許多有利于生存的形態結構和生理特點，人們從中獲得很多啟示。

課本14頁的四種物品的設計與動植物的形態結構有什么相似之處？

鐵絲網和植物莖上的刺的尖銳部分都能起到保護作用；塑料吸盤和八爪魚的吸盤都呈碗狀，具有吸附功能；尼龍搭扣上的彎鉤和蒼耳果實上的鉤刺都有很強的附著力；降落傘與帶冠毛的蒲公英種子的整體形狀相似。

除此之外，還有鋸子與鋸齒草、大跨度建筑屋頂架構與王蓮葉、人工冷光與螢火蟲的光、風暴預測儀與水母耳、電子蛙眼與蛙眼等。

公元4世紀，古希臘數學家佩波斯提出猜想：截面呈正六邊形的密鋪(不留空隙，也不相互重疊)的蜂窩巢房，是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建成的。這一猜想被稱為“蜂窩猜想”。

在同種正多邊形中，能密鋪的只有正三角形、正方形、正六邊形。

雖然圓柱體抗壓能力最強，但在平面密鋪的基礎上，圓形最終會被擠壓成六邊形。所以在正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱三種之中，正六棱柱的抗壓能力最強。

蜂窩的橫截面呈正六邊形的形狀.不留空隙，也不互相重疊，是密鋪而成。而且蜂窩的巢房是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建造而成的。

假設我們想用相同形狀和大小的圖形密鋪一個平面（使圖形不留空隙、也不互相重疊地鋪滿整個平面），那么只有3種正多邊形可以做到：正三邊形、正四邊形和正六邊形。（這里指規則鑲嵌）在鋪滿同等面積的情況下，使用正六邊形所需要的周長之和最小。這就不難理解蜜蜂為什么會選擇六邊形了，因為蜂巢是用蜂蠟做的，而蜜蜂產出蜂蠟是消耗能量的，它們當然希望省些力氣——這點小心思就跟打工人想少搬幾塊磚一樣。

假如你是蜜蜂，你會選擇哪種形狀的蜂巢？為什么？

假如我是蜜蜂，我會選擇建造正六邊形的蜂巢。因為正六邊形的蜂巢有三大優點：第一，每個蜂房都是密鋪的，既不留空隙，也不相互重疊；第二，正六邊形的蜂巢用料最少，可以采用最少量的蜂蠟建成最大的蜂巢；第三，正六邊形的蜂巢抗壓能力最強。雖然圓柱體抗壓能力最強，但在平面密鋪的基礎上，圓形最終會被擠壓成六邊形。比較正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱，正六棱柱的抗壓能力最強。

你還發現哪些物體有蜂巢結構？這種設計有什么好處？

生活中具有蜂巢結構的物體還有：蜂窩板材、蜂窩填充料、蜂窩底的鍋、移動通信基站的蜂窩狀排列，等等。

這種設計的好處是：六邊形排列沒有縫隙，有效空間最大，所用材料少等。

人們在造船時，從魚的身上得到了哪些啟示？

它們的對應關系是：魚的鰭對應船的槳和櫓，提供前進和轉彎的動力；魚的流線型身體對應潛艇的外形，減少水的阻力，行進更快更省力；魚的骨架對應船的龍骨，提供整個身體的支撐；魚肚子里的鰾對應潛艇的蓄水艙，通過充氣和注水，調節上浮和下沉。

查資料，了解人類從鳥的身上獲得了哪些發明創造的啟示。

人類從鳥類的身上得到了啟示，發明了滑翔機。

人類從蝙蝠的身上得到了啟示發明了雷達。

鳥類可以在空中自由飛行，這對人類是多么大的吸引和激勵啊！400多年以前，意大利人達·芬奇根據對鳥類的觀察和研究，設計了撲翼機，試圖用腳蹬的動來撲動飛行。后來，經過許多科學家的試驗，終于在1903年發明了飛機，實現了幾千年來人類渴望飛上天空的理想。

小小的蜂鳥是鳥中的“直升機”，制造具有蜂鳥飛行特性的垂直起落飛機，已經成為許多飛機設計師夢寐以求的愿望。還有科學家從鴿子的視覺發達得到啟示，發明了“電子鴿眼”；從貓頭鷹眼睛的特殊構造，發明了“夜視儀”；利用鷹的眼睛發明了“電子鷹眼”；從啄木鳥覓食中受到啟發，發明了“防震頭盔”

人類模仿生物的結構和功能，創造出各種人造物。這些做法逐漸發展為一門從自然中學習，進而應用到工程技術中的學科——仿生學。

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研究蜂巢形狀的奧秘。

蜂巢截面

形狀

壁長

/厘米

內切圓

直徑/厘米

4個密鋪后

有幾道壁

4個密鋪后壁的總長度/厘米

抗壓能力

(書本數)

