全国青少年机器人等级考试一二级教学内容及安排D及全国科技小制作 获奖作品介绍(有彩图)

全国青少年机器人等级考试一二级教学概述及教学安排D简单机械（功和能量）功：当一个力作用在物体上的时候，如果这个力让物体在这个力的方向上移动了一段距离，那么，这个力的作用就显示出了成效，在力学里就说这个力做了功。功的大小是力乘以胃的方向上移动的距离，单位是焦耳。因此，功包含的两个必要因素就是：作用在物体上的力以及物体在这个力的方向上移动的距离。通过我们以前学过的杠杆和滑轮，在这两个机械机构中，只要省力就费距离，费力就会省距离。且力和距离的乘积是固定的，所以我们得出一个重要结论：任何机械都不省功。功率：就是单位时间内做的功，通常用P表示。功率的单位是瓦特，因为功的大小是力乘以距离，而距离又等于速度乘以时间，所以功率=力*速度能量转化：一切物质都具有能量，能量以多种不同的形式存在；按照物质的不同运动形式分类，能量可分为机械能、化学能、热能、电能、辐射能、核能、光能、潮汐能等，这些不同形式的能量之间可以通过物理反应或化学反应相互转化。动能是物体在运动时具有的能。势能包括重力势能和弹性势能。重力热能是物体由于被举高而具有的能量。弹性势能是物体由于弹性形变而具有的能量。机械能是动能和势能的总和。当物体下落时，高度越来越小，那么它的重力势能也越来越小，但是物体的速度会越来越快，所以它的动能也越来越大。（重力势能越来越小，但动能却越来越大，它们之间就是一个转换的过程，如果不考虑空气阻力的话，机械能是不变的，重力势能减小的部分都变成了动能）。在荡秋千时，从最低点到最高点的过程中，速度越来越小，而高度越来越大，这时动能转化为重力势能，到达最高点时，速度为零，动能也为零，全部动能转化为重力势能。从最高点下降到最低点的过程中，速度越来越大，而高度越来越小，这时重力势能转化为动能，到达最低点时，速度最大，动能最大，重力势能最小。荡秋千时的能量变化如下如示：高度：最低点——到最高点——到最低点速度：速度最大——速度为零——速度最大能量：动能最大——势能最大——动能最大能量守恒：能量不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变。D作业单选题1.2016年世界机器人大会在哪举行？（A.中国北京）A.中国北京B.美国纽约C.中国西安D.美国加州2.目前正在研究的“智能机器人”属于第几代机器人？（C）A.第一代机器人B.第二代机器人C.第三代机器人D.第四代机器人中国首次举办机器人世界杯，在哪个城市？（中国苏州）A.北京B.苏州C.广州D.天津4.下列描述错误的是（B）A、机器人的输入设备是用来获取数据的；B、机器人的主控是用来传递数据的；C、机器人的输出设备是用来传递指令的；D、输入设备、输出设备、主控制器对机器人来说是缺一不可的。5.机器人三定律由谁提出？（美国科幻作家艾萨克•阿西莫夫）A.美国科幻家艾萨克•阿西莫夫。（在《环舞》短篇小说中提出机器人三定律）B.乔治•德沃尔。（工业机器人先驱，创造世界第一台可编程机器人--尤尼梅特）C.意大利作家卡洛•洛伦齐尼。（写出《匹诺曹》）D.捷克剧作家卡尔•恰佩克。（在戏剧创造出“机器人”一词）6.1959年，第一台工业机器人诞生于（B.美国）。A.德国B.美国C.英国D.日本7.关于机器人“恐怖谷理论”，下面说法正确的是？（D）A.由美国机器人专家提出。B.人类不喜欢机器人。C.机器人不喜欢人类。D.随着机器人的拟人程度增加，人类对它的好感度就会改变。8.