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1、1极速先锋极速先锋壹、摘要:壹、摘要:四驱车是一台掌上型的马达电动车,我们所要研究的是如何使它跑得最快,我们改变车 子的外壳、轮胎、马达轴心的种类以及漆包线的粗细和圈数,分别测出他们之间的瞬时速度, 再加以整理分析并与理论相比较。贰、研究动机:贰、研究动机:小时后曾经玩过风靡一时的四驱车 ,我们都以跑的快为目标,当时看到别人的四驱车 跑得很快时,我都会问他怎么办到的,可是得到的答复总是:经验累积并将漆包线改一改, 自然而然就跑得快啦!我们在高一已学到马达的基本构造,我们想要了解如何使马达跑的 最快?叁、研究目的:叁、研究目的:一、找出不同直径的漆包线与车速的关系。 二、找出不同圈数的漆包线与车
2、速的关系。 三、找出不同轴心与车速的关系。 四、四轮传动和二轮传动对车速的影响。 五、车壳(阻力)对于车速的影响。 六、轮胎材质与车速的关系。肆、研究设备与器材:肆、研究设备与器材:一、光电定时器 五、充电器 九、马达 十三、电阻 二、三用电表 六、充电电池 十、磁铁 十四、鳄鱼夹三、伏特计 七、轨道 十一、漆包线 十五、电阻 四、安培计 八、润滑油 十二、各式板手、螺丝起子伍、研究过程与方法:伍、研究过程与方法:实验一:漆包线的直径(实验一:漆包线的直径(d d)与速度()与速度(V V)的关系)的关系 1.了解光电定时器和三用电表的用法。 2.将轨道组合完毕并将光电定时器摆在适当位置。参考
3、所学过的基本马达制作。首先先将漆包线用 7x3 的圈 数做出马达(马达构造如右图,3 的原因是电枢铁 芯分成 3 部分) ,测试是否能使四驱车跑动。使用光 电定时器中以测量通过截面时间的方式求其瞬时速度,共取八个数据,最后求其平均速度(车身长 0.150m) 。3.在第一阶段的实验中分别使用直径0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm 的漆包线以相2同的圈数绕出五种不同的马达。缠绕马达要注意线是否缠紧,同时要注意漆包线有无刮 干净。测量时要注意可能会发生马达空转、接触不良等种因素影响到速度,这时便要重 测。 。 4.将测出的所有数据纪录下来,求出五种马达的平均速度,同时绘成表
4、格(表一到表五) 。5.利用 R,是铜在 20为 1.6910-8m,测出漆包线的长度(L) ,分别算出这AL五组漆包线的电阻的理论值。即 R=1.6910-822dL6.将漆包线串联 3.6 伏特的电池、10的电阻、毫安计,并联一伏特计,测出漆包线的端 电压及所通过的电流,相除即为漆包线的电阻实验值。7.将 2.4 伏特除以漆包线的电阻实验值得到电流的实验值,而不用安培计直接测量漆包线 的电流是因为电流值太大,学校的安培计无法负荷。实验二:马达的圈数(实验二:马达的圈数(N N)与速度()与速度(V V)的关系)的关系 1.在此实验中,我们尝试改变圈数,测验是否圈数越多跑的越快(我们使用 0
5、.4mm 的漆包 线作代表。 ) 。2.漆包线分别绕成 33、36、39、312、315 圈,绕好之后便开始测试其个别的速度。 3.在测试的过程中,马达壳盖有发生起火花、熔化的情形,后来探讨其可能的原因是因为 电流过大而导致马达过热,所以马达壳才会忽然起火燃烧。马达壳烧坏后为确保实验的 准确度,换壳后实验二所有数据皆得重新测过。 4.将测试出的所有数据纪录下来,求出五种马达的平均速度,将其数据制成表格(表六到 表十) 。 5.将这五组漆包线分别拆下,并求出每组漆包线的电阻的理论值及实验值,方法同实验一之(六)、(七)。 实验三:马达轴心的长短与速度的关系实验三:马达轴心的长短与速度的关系1.使
6、用 0.7mm 的漆包线,圈数为 37,测试的轴心又分为短轴、次短轴、长轴、斜轴四种, 这四种轴的差别在于线圈所绕面积(A) ,轴越长的面积越大,漆包线也越长,所以电阻 越大、电流越小。2.我们测量的方式就如同第 2 点一样,只是这次用相同的漆包线(0.4mm)做缠绕, 缠绕的同时也要注意不可太用力,否则将漆包线扯断就要重新绕了。3.将测试出的所有数据纪录下来,求出四种马达的平均速度,将其数据制成表格(表十一 到表十四) 。4.将这四组漆包线分别拆下,并求出每组漆包线的电阻的理论值及实验值,方法同实验一之(六)、(七)。 实验四:磁铁和传动轴实验四:磁铁和传动轴 1.再来我们在强磁和普磁上分别
7、搭配二轮传动和四轮传动,以了解它们对于车速的影响。 2.在实验当中特别要注意的是,把两个强磁装入马达壳内,要避免碰撞,以免两个强磁断 裂。3.安装好后分别测出其速度,求出平均速度再将其数据制成表格(表十五到表十八) 。3实验五:轮胎材质对速度的影响实验五:轮胎材质对速度的影响 1.四驱车轮胎的种类有海绵胎、沙地胎和橡皮胎这三种,我们分别将这三种轮胎装到车上 测试其瞬时速度。 2.在测量前,我们一一将这三种不同的轮胎塞入轮胎框里,不过这个步骤需要很大的力气, 因为很难塞入,所以我们先用鸭嘴钳将轮胎撑开在套入轮胎框里。 3.将已塞好的轮胎安装在四驱车上,装好之后要注意是否固定住了,否则在测跑的过程
8、中, 轮胎会因转速过快而脱落,此时又要重测,这样一来电池也要换新的一副(充饱电) , 既费时又费力。 4.将测试出的所有数据纪录下来,求出五种马达的平均速度,将其数据制成表格(表十九 到表二十一) 。 实验六:车壳种类的形状对车速的影响实验六:车壳种类的形状对车速的影响1.此实验我们是从车壳下手,车壳形状分别为图 A(蓝) 、B(白) 、C(黄绿) 、D(黄)这 四种。A扁长方形 B流线形 C三角屋顶形 D高长方形 2.制作车壳的材料是用西卡纸做成的,并且要跟车身牢牢的黏在一起,以避免四驱车在跑 时会因为正面冲力太大,而导致车壳与车身分开。 3.在一切都准备就绪后,一一测出其瞬时速度,然后求出
