2020年4月8日 星期三

教师姓名: 朱石明
所属学校: 江苏省兴化中学
地区: 江苏 泰州市
研究实践

基于激光测距技术自由落体运动的研宄
----第三十届江苏省青少年科技创新大赛-科技辅导员创新成果
项目编号 学科分类 竞赛组别 项目类型 代表队 关键词
PH19011 物理教学类 小学组 个人项目 江苏省 运动研宄 自由落体 激光测距技术
项目简介:

  研究自由落体运动,经典的实验方法是利用打点计时器在随重物下落的纸带上打点,通过分析纸带上点的间距来研究自由落体运动的规律。但由于纸带摩擦、打点较浅等诸多问题,有很多值得研究的空间。在信息时代,我们可以进一步鼓励有兴趣的学生大胆创新,利用Arduino自主设计实验装置,借助传感器快速获取实验数据,最后借助现代化的数据处理软件进行数据分析,以培养学生的创新能力和借助现代化工具进行数据处理的能力。本项目提供一种利用Arduino与激光测距技术的传感器来研究自由落体运动的方法,作为对利用打点计时器研究自由落体运动实验方法的补充和拓展,更具有较强的趣味性。超声波测距传感器能够发出超声波并接收超声波,发出的超声波遇到障碍物反射回来,通过测量超声波从发出到接收经历的时间来测算障碍物到超声波传感器之间的距离。后来我们又进一步提高测量的精度,克服空气阻力的影响,我们采用了价格比较超贵的激光测距技术。实验时操作者在机械手上放好重物,让该物体位于超声波测距模块正下方,按下按键让物体自由下落。物体在下落过程中,可能由于环境干扰、物体可能未被传感器检测到等原因导致传感器采集到错误的数据。显然一次成功的自由落体实验,在实验者操作正确的前提下,串口监视器中会打印出足够数量的递增的数据,反复实验,筛选出一组有效实验数据进行分析。可见,这样的实验能够培养学生搜集数据、分析数据的能力。主要创新点:1.可作为对利用打点计时器研究自由落体运动实验方法的补充和拓展,更具有较强的趣味性。2.采用了价格比较超贵的激光测距技术,克服了超声波传感器测距所引起的小空气阻力的影响。3.一次成功的自由落体实验,即可通过连有Arduino主控板的电脑所打开的编程软件,打开串口监视器,串口监视器中会打印出足够数量的递增的数据,即可用所得到的一组实验数据进行数据分析,而计算出当地的重力加速度。

动圈式扬声器的发声原理
----第二十六届江苏省青少年科技创新大赛 科技辅导员创新成果
项目编号 学科分类 竞赛组别 项目类型 代表队 关键词
PH15004 物理教学类 高中组 个人项目 江苏省 发声原理 动圈式扬声器
项目简介:

1、项目摘要; 动圈式扬声器的发声原理教具,可先演示原理,再展示结构,可清晰地动态展示扬声器工作原理,并认识常见的扬声器。所创新设计的可拆卸扬声器,可以在播放音乐同时,通过手动旋转操纵杆,而控制螺杆带动磁铁左右移动,从而达到分离出扬声器内的强磁力磁铁,进而能观察到扬声器内部部件的工作。向学生清晰地生动地展示了扬声器的内部结构,帮助学生深刻地理解了扬声器的工作原理。最后还可指导学生自己去动手制作简易的扬声器,由于材料易得成本低,并有较好的音质效果,所设计的饮料瓶扬声器、透胶带扬声器、纸杯扬声器,能让学生在制作实践中深刻体会扬声器的工作原理。 2、背景思路; 在生活中到处可以见到扬声器的身影,很多中小学生都会对这个可以“说话”的装置产生了浓厚兴趣。设计可拆卸扬声器,向学生动态地展示扬声器的内部结构,再指导学生自己去动手制作简易的扬声器,可以很好地激发学生学物理的兴趣,并提高动手能力。 3、方法原理; 实践制作体验法、科学实验法、对比法。 4、创新点; (1)本教具系统性强:可先演示原理,再展示结构,并了解常见扬声器,最后还可以再指导学生自己亲自去动手制作简易扬声器。从原理到结构,再回到实践,通过制作活动进行再认识,符合学生的认知规律。 (2)演示用的扬声器可边工作边拆卸:通过对一只大口径大功率扬声器的改造,可以在播放音乐同时,通过手动旋转操纵杆而控制螺杆带动磁铁左右移动,从而达到分离出扬声器内的强磁磁铁,而观察到扬声器内部核心部件的工作,可清晰看见扬声器的内部结构,并了解扬声器的工作原理。 (3)可引导学生动手制作简易扬声器:饮料瓶扬声器、纸杯扬声器、透明胶扬声器等。这些制作实践活动都有共同的特点:结构简单,制作容易,由于采用了高磁性铷磁铁,灵敏度较高,成本几元,材料易得,音质效果好。非常适合生动手制作,增强动手能力。 5、完善设想; 将作品制作得更加小巧简便。