谢克机器人在1966年诞生，关于谢克机器人下面说法正确的是？（D.第一台移动机器人）A.第一台潜水机器人B.第一台飞行机器人C.第一防水机器人D.第一台移动机器人9.关于机器人比赛，以下说法正确的是？（D）A.有时需要人为干预B.有时不需要人干预。C.有时需要两个机器人配合D.以上说法都正确。10.力的单位是（牛顿）。A、千克B、千米C、小时D、牛顿11.成熟的苹果往地上掉是因为（重力）A、动摩擦力B、静摩擦力C、重力D、弹力12.上图中（a）与（b）的描述：力的作用效果和力的（大小）有关。A、方向B、作用点C、大小D、高度13.上图中（a）与（c）的描述：力的作用效果和力的（方向）有关。A、方向B、作用点C、大小D、高度14.上图中（a）与（d）的描述：力的作用效果和力的（作用点）有关。A、方向B、作用点C、大小D、高度15.直升机起飞靠的是（气压差）A、重力B、摩擦力C、弹力D、气压差16.由于地球的吸引而受到的力，叫做（重力）A、弹力B、动摩擦力C、静摩擦力D、重力17.两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或者具有相对运动趋势时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫（摩擦力）A、弹力B、动摩擦力C、静摩擦力D、摩擦力18.拉同一物体，滚动的方法比推动的方法轻松，是因为滚动摩擦力比滑动摩擦力（小得多）。A、大得多B、小得多C、相等D、不能确定19.车子的轮胎上都是有花纹的，这些花纹主要是为了让轮胎增加车子与地面之间的（摩擦），防止打滑。重力B、摩擦C、弹力D、重量20.重力的方向是（竖直向下）。A、竖直向下B、竖直向上C、向左D、向右21.功的大小是力乘以力的（方向）上移动的距离。A、大小B、作用点C、方向D、摩擦因数22.（能量）在转化和转移的过程中，它的总和保持不变。A、摩擦B、重力C、压力D、能量23.功率是（单位时间）内所做功，通过学P表示。A、单位时间B、力的方向C、压力D、重力多选题1.力的三要素是（大小、方向、作用点）A、大小B、摩擦力C、方向D、作用点2.二力平衡的条件是（两力大小相同、方向相反、同一直线、同一物体）A、两力大小相同B、方向相反C、同一直线D、同一物体3.功是（力的大小）和（力的方向）上移动的距离的积。力的作用点B、力的大小C、力的方向D、静摩擦力势能包括（重力势能）和（弹性势能）重力势能B、动能C、弹性势能D、机械能机械能是（动能）与（势能）的和。A、动能B、重力势能能C、弹性势能D、势能能量不会凭空（消失），也不会凭空（产生），它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体。消失B、转移C、产生D、增加杠杆五要素是（）（填空）。请写出杠杆的公式（）。请举出生活中的费力杠杆有（）、省力杠杆有（）。天平属于（等臂）杠杆。三、判断题1.感知型机器人是第二代机器人。（正确）2.机器人能够代替人类完成全部工作。（错误）3.机器人通过传感器接收外界的信息，进行分析、判断，然后下达执行命令。（正确）4.在1966年诞生的谢克机器人是第一台飞行机器人。（错误）5.任何机械机构，只要省力就会费距离，费力就会省距离（正确）6.任何机械都省功。（错误）7.动能是物体在运动时具有的能。（正确）8.重力势能就是物体由于被而具有的能力。（正确）9.热能就是重力势能。（错误）流体隔膜吸排烟装置-第一届发明大赛获奖项目名称：流体隔膜吸排烟装置