正三角形

4.56

2.64

41.04

正方形

正六邊形

1.86

3.22

35.34

我的結論：

許多動物具有與生俱來的特殊本領，你認為可以從它們身上獲得什么啟示？進行哪些發明創造？

禿鷲飛得高，能飛上

9000米的高空

發明飛機

游泳冠軍旗魚的時速高達113千米

發明火箭

抹香鯨是潛水冠軍，能潛入海洋2200米深處

發明潛水艇

尖尾雨燕是飛行冠軍，時速可達350千米

發明飛機

6.蛋殼與薄殼結構

觀察并描述雞蛋殼的特點。

雞蛋呈橢球形，外表光滑，表面有細微的氣孔，內部有一層薄膜。雞蛋殼的主要成分是碳酸鈣，并不堅硬致密。

用手能把1枚雞蛋握碎嗎？

因為雞蛋是橢球形的，用手握雞蛋時，手部施加的壓力能被蛋殼外凸的曲面分散，所以雞蛋不易握碎。此外，蛋殼內附著的一層富有彈性的薄膜所產生的預應力，能拉緊整個蛋殼，增加了蛋殼的抗壓能力。

蛋殼為什么能承受這么大的壓力？

薄薄的雞蛋殼之所以能承受很大的壓力，是因為蛋殼曲面可以看成由無數的拱拼接而成的，能夠把受到的壓力分散到蛋殼的各個部分。

蛋殼曲面可以看成由無數的拱形拼接而成，而拱能把受到的壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分，所以拱形能承受巨大的壓力。

外形為弧形的建筑結構被稱為拱。常見的拱形有：拱門、牌坊、城堡、水渠、宮殿等。著名的建筑有法國的凱旋門、中國的趙州橋、古羅馬水渠等。

拱橋的承重能力大于平橋。拱能把受到的壓力向下和向外傳遞給相鄰的部分，如果能抵住外推力，拱就能承受巨大的壓力。

人們從蛋殼中得到啟示，發明了薄殼結構。薄殼結構具有優越的受力性能，且輕便省料，因此在建筑中被廣泛使用。

薄殼結構的建筑有：國家大劇院、悉尼歌劇院

薄殼結構的物體有：野營的帳篷、各種各樣的燈泡、工地上的安全帽等。

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科學閱讀。

薄殼結構

在自然界中，一些植物的種子外殼、動物的蛋殼和各種貝殼，都是天然的薄殼結構。它們用很少的材料獲得無比堅硬的外殼，以抵御外界的侵襲。

以蛋殼為例，通常情況下，蛋殼厚度只有0.38毫米。這么薄的蛋殼，簡直不堪一擊。然而，蛋殼的形狀可以增大它的承受力，凸出向外的曲面能把壓力分散。特別是當它均勻受力時，抗壓性就更強了，遠不是看上去的那么脆弱。

人類從蛋殼這樣的天然殼體中受到啟發，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，將各種形式的薄殼結構運用到大跨度的建筑中。這些薄殼結構的建筑能夠達到力學設計的基本要求——用料少，抗壓能力強。

尋找生活中的薄殼結構建筑或物品，把它們的照片貼在下面，或把它們的樣子畫在下面。

7.海豚與聲吶

人們在水池里插上金屬棒，海豚游動時絕不會碰到；即使被蒙上眼睛，照樣暢游無阻，還能準確捕捉獵物。這個實驗說明，海豚探路不是依靠視覺。

海豚在水里能夠發出一種人耳聽不見的聲波，聲波遇到物體后會反射回來，被海豚的耳朵接收，海豚就能確定物體的形狀、大小和位置。海豚采用的這種方法叫回聲定位。

根據回聲定位原理，科學家發明了聲吶。現在，聲吶已被廣泛應用于各種艦艇、水下作業及漁業勘測等。

潛艇的聲吶系統利用聲波對水下目標進行探測、定位、識別等。

B

超診斷儀同樣利用回聲定位原理，將超聲波射入人體，通過分析體內組織產生的回聲，探測人體內部是否健康。

雷達則利用類似的原理進行工作。雷達發出的電磁波遇到目標時會返回，從而測定目標位置、速度等，為飛機導航。

B

超、雷達的工作原理和海豚探路有什么相似之處？

海豚、聲吶、B

超、蝙蝠都屬于回聲定位的工作原理。

某些動物能通過口腔或鼻腔把從喉部發出超聲波，利用反射回的聲波來定向，這種空間定向的方法稱為回聲定位。

聲吶是利用水中聲波進行探測、定位和通信的電子設備。

雷達將電磁波以定向方式發射至空間，借由接收空間內存在物體所反射的電磁波，可以計算出該物體的方向、高度及速度，并且可以探測物體的形狀，以地面為目標的雷達可以探測地面的精確形狀。

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畫出聲吶、B超診斷儀和雷達的工作原理示意圖。

聲吶

B超診斷儀

B型超聲診斷儀的基本工作原理超聲波是一種超出人耳聽力范圍的聲波，發射頻率在2萬赫茲以上，通過人體組織后反射回來顯示在熒光屏上，形成很多亮暗不一的光點，構成一幅切面圖像來診斷疾病。

