制作可準(zhǔn)確計(jì)時(shí)的小車

王克忠

實(shí)驗(yàn)原型及不足

《小車的運(yùn)動(dòng)》一課，以學(xué)生喜愛的小車為話題，對(duì)小車在平面上的運(yùn)動(dòng)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(guān)”進(jìn)行探究。

在本次實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于學(xué)生來說，最大的困難在于如何準(zhǔn)確測(cè)量小車快速通過一段距離需要的時(shí)間。傳統(tǒng)的秒表可以計(jì)時(shí)，但是卻很難記準(zhǔn)確。怎樣解決計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確的問題？結(jié)合我校開展的創(chuàng)客教育，我與學(xué)生一起設(shè)計(jì)了一款“計(jì)時(shí)小車”。

制作材料

車輪4個(gè)、車軸2個(gè)、橡膠軸套若干、椴木板、長螺栓及螺母、Arduino主板、數(shù)碼管、開關(guān)、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(gè)角上分別固定一個(gè)五金件，穿上車軸，用軸套固定，然后加上4個(gè)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(guān)、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(duì)應(yīng)著連線。程序設(shè)計(jì)可參考編寫軟件mixly。

3.在底盤上四個(gè)角的位置鉆孔，穿上4個(gè)螺栓，用螺母固定好，再各安一個(gè)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(gè)和底盤一樣大的盒子，作為小車的車斗。在對(duì)應(yīng)著小車底盤的4個(gè)螺栓的位置分別鉆孔。

5.將小車底盤和車斗對(duì)應(yīng)著固定好。在小車前端系上細(xì)線，掛上一個(gè)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(shè)置起點(diǎn)和終點(diǎn)，在終點(diǎn)處用木板設(shè)置障礙，防止小車掉下去。

使用方法

計(jì)時(shí)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(hào)，當(dāng)遇到黑色和白色時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的值。小車從起點(diǎn)的黑線進(jìn)入白色區(qū)域開始計(jì)時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)的黑線停止計(jì)時(shí)，從而獲取小車在白色區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。具體步驟如下：

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

2.松開手，在螺母拉力帶動(dòng)下小車開始向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)終點(diǎn)時(shí)，數(shù)碼管顯示時(shí)間。例如數(shù)碼管顯示“1：44”，此時(shí)可以記錄下小車運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是1"44。

3.再把小車推到起點(diǎn)處，然后松手，進(jìn)行第二次測(cè)量。

拓展及應(yīng)用

改進(jìn)后的計(jì)時(shí)小車還可加入碼盤，結(jié)合對(duì)置的紅外發(fā)射接收模塊，利用檢測(cè)到黑色塊和鏤空塊（如圖4）的值，結(jié)合一圈轉(zhuǎn)多少個(gè)黑色塊和鏤空塊以及小車輪胎的周長編寫程序，之后測(cè)量小車運(yùn)動(dòng)的路程、時(shí)間，就可計(jì)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(yīng)用于小學(xué)、中學(xué)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，具有很大的推廣價(jià)值。