所属类别：能源

获奖情况：三等奖

简介：作者揭示了厨房油烟的运动规律，提出全新的低位强排排风设计理念，采用流体隔膜吸排烟尘技术。一种流体隔膜吸排烟尘装置，装置的压力流体源和流体吸入口相互配合，将污染源产生的烟尘集中在吹出口和流体吸入口之间的烟尘通道中，不会使烟尘向四周扩散，与现有排烟装置比较具有显著的进步。

名称：文化月饼

所属类别：其他

获奖情况：三等奖

简介：

月饼馅料中具有可食的精美图案结构。在文化月饼被切开后，馅料横断面中呈现精美图案，给月饼增加装饰，同时，月饼自身能够承载更多的文化信息，如祝福的文字，吉祥的图案，使月饼增加了文化情趣色彩。该发明同时公开一种新的加工工艺：被包容食物具有的可食用的文化表达工艺构件是压力挤出成型模具制造的；复杂横街面图案工艺机构构件是用套装组合压力挤出成型模具加工工艺制造的。

名称：积压揉搓式洗衣机技术

所属类别：其他

获奖情况：三等奖

简介：

该洗衣机具有全自动洗涤功能。该技术主要特点是：

（1）模仿手洗的方式在洗涤盆内注水、洗涤，水泡过衣物即可，节水效果极为明显；

（2）不用强力搅动水和衣物，功率消耗低，节省用电；

（3）采用均匀的挤压、搓揉方式，消除机件对衣物的高速摩擦而产生的磨损和撕搅被坏，延长衣物的寿命，适应洗涤的衣物种类多；

（4）最大限度地提高洗涤剂在洗涤液中的浓度；强化了洗涤液对织物的交流和渗透作用；采用循环洗涤和脱水方式，确保衣物漂洗的效果。

名称：国境口岸媒介生物采样箱

所属类别：其他

获奖情况：三等奖

简介：

目前，国内外用于媒介生物采集的工具都是针对一种媒介所生产的，目标单一。可导致实际工作中盲目操作、经验采集错误以及大量的漏检漏报问题。由于对预处理技术重视不够，造成标本损坏严重，影响了标本的分类、鉴定。本发明突破以往单一目标采样的局限，实现了多目标复合采样的目的；同时，针对流行病学侦检和生物入侵检验的要求，采用多样化的样本保存技术，以保证虫媒病原体分离、检测和分析的需要；提高防护水平，确保采样安全。

名称：家用台式烹饪机器人

所属类别：电子信息

获奖情况：特等奖

简介：本专利采用台式结构及以家用电脑为主机的设计，是一种能自动加温、减温、加油、加水、加调料及翻炒等多项复杂操作的机械装置，在电脑控制下可替代家庭中人的烹饪操作及餐馆中厨师作业的一种台式烹饪机器人。该机器人能够在程序控制下进行多种类型的菜肴制作，每一种菜肴的口味和火候控制由事先编制好的程序来设定，程序编制参考厨师和美食者的经验编成。保证了菜肴加工制作的稳定性和一致性，同时又具有按品尝者的偏好进行调整的灵活性。台式机械结构包括：翻炒机械手、加料机械手、旋转调料仓、加液装置、加热装置；整体结构是通过平台和门式支架将翻炒机械手、加料机械手、旋转调料仓、加液装置、加热装置，接口电路、液晶显示器连成一体，再由电缆连接构成一个完整的机电一体化装置；该机电一体化装置与控制软件包一起构成家用台式烹饪机器人。

菜肴制作程序存贮于电脑的菜肴程序库中，这些程序可以从屏幕显示的菜单中选择调出，菜肴程序库是菜肴制作应用程序的集合，是一种标准化的资源可为本实用新型或其它类型烹饪机器人应用。名称：高压钠灯滤波节能匹配器

所属类别：能源

获奖情况：二等奖

简介：

《高压钠灯滤波节能匹配器》通过功率因数补偿电容把钠灯的功率因数提高到0.95以上，同时使钠灯的线路工作电流降低到原来的三分之一，线路的损耗只是原来的十六分之一。节约了大量的线损。通过滤波隔离装置使其系统谐波电流总畸变小于6%，解决了谐波对电网的污染问题。突出的创新点是：通过提高高压钠灯的功率因数和双重滤波装置不仅使现有的高压钠灯大到了节电20%以上的经济效益，还解决了高压钠灯产生的谐波电能再次利用进行做功，从而使电能充分利用，达到节能的目的

