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一道TOPS的物理作业题

背景介绍: 这是TOPS 12年级上学期AP Physics C 学了1个月左右的一次作业。在这之前学生已学完力学,电学等物理基础课。大部分学生也修完计算机的两门课。

5个人一个小组,小组开支必须小于175加元。两周内完成。因作业期间还须正常上课,必须用课余时间完成。老师不提供指导。

题目: 在一个 4米 X 8米的室内地板上,随机的摆放5个铁皮罐头平盖子。设计并制作出一套装置,寻找并捡起这些盖子,再放到指定的地面某处。运用所学的物理和计算机知识完成。

考核: 老师会任意往地面丢5个盖子,学生把装置放地面上后,人都离开。几分钟后进屋检查结果。

本题得分占这门课最终成绩的15%,按小组打分,每人得分一样。

我只知道一个得满分的答案,当然我不会说出来。请诸位还有思考能力的同学想一想,怎么按照要求做出来。理性讨论,打架的不要。发言请稍微考虑到自己的教育背景。
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Replies, comments and Discussions:

  • 枫下家园 / 望子成龙 / 一道TOPS的物理作业题 +1
    背景介绍: 这是TOPS 12年级上学期AP Physics C 学了1个月左右的一次作业。在这之前学生已学完力学,电学等物理基础课。大部分学生也修完计算机的两门课。

    5个人一个小组,小组开支必须小于175加元。两周内完成。因作业期间还须正常上课,必须用课余时间完成。老师不提供指导。

    题目: 在一个 4米 X 8米的室内地板上,随机的摆放5个铁皮罐头平盖子。设计并制作出一套装置,寻找并捡起这些盖子,再放到指定的地面某处。运用所学的物理和计算机知识完成。

