关于《系统与设计》的两个实践——自发电手电的设计（一）简单自发电手电系统的设计试验一、试验目的1.认识自发电手电的发电原理并能加以应用2.会运用简单材料设计马达轴的运动控制使之持续运动提供马达发电动力二、试验准备1.乐高积木器材3件：普通马达、灯泡、轴套2.棉线1根（50厘米-1米）三、试验过程1.发放器材并清点2.将给定材料组成系统，使其能够发电生光3.研究持续发电的方法a)固定棉线b)设计棉线缠绕和拉扯方式c)发光时长竞赛4.器材整理检查，上交四、试验结论1.利用马达轴的旋转可以使马达线圈产生电流，在其输出端头接上灯珠可以发光2.马达轴的旋转越快，发光越亮，说明产生的电流强度越大3.绳线缠绕的方式可以使马达轴旋转，但绳线必须要固定，绳线缠绕要有序，以中段固定，2人配合，来回拉扯，往复运动的方式发光时间最长，几近无限。五、教学建议1.教学时间实践控制1课时（试验+设计方案），5-10分钟介绍自发电手电系统及设计（投影和实物配合），5-10分钟设计试验，约20分钟撰写个性的自发电手电系统设计方案，剩余时间交流评价设计方案。如时间宽裕可以用2课时，1课时试验和评价讨论，1课时设计方案和交流评价。2.教学具设计a)市场售透明自发电手电筒b)自制各种摇柄自发电手电若干（可以是乐高积木组装的，也可以是各种个性器材设计呈现的。3.学生试验器材a)如果有乐高积木的建议使用之，其操作简单，易实现，可反复使用且十分耐用；b)如果没有乐高积木，可以在附近的电子器材市场购买小型普通马达，用发光二极管做发光元件（注意单项导电性，极性不能接反），实现要根据所用马达试验要否限流，需串联多大的电阻，以保证不要烧坏发光二极管，只是在使用时要事先设计发光二极管和马达连接方式，可以是现场焊接，也可以是实现装上连接小插口（可以在电子器材市场买到，很便宜）c)可以在电子器材市场购买齿轮组，增加学生实践技术含量。（二）个性的自发电手电系统设计方案的呈现（参考方案）一、设计目标自发电手电系统二、设计要求1.不需要电池能手动产生电能提供灯泡发亮2.系统设备便于携带3.系统故障率小，使用方便三、设计分析1.不需要电池，又能有电发光，就需要用到电磁学原理，利用市场上出售的或家中玩具和电动设备上废弃的小型马达，实现磁生电。2.多级大小齿轮、同轴齿轮的使用可以实现旋转的加速。3.条形齿轮的应用可以实现将转动变平动。四、设计方案1.原理1）将马达的转动轴旋转，使马达内部磁铁在线圈中旋转，切割磁力线产生感生电流，使手电的电珠发光，实现照明。2）转动轴旋转越快，产生电流越大，手电越亮。可以通过齿轮组实现多级加速。3）原理图：4）4）转动变平动的设计需要弹簧和平齿轮或内弧齿轮的工作2.选用部件马达、齿轮组、导线、灯珠、固定件、外壳……3.功能实现摇动或移动齿轮，灯珠发光。4.优化设计1）马达微型化2）齿轮加速增加，使用异形齿轮增加功能，如条形齿轮改变用力方向，再增加弹簧可以做成手握方式工作3）使用高亮度发光二极管作为发光源，可以节约能源，增加亮度，延长寿命4）可以借助自然力发电，如水力、风力等五、设计感想曾经见过市场上出售的自发电手电，原来只知道使用，只感觉很奇妙、很有用，原理很复杂，没有想到自己也能根据所学知识进行设计，用学校提供的马达试验了一下，觉得效果不错。通过设计不仅掌握了自发电手电的工作原理，学会了系统的设计，更看到了自己的能力，原来我是可以做好很多事的。××马达Х×