名称：贮热供暖箱

所属类别：能源

获奖情况：二等奖

简介：

目前燃煤、燃油、燃气直热式供暖设备热效率低、设备使用寿命短、运行成本高、污染严重。“贮热供暖箱"改变了传统的直热式供暖方式。可做到稳定低温传导，解决供热设备结垢的技术难题，延长了设备的使用寿命，综合运行成本比直热式供暖设备节约了30%~50%。贮热供暖箱是一种电能转换热能并可将热能贮存于贮热材料中的一种最新型的供暖设备，用户可根据所在不同地区的气候条件、建筑结构、环境要求等因素选择合适的贮热供暖箱，以满足供暖舒适的生活条件。

名称：太阳能、风能协同海水淡化船系统

所属类别：能源

获奖情况：二等奖

简介：

一种有效利用可再生能源来低成本持续制取淡水的方法及综合性技术解决方案，设计为模块化专用船舶结构，通过将几种可再生能源协同作用（风能、太阳能、水源热能），从而实现了规模化制取淡水。本系统可以在海上漂浮、定位及移动，不需要占用土地资源。其关键技术包括风能转化利用技术、太阳能技术、智能控制技术、压气蒸馏技术、超声波矿化技术等。可用于在可再生能源丰富的缺水地区通过淡化海水大量制取洁净的高品质淡水。名称：山区植树保湿保温技术

所属类别：环境

获奖情况：一等奖

简介：

“山区植树保湿保温技术”是针对北京地区干旱缺水，冬季寒冷树木不易成活的两大难题开展研究试验的。过去普通树坑，水分从树坑的侧面、上面大量蒸发流失，冬季寒冷，树木不易成活。为解决这些问题，在树坑的侧面、上面用塑料膜封住，把树坑外沿加高10cm左右。保住雨水不流失。为解决水分难以进入树坑土壤中的问题，在树坑上面的塑料膜上做了4-8个孔，水能流入树坑，同时，为解决水分容易从空中蒸发的问题，又将树坑上表面塑料上直接挖4-8个孔改为在塑料膜上嵌4-8个圆台形渗水孔可防止水分空中蒸发，能在树坑内循环，。成活率提高了86.1%。自动装订考卷打孔机在高中重大考试后，监考老师需手工装订考卷，浪费教师精力，效率不高。有什么办法能提高装订考卷的效率，节省教师精力呢？本发明是一种专门用于装订考卷的装置。二、结构它有一块下板，面积正好可放置一叠考卷，在其一端装有两个立柱座，可竖立两根立柱，立柱上端固定一根上板条，上板条中央固定一只上下电动机，立柱中央有一根电机条板可通过两只滑块上下移动，电机条板上装有九只电动机，并带动九只小直径钻头旋转。在滑块边沿有一块触板，在其两端一定位置有两只限位开关，当电机板条上升到一定位置触板会打开上限开关，使它停止上升；反之当电机板条下降到一定位置时触板会打开下限开关，使它停止下降，从而达到自动定位作用。三、电器原理图四、使用将需打孔的考卷放入下板中，按动手动开关，九只打孔电动机会转动，上下电机正转，电极板条向下移动，进行打孔。当电动板条到达下方位置，已完成打孔时，触版会触动下限开关，电机会自动反转，使电动板条向上移动，直至触板碰到上限开关，上限开关切断，从而达到自动关机的效果。下次使用只需再同时按动手动开关及正反开关即可。(上海市向明中学)圆珠笔火箭必备用品：圆珠笔、球（像网球一样弹性好的就可以）。1.把笔尖插到球上，使球即使提圆珠笔也掉不下来。2.抓住圆珠笔伸展胳膊，让球朝地，然后把圆珠笔和球一同放下。