3D立体扫描演示装置
----第二十七届江苏省青少年科技创新大赛 科技辅导员创新成果
项目编号 学科分类 竞赛组别 项目类型 代表队 关键词
IO16013 其他 高中组 个人项目 江苏省 扫描 立体 3D
项目简介:

1、项目摘要;   3D立体扫描演示装置,其设计原理是基于单摄像头与线型激光构成的测距模型。如何只用一个摄像头而去判断物体表面的距离呢?大家一定都会有这样的生活体会,通常如果闭起一只眼睛,仅一只眼晴去观察是很难判断目标的深度信息的。本3D立体扫描演示装置,巧妙地利用“一”字形的线型激光打到物体上,线型激光从侧面一定角度去观察,便在物体表面呈现出激光扫射平面与物体相交的表面轮廓线,通过与其互成一定角度的摄像头拍到激光反射后轮廓曲线,而计算出激光曲线对应的坐标,变成一条深度信息,曲线绕 360度,就可以还原成一个三维实体模型。3D立体扫描演示装置采用结构透明的或者纯白色有机玻璃制作而成,其20厘米半径旋转平台则使用的是亚克力材料,旋转平台覆有防滑表面,以防止扫描的时候物体移动。转盘由轴承支撑着,由高精度步进电机推动其进行360度旋转,中间正对扫描对象采用的是罗技C270高清网络摄像头记录下曲线数据。 2、选题确定;   如今,越来越多的3D初创公司试图挤进当前尚小但是却在不断扩展的增材制造社区。而对于3D实物扫描设备其价格贵到让人望而却步,而在创客的教学课堂上,则需要一个演示3D扫描的演示装置,让学生更好地领会3D扫描原理。在创客的教学课堂上,则需要一个演示3D扫描的演示装置,让学生更好地领会3D扫描原理。 3、方法原理;   资料收集法、走访调查法、科学实验法、对比法。先研究3D扫描成像的特点,寻找仅用一只摄像头检测成像的依据,寻找相应的检测传感器,设计检测电路,最后对3D演示装置作了尽可能的美化。 4、主要创新;   (1)巧妙地利用一字形的激光及与其互成一定角度的摄像头构成测距装置,获得扫描物体表面的深度信息。   (2)研究和理解的3D扫描仪的功能,并可作出适合自己的修改,共同探究以帮助改善其性能及扩展其功能;   (3)3D立体扫描演示装置采用透明的、纯白色有机玻璃制造,能让学生更好地领会3D扫描原理。

养生煲茶神器
----第二十八届江苏省青少年科技创新大赛 科技辅导员创新成果
项目编号 学科分类 竞赛组别 项目类型 代表队 关键词
OT17008 其它类 高中组 个人项目 江苏省 神器 煲茶 养生
项目简介:

