國立科學工藝博物館 科學學習中心

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物理應用

:::首頁>教學資源>物理應用
  • 二足步行機械實作
  • 簡單機械(第五冊第三章)/電流磁效應的應用(第六冊第二章)/製造科技概說(第三冊第七章)/營造科技概說(第四冊第七章)/能源與動力科技概說(第六冊第五章)
  • 機構與結構/電動機/材料加工與工作安全/力與結構/動力與機械
  • 180分鐘
  • 薛鈺藏老師
  • 一、 能將圓周運動轉換為直線運動二足步行機械。
    二、 觀察二足步行機械運行的狀況,了解曲柄運轉的方式。
    三、 能選用適當的材料製作出一台簡單機械。
    四、 能利用正確的工具加工生活中常用的材料。
  • 詳細器材明細請詳閱教案或PPT
  • 一、 立式鑽床定位,每座之間預留安全距離。
    二、 長髮學員需束髮,以免被機器捲入。
    三、 電烙鐵應放置固定架中,不用時拔除電源,以免誤觸燙傷。
    四、 準備水盆於快乾膠沾黏皮膚時泡水慢慢軟化脫膠,不可用力撕扯。
    五、 洗手台備妥濕抹布方便清除手上的白膠。
  • 檔案下載
    教案-二足機械(生活科技).pdf | 二足機械(生活科技)PPT.pdf |
  • 時間 教學活動流程 教學資源
  • 10分鐘
    一、 引起動機
    1. 展示二足步行機械,請學生觀察機械外觀,及使用材料。
    2. 啟動二足步行機械,請學生仔細觀察機械的運動狀態。
    3. 提問:
    (1) 請問機械的動力來源為何?(電動機馬達)
    (2) 馬達運轉的路徑為何?(圓周運動)
    (3) 如何讓圓周運動轉變為二足機械運動?(曲柄的使用)
    二、 認識二足機械構造
    1. 前視圖
    2. 後視圖
    3. 透視圖
  • 10分鐘
    三、 減速馬達的認識與應用
    1. 日常生活中常見的減速應用-變速腳踏車上坡時,以小輪帶動大輪,則輸入動力小輸出動力變大,但車輪轉速變慢。反之,在平地時以大輪帶動小輪,則輸入動力大輸出動力變小,但車輪轉速變快。
    2. F130DC馬達的工作電壓3V~6V、啟動電流約1.5A、空載0.8A。
    3. 馬達顏色與速度的辨別:以3.8V空載轉速紅色約12000RPM、白色約18000RPM、黑色約24000RPM,轉速會因電壓、電流值不同而改變,且各家廠商出品的馬達轉速也會有差異。
    4. F130直流馬達正負接線控制正轉逆轉,電壓電流控制轉速。
    5. 馬達減速生活實例-電動車、機器手臂、3D列印機等等。

    四、 曲柄在生活中的應用
    1. 曲柄:將一連桿裝上兩個軸,其中一個為圓心,另一個以圓周運動繞行圓心
    2. 曲柄動作:藉由外圍轉軸帶動圓心軸轉動(省力),反之,由圓心軸轉動帶動外圍轉軸轉動(費力)。(可連結至輪軸概念)
    3. 生活中常見的曲柄:腳踏車踏板、機器檯面升降搖桿、收線器手把、手搖發電機轉把、引擎曲軸連桿(或稱為曲柄連桿)、步行機械傳動曲柄。
  • 135分鐘
    五、 二足步行機械實作(詳細製作過程請參閱製作步驟)
    1. 製作支架
    2. 製作曲柄
    3. 製作雙足
    4. 軸套製作
    5. 電路配置
    6. 整體組裝
    影片觀賞
  • 10分鐘
    六、 原理說明
    TT減速馬達使用1:120的減速齒輪箱,其輸出動力較大,但轉速慢,相對比較適合需要動力的步行機械。TT馬達由兩軸做軸心轉動,利用曲柄帶動足部支點作圓周運動。二足步行機械的雙足曲柄為反向180度裝置,當其中一腳往上升起,另一隻腳則往下移動,來產生步伐邁進的動作。
  • 15分鐘
    七、 運轉測試與觀察
    1. 觀察曲柄轉動與二足跨步的連動關係?
    2. 觀察馬達安裝位置(影響重心位置)與機械是否能順暢前行的關係?
    3. 嘗試將馬達電源反接,探討機械會跌倒的原因?(重心與前進方向)
    4. 探討腳趾上抬的高度與曲柄上兩個軸心的關係?
    5. 除了足部的動作以外,是否可增加其他連動裝置?(頭、手)
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