圆珠笔从球上弹出后像火箭一样飞走，但是球本身却根本不弹跳或者弹跳得比平常弱得多。普通球由于几乎没损失动能，所以能弹跳到落地高度的90％。但球与圆珠笔一起落地的话，因互相冲突，球和圆珠笔都受影响。如果没有圆珠笔，球会弹跳起来，但一旦圆珠笔插在其上面的话，情形就不一样了。落地时，球的一部分动能会转移到圆珠笔上，即相当于圆珠笔所夺走的球的弹力。圆珠笔重量比球轻很多，所以圆珠笔的弹跳高度比球高。科技小制作：热风轮编者按：

空气的对流可以形成风，在火炉上方放上一片又薄又轻的纸片，纸片会向上飘动；滑翔机之所以能在天空中飞翔，也是受到了暖气流的作用。下面我们来做一个利用暖气流使风轮转动的热风轮。

材料工具：

15瓦平底灯泡连圆木灯座一只，250mm铁丝一段，大头针一根，揿钮一粒，空可乐瓶一只，易拉罐底壳一块，502胶水。

制作方法：

1、制作风轮：在易拉罐底壳上按图一画好（实线为剪切线、虚线为折线），剪下折好，并在它的圆心处装上揿钮。如果找不到易拉罐底壳，也可用直径60mm的圆卡纸替代。

2、制作支架：用502胶水将大头针粘在铁丝一端，另一端弯成一个小圆圈套进灯座上，同时用灯罩卡子固定，如图二。

3、制作外罩：按图三，剪去可乐瓶的顶部和底部，并在下部开几个长方形的通风口，做成外罩。

4、热风轮的装配与调试：参照图三，装上灯泡和风轮，套上外罩，点亮电灯，热风轮便开始旋转起来。

原理探究：

点亮电灯，热风轮自动旋转起来；熄灭电灯，热风轮就停了下来。这一切是不是很有趣呢？那么，这到底是什么原理呢？那是因为，空气受热膨胀，热空气的比重比冷空气小。由于灯周围的空气受热上升，下面的冷空气进行补充，如此循环形成对流，推动了风轮的转动。

大家还可以动手做一下，看看热风轮如果不用外罩，会不会转动？能不能利用这个热风轮做成一个走马灯？其实，热风轮不用外罩也可以，但是效果不如用外罩明显，因为相比较而言，不用外罩的话对流就不够集中。如果要把它改装成一个走马灯，只要选一张透明的薄纸，画上图画，按风轮的外径围成一个圆纸筒粘在热风轮的周围，走马灯就做成了，大家试试吧。

（上海市静安区青少年活动中心

邓建民）香港学生制作的抛石机抛石机是一种古代战场上使用的攻城武器，中国早在周朝就发明了，唐朝时由突厥人传给阿拉伯人，然后经阿拉伯人传到欧洲。

中国的抛石机是人力驱动的，欧洲在此基础上做了改进，发明了用配重驱动的方式，能够发射更大的石块。宋朝时蒙古人攻打襄阳城就使用了欧洲样式的抛石机，现在襄阳城里还存有当时使用的重达300斤的石球。

下图是欧洲的配重平衡式抛石机：

下图是一种中国式的抛石机：

下面几幅图片是香港学生在老师指导下制作简易抛石机的过程，所有图片出自。【材料及工具】

【投石臂】木筷子及汤匙

【底座】木筷子及防火板

【重物】9V电池

【粘合材料】胶带、热熔胶、铁钉、细绳

【工具】壁纸刀、锤子、胶枪、尺子、锤子、剪刀1、用热熔胶把木筷子粘合成抛石机的框架

2、把汤匙加在投石臂的末端，作为抛射物的容器

3、把9V电池加在投石臂的另一端，作为重物

4、一部桌上投石机组装成功了

5、另外一种样式的

6、用凳子、竹竿、水桶做成的大型的

利用水管的小制作现在家庭用的水管，包括暖气管，大多是白色的PVC塑料制成的，容易加工又美观，家里装修剩下的水管扔了可惜，于是被开发出许多用途来。

下面一步步介绍如何用水管来制作一些小的家庭用具。科技小制作

1、粗细不同的直水管和三通。有专用的截断PVC水管的的钳子，在卖水管的五金器材和水暖商店就有出售，便宜的30多块钱，但那种钳子十分锋利，不小心的话切断手指就像切豆腐那么容易，所以不建议使用。用家用钢锯甚至仅仅一根锯条也能截断它们，费力而已。