9、平均速度,将其数据制成表格 (表二十二到表二十六) 。陆、研究结果:陆、研究结果:实验一实验一: : 漆包线的直径与车速的关系漆包线的直径与车速的关系 线圈(漆包线)直径分为 0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm 五种,我们使用不同直 径的漆包线但缠绕相同圈数(7x3),测出车子的时间与平均速度,数据如下(车身长 0.150m): 表(一):不同直径的时间及平均速度 线圈直 径12345678平均时 间(s)平均速 度 (m/s) 0.3mm 0.03780.03800.03880.04130.04000.03760.03830.04020.03903.853.85 0.
10、4mm 0.03310.03340.03360.03630.03490.03600.03470.03590.03474.324.32 0.5mm 0.03270.03230.03350.03350.03450.03480.03240.03520.03364.474.47 0.6mm 0.03280.03280.03160.03210.03130.03280.03160.03260.03224.664.66 0.7mm 0.02940.03060.03180.03100.03190.03190.03110.03120.03114.824.824表(二):不同直径线圈的电阻直径(d)线圈长 L(c
11、m)R 理论值()R 实验值 ()误差1/R(理论值)0.3mm710.210.2104.76 0.4mm710.120.1016.78.33 0.5mm710.0740.08818.913.51 0.6mm710.0510.04413.719.61 0.7mm710.0380.02923.726.32R 理论值: R=1.6910-8 是铜在 20为 1.6910-8m22dLR 实验值:电路图如下图,电阻值电压值/电流值测出的电阻值会略小于实际值3.854.324.474.664.8233.544.550.30.40.50.60.7 直徑(mm)速度(m/s)图一:直径与速度关系图4.76
12、8.3313.5119.6126.320510152025300.30.40.50.60.7直徑速度1/R图二:直径与速度及电阻倒数与直径的关系图实验二:马达的圈数(实验二:马达的圈数(N N)与速度()与速度(V V)的关系)的关系我们将漆包线(直径 0.4mm)的圈数分成 33、63、93、123、153 五种,分 AV待测电阻5别缠绕于马达上,测得的平均速度如下: 表(三):线圈圈数 3X3 的时间及平均速度 圈数 12345678平均时 间(s)平均速 度 (m/s) 3X30.05500.05950.05400.05830.05620.05990.05720.05680.05712.
13、632.63 3X60.03780.03760.03800.03810.03840.03770.03890.03930.03823.933.93 3X90.03140.03100.03010.03060.03000.03080.03060.03120.03074.894.89 3X12 0.02800.02920.02950.02950.02990.02900.02970.02960.02935.125.12 3X15 0.02740.02750.02800.02710.02810.02820.02820.02810.02785.395.39表(四):不同线圈圈数的电阻圈数漆包线长 (cm)R
14、 理论值 ()R 实验值 ()误差1/R(理论值)3X3280.0380.02926.726.32 3X655.50.0750.08817.313.33 3X9860.120.138.38.33 3X121130.150.18206.67 3X151500.200.2423.752.633.934.895.125.392.533.544.555.53x33x63x93x123x15線圈數速度(m/s)图三:圈数与速度的关系实验三:马达轴心的长短与速度的关系实验三:马达轴心的长短与速度的关系 马达轴心有分短轴、次短轴、长轴、斜轴四种,我们分别测其平均速率。我们使用的漆包线直径 0.7mm,缠绕圈
15、数 7x3 圈。 表(五):不同轴心的时间及平均速度 轴 心12345678平均时 间(s)平均速 度 (m/s) 短 轴0.03480.03490.03260.03470.03400.03370.03470.03430.03424.394.39次 短 轴0.02960.03020.03100.03170.03050.03030.03050.03120.03064.904.90长 轴0.03010.03030.03060.02950.02970.03030.03070.03070.03024.964.966斜 轴0.02880.03040.02930.02970.03070.03050.03070.03070.03014.994.99表(六):不同线圈圈数的电阻轴心漆包线长 (cm)R 理论值 ()R 实验值 ()误差1/R(实验值)短轴550.0240.02920.8 41.67 次短轴600.0260.02911.3 38.46 长轴710.0310.0296.532.26 斜轴640.02