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科学、技术、工程和数学实验室
抓取器

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教师工具箱图标 教师工具箱 - 本节的目的

游戏部分的目标是让学生测试构建并帮助他们探索通过链接转换运动。 让学生测试抓取器如何移动。 激励讨论部分提供了一些问题,让学生思考剪刀连杆如何改变力的方向以及如何改进抓取器的构造。 “播放”部分的第二页将介绍专业剪叉式升降机中使用的剪叉连杆,以提供另一个熟悉的分析背景。
分组工作时,可以分配以下学生角色:

  • 构建专家: 负责了解 Grabber 的结构并在活动期间的不同点演示构建操作。

  • 记录员: 负责在工程笔记本中记录整个团队的反馈。

如果小组人数超过两人,则不止一名学生可以分担同一角色的职责。

单击此处可获取基于团队的工程笔记本评分标准 (Google / .docx / .pdf),单击此处可获取协作评分标准 (Google / .docx / .pdf)。 有关对各个工程笔记本进行评分的评分标准,请单击此处 (Google / .docx / .pdf)。

第 1 步:  检查抓取器

在 Grabber 构建的步骤 2 中,您通过使用销钉将两个梁在中心连接在一起来创建连接。 这就形成了剪刀连杆机构。 当您想到剪刀的两侧如何围绕中心点移动时,这一点应该很容易记住。

  • 建造专家: 双手握住底部两根横梁的末端。 通过将双手分开然后再合拢来关闭和打开抓取器,类似于使用一把剪刀但用两只手。

  • 记录器: 在工程笔记本中绘制草图并解释构建专家的运动与抓取器的运动相比如何。 比较每个光束的移动方向并识别模式。
    提示:看看销钉如何影响横梁的运动。

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需要注意的模式是,当构建专家将抓取器的两端移动得更近和更远时,销钉充当枢轴点,横梁分别向内和向外移动。

第 2 步:  考虑延长抓取器

抓取器具有三个剪式连杆。 添加更多的剪式连杆将使抓取器能够进一步提升或延伸。

  • Build Expert: 将抓取器放下,使其半打开。 考虑一下如果在构建中再添加两个剪式连杆,抓取器会更长。 您可以使用两个底梁的长度来估计。

  • 记录器: 绘制扩展 Grabber 构建的草图。 解释为什么添加两个剪刀连杆可能不是一个好的设计计划。 如果在构建中添加两个以上的链接,抓取器的工作方式会发生什么变化?

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添加两个剪刀连杆将改变控制抓取器所需的力,并会降低构建的稳定性。 抓取器越长,需要更大的力来推出或拉入。 增加的重量还会对横梁,特别是销钉施加更大的压力,从而降低其稳定性。

激发讨论图标 激发讨论

问: 当用户将抓取器手柄的两端推到一起时,抓取端是靠得更近(捏)还是靠得更远(张开)?
A: 当用户将手柄移近时,抓握端会移近(捏或抓)。

问: 推或拉抓取器手柄所产生的力是否始终朝同一方向移动还是会改变方向? 如果改变方向,力在哪里改变方向?
A: 推动或拉动抓取器手柄所产生的力会在构建中的枢轴点或固定连接处多次改变方向。

问: 随着更多连杆的添加,如何改进构建使其更加刚性和稳定?
A: 一种可能的解决方案是使用更厚的梁来提供更高的稳定性(例如,使用 2x4 梁而不是 1x4 梁)。 另一种可能的解决方案是使用更长的引脚(1x2 或 2x2 而不是 1x1 连接器引脚)。

扩展你的学习图标 扩展你的学习

为了扩展此活动,请向学生解释简单的杠杆是两杆连杆机构(如剪式连杆机构)的示例。 地面被认为是通过关节或支点连接到杠杆的一个连杆。 在剪式连杆机构中,没有由支点创建的接头,而是由销创建的枢轴点。
让学生探索更复杂的联系,并在工程笔记本中记录他们的设计/细节。

更复杂的联系的一些例子是:

  • 二进制链接

  • 三元链接

  • 四元链接

  • 五环链