冬天喝茶的杯子放置十多分钟就会很快变凉,热量散发得很快,“人走茶凉”是很“现实”的事,如果有我们制作的“智能煲茶神器”,冬天品茶就成为很方便的事,你还可以随时用它来温暧你的双手呢。它的外形很酷似一位绅士,用温暧胸膛随时为您将茶水的温度保持在您所需要的温度。您再也不要担心您的名茶有没有变凉,你可以随时喝上一口浓浓的香茶。为了便于查看温度,我在它下部设计一个三段式温度显示装置。最左边是启动加热的最底温度,最右边的是停止加热的最高温度,而在中间最显目的温度则是茶水实际所处的温度。主要创新:(1)可智能地全自动地呵护杯子中的茶水,永远保持在最合适的温度,让你随时能品上一口温度适合的名茶;(2)人性化的三段式LED温控智能控制系统,能适合不同的人的个性使用需求;(3)自适应弹性外壁加热设计,可以适应不同直径大小的各种茶杯,是办公桌上的极佳伴侣。冬天品茶养身时,当你看了十多分钟的书后,再去喝时,却已经变凉了。有没有一个能够煲茶的智能工具呢?而且还能适合各种不同直径大小的茶杯呢?本项目的思路是:改变冬天品茶时会变凉了的问题,而设计一个有情趣的“人走茶不凉”的杯中茶水、饮料的保温、煲茶的装置。特别对于教学工作者,一节45分钟,能在课间喝上一口温度适合自己所喜爱的茶,那可是更能激发上课热情的事,本作品以教师上课为开发背景,针对教师的健康而设计,其实并仅适合于茶水,另的矿泉水、奶茶、豆浆、及其它饮品都可适用,因人而异,可灵活应用。

幕后推手---楞次定律演示仪
----第二十九届江苏省青少年科技创新大赛 科技辅导员创新成果
项目编号 学科分类 竞赛组别 项目类型 代表队 关键词
PH18002 物理教学类 高中组 个人项目 江苏省 演示仪 易操作 趣味化 楞次定律
项目简介:

  运用了3D打印技术制作线圈框架和一些部件,通过ZVS直流升压将7.4V直流电升至450V给1000μF电解电容充电,再通过70tps晶闸管通入线圈,产生数千安培的瞬时直流电流,以产生巨大的磁通量变化。可使线圈上方的金属产生较大的涡流,因而产生斥力,可观察到上方金属物被弹至半空的现象。可以给学生以直观的现象,并拓展视野激发兴趣,还可以通过传感器和可更换模块进行定量分析和控制变量研究。本教具适用于高中物理电磁感应章节,可作为学生自主探究的模块化定量研究平台。并有许多衍生的新探究方向,实验效果非常具有吸引力,学生用了之后爱不释手。   本装置可以证明开口的铝环是也有在磁场的作用下而发生旋转的现象的。本装置是利用了电容通过短接线圈放电,瞬间产生较大的磁通量脉冲,线圈上方的金属产生感应电流,也称作涡流,其磁场方向与原磁场方向相反,因而上方金属物体在斥力作用下被弹到空中,这就是所谓的“有磁能使金属神奇飞出”的神奇现象。本楞次定律演示装置可完美兼容传统实验并有许多衍生的新探究方向,实验效果非常具有吸引力,学生这种趣味实验可以说会终身难忘。   本装置可在课堂上趣味地演示:幕后推手——金属块神奇向上飞出、让人振惊的反重力现象、趣味手势演示经典的楞次定律实验,会让您惊讶发现:磁铁穿过开口的铝环也有转动现象!   本装置可在课外作兼作为学生探究活动的平台,本教具所在传统的电磁感应实验中完全能替代条形磁铁的插入过程,并能精确读出电压,借助仿真软件进行定量研究,这便是电磁弹射技术的雏形了。   本楞次定律趣味化演示仪的创新点主要有: 1、采用模块化组件和高精度电压传感器方便控制变量进行定性研究,便于继续开发其它研究课题。 2、采用7.4V锂电池进行直流升压供电,使整个装置更具有课堂演示的便捷性,演示的趣味性极强。 3、任意角度均可以使用,结构简单、原理清晰、可靠度高,可以与传统实验相互融合。