    考核: 老师会任意往地面丢5个盖子,学生把装置放地面上后,人都离开。几分钟后进屋检查结果。

    本题得分占这门课最终成绩的15%,按小组打分,每人得分一样。

    我只知道一个得满分的答案,当然我不会说出来。请诸位还有思考能力的同学想一想,怎么按照要求做出来。理性讨论,打架的不要。发言请稍微考虑到自己的教育背景。
    • 哥,你好勤奋呀,赞一个。
      • 这不才考完,让感兴趣的未来tops家长也了解一下。
        • 还是那个 Van Bemmel 吗? 20年前就是他,人非常好,业务也很棒。
          • 对。他快退休了
    • 能不能换成英文题,物理不懂。
    • 吸铁石可解
      而且立见成效
      • 如何放下来。。。
        • 安装在指定的地点
      • 太复杂,要注意题目两点1是人离开,2是175元。解法,只要人离开后清洁工进来,给75元扫一下,还倒赚100
        • 关键是铁盖。不用离开,立马出结果。
          啪,就吸上去了
          • 175块钱买不到能吸32平方米的磁铁
            • 通电,产生电磁
              • 那更贵,得用超导才能产生那么大的磁场
                • 怎么可能,只需通电和电极
                  • 物理题。能算出来的。
    • 是不是计算几何题
      • 物理,计算机。数学当然要用
        • Kiji上买个二手扫地机器人
          • 。。。没发票?
            • 感觉往机器人方向思考是不对的,肯定成本过高。
              • 175块做得到
                • 那就买三件东西:PI,玩具车和摄像头,用OpenCV, 计算机视觉,发现瓶子盖,然后PI控制小车走一条最短路径(计算几何),小车底部放一块磁铁。
                  • 1.吸在车底掉不下来了 2. 预算
                    • 去掉摄影头,采用固定线路扫描方式,换电磁铁。
                      • 没有摄像头,难道就没办法定位了吗。。。固定路线太长,有32平方米的面积
                        • 除了视频,还有激光,声波两种方式,肯定超预算,而且对于平放在地上的瓶盖也不太适合。
                          • 嗯。。。有一种没超。怎么发现目标是第一步。
    • 正道就是 机器人自动模式编程,解决所有问题,就是预算超了
      • 方向对
      • 怎么找到盖子,怎么拿到,怎么放到指定的地方。最关键的,要哪些部件,怎么用175块钱做到
    • 这个
      • 这个预算可能会超,也捡不起薄铁皮盖子。时间只有两周的业余时间
        • 思路是一个思路, 只要参加过这种竞赛培训的都没问题。
          • 这是物理作业,和竞赛思路不一样。过程都要算出来
      • 说实话, 这些所谓计算机编程, 数学竞赛, 我都不鼓励我儿子在中小学阶段超前学习。我对他的体育运动倒是支持多一些, 因为这个省钱哈。儿子上学几件不同校队队服换着穿, 从不追求名牌, 还特自豪。 +1
        • 这是作业题,没办法 +1
          • 这题和first robotics 比赛类似。
            • 这个没有 first robotics 那么有趣,但用的物理和计算机知识比那个要深。纯粹就是个作业,考核学生对前面多门课程的掌握程度。
              • STEM 是趋势
    • 类似的更难的这类题在多大的Engineering science中也会有
      类似的更难的这类题在多大的Engineering science中也会有。比如说,有一堆杂乱的红白球,要设计并制作出一转运机械电子装置,把这些红白球分别装入不同的盒子中,每盒装入的红白球数量要可随时更改的,数量也可更改,计数,并且转运设备有容量限制,必须要多次抓取,球中还有杂球虽然颜色相同但重量不同要能排除掉。
      • 这个题的特点是运用了物理的一些基本理论,限制条件多,学生真要算不少东西
        • 用到了步进电机,驱动块,光电识别,称重,计数,还要去定制线路板
          • 每一步都是个物理题。怎么定位目标,怎么捡起来,怎么记住路径。编程量也不算小。
    • 在目标点制造具大的能差,水自然往低流.例如在目标点做个磁铁,然后玩具车全面扫地.经过目标点时,自然就收集了.这算什么鸟的物理题?叫工程题还差不多
      • 用风扇吹也许也可以
        • 我想过吸尘器,但是那个房子那么大,不够力.大马力风扇可能超支了
      • 题意,题意要注意啊!怎么你就不知道外面的世界不等于你大脑中的海洋呢?
        • 任意丢在地面的几个盖子,居然还想着在目标点制造出巨大的能差。。。想好了再来说。
    • 步徑馬達,3.9米鐵桿,強力磁鐵,捲線器,8米以上電線.電池組,鐡桿兩頭加滾輪.
      • how much... 还有可行性怎样。。。
        • 可行性應該沒問題,馬達組一頭,雙輪組在另一邊,馬達收綫,所有金屬物質可以完整收集,可以使用觸斷或是控制開關.金額應該不高,試驗幾次應該可以調整到可用狀態.
          • 假设这个装置能捡起铁盖。如何实现无人操作? 如何把铁盖放到目的地? 电源如何解决?没有交流电可用,一切都得由175加元解决。。。 +1
            • 唯一比較困難的是把收集的鐵蓋放到目的地.其他應該都能做到.
              • 没看到控制和数据处理部分。是在整个房间扫一遍吗?怎么知道捡起来了?
                • 因為考的是物理,所以我認為應該儘量用各種物理原理來完整解題,而不是用編程和機械人,編程和機械人應該會有自己的比賽方式.
                  • 你的这个方案,磁铁捡到盖子后,放不下来。已吸了一个盖子的磁铁还能吸几个盖子也未知。如果每吸到一个盖子都放到目的地(假设解决了放下问题),得记住上回的位置。这需要计算机处理。题目要求就是用所学的物理和计算机知识完成
                    • 空心鐡桿感磁,收放問題不大,要放回任意特定地方,只憑物理機械原理,的確比較困難.
                      • 草山兄干过机械行业?
                        • 看過台灣私立國中的物理月考,類似的題目,在體育館舉行,考不過的才須要參加筆試,筆試滿分只有65分,實作最低也有80分,很有意思.教學目的不一樣,所以我說TOP program 有實質意義. +1
                          • 他们的教学方式很独特。
