王克忠

實驗原型及不足

《小車的運動》一課，以學生喜愛的小車為話題，對小車在平面上的運動過程中所產(chǎn)生的問題“一輛載重汽車行駛的快慢與哪些因素有關”進行探究。

在本次實驗中，對于學生來說，最大的困難在于如何準確測量小車快速通過一段距離需要的時間。傳統(tǒng)的秒表可以計時，但是卻很難記準確。怎樣解決計時不準確的問題？結(jié)合我校開展的創(chuàng)客教育，我與學生一起設計了一款“計時小車”。

制作材料

車輪4個、車軸2個、橡膠軸套若干、椴木板、長螺栓及螺母、Arduino主板、數(shù)碼管、開關、9V電池、紅外發(fā)射和接收模塊、杜邦線、熱熔膠、五金固定件、小自攻螺絲、小黑板、大白紙、黑色寬膠帶等。

制作過程

1.用切割鋸割椴木板一塊，尺寸為15？cm×10？cm。四個角上分別固定一個五金件，穿上車軸，用軸套固定，然后加上4個車輪，做成小車的底盤（如圖1）。

2.分別在小車底盤上安裝Arduino主板（如圖2）、數(shù)碼管、開關、9？v電池、紅外發(fā)射和接收模塊等，用熱熔膠粘牢固，并用杜邦線對應著連線。程序設計可參考編寫軟件mixly。

3.在底盤上四個角的位置鉆孔，穿上4個螺栓，用螺母固定好，再各安一個螺母，調(diào)整到統(tǒng)一的高度。

4.用椴木板和熱熔膠制作一個和底盤一樣大的盒子，作為小車的車斗。在對應著小車底盤的4個螺栓的位置分別鉆孔。

5.將小車底盤和車斗對應著固定好。在小車前端系上細線，掛上一個回形針，方便掛螺母（如圖3）。

6.在小黑板上鋪白紙，用黑色膠帶設置起點和終點，在終點處用木板設置障礙，防止小車掉下去。

使用方法

計時小車的底部有紅外發(fā)射和接收模塊，發(fā)射和接受產(chǎn)生的紅外信號，當遇到黑色和白色時，會產(chǎn)生不同的值。小車從起點的黑線進入白色區(qū)域開始計時，到達終點的黑線停止計時，從而獲取小車在白色區(qū)域內(nèi)運動的時間。具體步驟如下：

1.將小黑板放在桌上，小車放在起點處，打開開關，此時數(shù)碼管顯示“0000”。

2.松開手，在螺母拉力帶動下小車開始向前運動，當?shù)竭_終點時，數(shù)碼管顯示時間。例如數(shù)碼管顯示“1：44”，此時可以記錄下小車運動的時間是1"44。

3.再把小車推到起點處，然后松手，進行第二次測量。

拓展及應用

改進后的計時小車還可加入碼盤，結(jié)合對置的紅外發(fā)射接收模塊，利用檢測到黑色塊和鏤空塊（如圖4）的值，結(jié)合一圈轉(zhuǎn)多少個黑色塊和鏤空塊以及小車輪胎的周長編寫程序，之后測量小車運動的路程、時間，就可計算出小車的平均速度，也可用數(shù)碼管顯示出來。此小車廣泛應用于小學、中學的相關實驗中，具有很大的推廣價值。