2、把管子按你自己的设计组装起来。组装这种水管同样有专用的工具，是一种通电的焊接机，便宜的不到100块钱，但同样使用起来很危险。好在我们只是拿它们做些小东西，并不用考虑接头的地方是否严密，会不会漏水，所以不需要专业的焊接。看图片，作者似乎用的是锤子，但根据我的经验，接头的地方还是需要用火烤一烤的。水管接头的地方烤软以后，迅速把直管插进三通里，等凉了以后就结实了。科技小制作

3、这是要做一个玻璃茶几，所以支撑玻璃的表面上要安装柔软的塑料吸盘。

4、把玻璃放上去，一个茶几就做好了。科技小制作

5、另外一种茶几。

6、鞋架。

7、毛巾架，挂在卫生间墙上那种。

8、用下水道用的那种粗的管子做的花盆，经装饰以后也很漂亮。

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砂纸、火柴盒、和火柴盒同样大小的小木块。工具：

铅笔、胶水、小锯子（或钢丝锯）。制作方法：小制作1．在小木块的侧面画一条对角线（见图1），按线把木块锯成两个三角块。2．把三角块磨光，在它的斜面上贴上一张和它同样大的砂纸（见图2）。3．把三角块放进火柴盒里，用胶水粘牢（见图3）。4．削铅笔时，把火柴盒空的一头推出，可盛放铅笔屑；接着，把另一头推出，可在砂纸上磨尖铅笔芯（见图4）。如果在火柴盒外面糊一层牛皮纸，再贴上一张纪念邮票，那就更美观耐用了（见图5）。利用水管的小制作现在家庭用的水管，包括暖气管，大多是白色的PVC塑料制成的，容易加工又美观，家里装修剩下的水管扔了可惜，于是被开发出许多用途来。

下面一步步介绍如何用水管来制作一些小的家庭用具。科技小制作

1、粗细不同的直水管和三通。有专用的截断PVC水管的的钳子，在卖水管的五金器材和水暖商店就有出售，便宜的30多块钱，但那种钳子十分锋利，不小心的话切断手指就像切豆腐那么容易，所以不建议使用。用家用钢锯甚至仅仅一根锯条也能截断它们，费力而已。

制作简单的望远镜选择物镜和目镜。买来的物镜测定焦距，把物镜对着太阳，在镜片的另一侧放张白纸板，前后移动白纸板，使太阳在白纸板上成像清晰。用直尺量出镜片到白纸板的距离，这个距离就是镜片的焦距，为17.8厘米。目镜的焦距已测得，是2厘米。

b）设计镜筒。为了便于调节焦距，以适应视力不同的人观测，整个镜筒做成两节，一节是物镜镜筒，一节是目镜镜筒。它们都用黄纸板（马粪纸）制作。物镜镜筒的直径约等于物镜的直径，物镜镜筒的长度约等于物镜的焦距。目精镜筒的直径约等于目镜的直径，目镜镜筒的长度比目镜焦距长50~80毫米。目镜镜筒的外径等于物镜镜筒的内径，使得目镜镜筒既能插入物镜镜筒，又能贴得比较紧，便于前后调节焦距。

c）物镜镜筒的制作。先找一根长度稍长于物镜焦距、直径约等于物镜直径的圆管做芯柱。

物镜镜筒用黄板纸条卷绕两三层制作。先把黄板纸切成70~80毫米宽的纸条。其中准备做第一层的黄板纸条，一面涂上墨，等墨干透后就可以卷镜筒了。注意墨面朝里，以消