雷達

科學閱讀。

蝙蝠與回聲定位

蝙蝠的視力很弱，但是聽覺很靈敏。實驗證明，蝙蝠主要靠聽覺來發現昆蟲。蝙蝠在飛行的時候，喉內發出超聲波。超聲波能夠像波浪一樣向前推進，遇到物體就被反射回來，形成根據物體性質不同而產生不同聲音特征的回聲。蝙蝠能夠用耳朵接收這種回聲，并根據回聲的頻率、音調、聲音間隔等特征，確定物體的性質和位置，判斷探測目標是昆蟲還是障礙物，以及距離它有多遠。蝙蝠的這種探測目標的方式，叫作回聲定位。

蝙蝠利用回聲定位來捕捉昆蟲，其靈活性和準確性是非常驚人的。有人統計，蝙蝠在幾秒時間內就能捕捉到一只昆蟲，一分鐘可以捕捉十幾只昆蟲。蝙蝠還能從雜亂無章的充滿噪聲的回聲中檢測出某一特殊的聲音，然后迅速進行分析和辨別，以區別反射聲波的物體是昆蟲還是石塊，或者更精確地判斷是可食昆蟲還是不可食昆蟲。蝙蝠回聲定位的精確性和抗干擾能力，對于人們研究提高雷達的靈敏度和抗干擾能力，有著重要的參考價值。

8.我們來仿生

人或動物任何一個動作的產生，都不是一塊骨骼肌收縮、舒張完成的，而是多組肌群在神經系統的調解下，骨、關節和肌肉的協調配合完成的：骨骼肌接受神經傳來的刺激，會收縮，牽引著它所附著的骨，繞著關節運動，從而產生各種動作。

在手臂模型中，硬紙板代表長骨；對折的硬紙板代表前臂的橈骨和尺骨；鉚釘代表關節；繩子代表連接上臂與前臂的骨骼肌肉。

在“保護色”游戲中，小動物卡片代表生活在樹叢中的小動物；以正常速度走過這條小路代表不經意的觀察狀態；重走一遍小路，代表仔細的觀察狀態。

迷彩服是作訓服的一種基本類型。“迷彩”是由綠、黃、茶、黑等顏色組成不規則圖案的一種新式保護色。

迷彩服的種類和作用。

黃綠色的迷彩服是叢林迷彩，用于陸軍夏作訓服。

荒漠迷彩，用于陸軍冬作訓服。

藍色的迷彩服是海洋迷彩，用于海軍陸戰隊。

螞蟻、竹節蟲等昆蟲都有三對足，在爬行時總是以三條足為一組，以三角形支架結構交替前行。它們可以輕松跨過障礙物，也可以隨時隨地停下來。

工程師借鑒昆蟲的三角步態在穩定性、機動性等方面的優勢,設計并制造了六足仿生機器人。這種機器人可以輕松跨越森林、沙地、沼澤等特殊路面,能夠從事工程勘測、反恐防暴、軍事偵察等難度較大或具有危險性的工作。

錐形瓶和燒瓶內大口小，普通刷子無法將其內部清洗干凈。河鲀又叫氣鼓魚，它有又叫氣鼓魚，它有個本領：一遇到驚嚇，身體就會迅速脹大好幾倍，以嚇退天敵。技術人員從中受到啟示，發明了一種像河鲀那樣形狀可變的試管刷子。

仔細觀察周圍的生物，思考它們能給你什么啟示。試著模仿一種生物的形態、結構或功能，設計一種產品。

貓的耳朵可以改變朝向，以便接收不同方向傳來的聲音。

鴨子劃水十分輕松，模仿鴨蹼發明腳蹼，可以為人們游泳、潛水提供前進動力。

翠鳥的錐形喙前小后大，在快速入水捕魚時可減小阻力，錐形列車車頭在列車高速行駛時可減小空氣阻力。

野豬利用泥土細粒對氯氣的吸附作用過濾空氣，豬鼻子防毒面具前端進氣口填充有類似細土吸附功能的活性炭。

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仿照示例，觀察身邊的生物，設想仿生兩件物品。

序號

身邊的生物

仿生的物品

原理分析

鴨子的蹼有助于它劃水

模仿鴨蹼的形態和功能設計腳蹼

鴨子劃水十分輕松，模仿鴨蹼發明腳蹼，可以為人們游泳、潛水提供前進動力。

翠鳥的嘴呈錐形

高速列車的車頭設計成錐形

翠鳥的錐形喙前小后大，在快速入水捕魚時可減小阻力，錐形列車車頭在列車高速行駛時可減小空氣阻力。

野豬鼻子中塞滿細泥土，過濾掉氯氣

前端裝有活性炭的豬鼻子防毒面具

野豬利用泥土細粒對氯氣的吸附作用，過濾空氣，豬鼻子防毒面具前端進氣口填充有類似細土吸附功能的活性炭。