    • 真心建议心有余力的家长和学生能更多帮助改善学校和社区,既然从学校和program里受益,就也争取做更多的贡献,这对哪个program 都适用。比如说,TOPS的学生能不能辅导同学校非tops的学生学习,以改善那周围的社区环境,这不是更能贡献社会,体现领导力吗? +2
      • 有些学校请家长当顾问辅导club的。
      • 您的心地太纯结善良了,跟不上社会发展了。
        TOPS已经有您建议的这种辅导学习组织。我儿子踊跃申请成为小老师,但是一直没有学生要求帮助。等了半年,好不容易有个学生要辅导,临开始前取消了,不来了。
        我本将心向明月,奈何明月照沟渠。其他学生不想学,也不能拿枪逼着学呀。
        其实教育局想法和您一样,所以把TOPS放在这个“差校”,但是真的带不动。
        加拿大是发达国家,根本不缺资源。不是资源问题。
        • 为您的儿子和他的同学们点赞👍我觉得还可以更用力些,
          多想些办法,出力没效果还可以出钱来激励其他学生们的积极性。学生们把参加竞赛的劲头拿出来,家长们把研究孩子作业题的时间拿出来。况且周围的环境好,TOPS的学生上学也会更安全更开心。这是摆在身边的能够造福社区改变世界的挑战
    • 没时间去考虑那么多,但想到一个简单的解决方法:买一个家用清洁机器人来改装一下,把扫地部件改为一个磁铁盘片(或拆个旧硬盘用里面的强磁块),机器人有遍历地面的功能并能回到指定充电位置,预算若怕不够可以买二手的嘛,呵呵...
      • 不。能。用。强。磁。块!!! 吸住了怎么放下来?
        • 哦,没看清楚,还有必须放下这个要求?那也简单啊,买点线和俩电池做个线圈电磁铁(应该挺简单的),然后弄个电开关,一断电就没磁性了,也就是放下了....开关控制可以在收集后的指定处做个机关,一触到就断电...
          • 指定目的地就是室内某一小片地面,莫机关可做
            • 那就遍历完后就断电呗,把扫地机器人里面的控制程序弄出来改一下不就完了......买个二手清洁机器人,或干脆有学生直接从自家拿台旧的出来用,改装硬件和改里面的控制程序这是最简单的解决方案!
              • 二代受的教育是要尊重知识产权,不会去把别人产品机器人的程序偷出来改着用的,那又不是open source
                • 你题目像是没说对,中学生做这题是不能用可编程的集成块,而大学生做同类题是要用到芯片编程。
                  • 这作业就包含编程部分,学生已学完两门计算机课。
                    • 如果用到编程,这题就简单了,行车路线的坐标就可控了,再加几个机械装置就完工了。
                      • 这才开始破题。坐标如何定,如何探测到盖子,如何捡起来。
                        • 坐标在开机时设定原点。金属探测器自己用线绕或买一电子产品,形状与三极管一样的东西直接用,探到金属直接输出1
                          • 金属探测对的。
                            • 上回我汽车发动有时起来有时不起来,后检查是汽车金属探测器坏了,换了新的车就好了。所以认识了金属探测器。
                              • 这东西专业叫法是叫什么camshaft position sensor,实际上就是金属探测器。
                              • 金属探测的原理是什么,在什么情况能探测到金属,如何精确定位。预算上不可能买现成的,自己如何做。这些都要算出来。
                                • 做探测器有两种方法,一种是绕一圆线圈,具体上网查,还有一种是用小弹簧吊起一只小磁铁,这磁铁下部要有限位并装上小开关
                                  • 第三种就是买霍尔元件,这种最方便,但你说不可以。
                                    • 预算限制了
                                      • 不超5元,外观就是一三极管样子,一点点大
                                        • 输出是什么信号?
                                          • 数字
                                            • 我看了一下它的原理,好像只能输出1或0。它能探测到与金属的距离吗?
                                              • 不能探测距离,远了探不到。
                                                • 用电感要精确一些。车子匀速经过时,产生电流最大的时候离得最近。
                                                  • 电感是摸似的,当然是数字技术精确
                                                    • 电感+放大+A/D。成本也就10几块,但能给出精确值
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                                                        • 芯片不太贵,好像有AD,记不太清。要另搭个简单放大。学生用那种针孔板,没用印刷板。
                                                • 既然可靠性可能有问题,还不如用小磁铁遍历后直接吸取,在指定地方放一个强磁铁再吸下来完事.....这种办法是可以事先用强度不同的磁铁来做试验的,确认能吸取和被吸下来就行...
                                                  • 用电感的可靠性没问题
                                                  • 吸了一大堆,走起来不方便
                                                    • 也就5片而已,多做几次试验就知道了.....
                                                      • 大磁铁会把车子也吸住
                                                        • 都说通过做试验来确定咯,可以用多块磁铁来组成模块化的磁铁组,通过增减来试验强度,控制到刚刚好既能吸下盖子又不至于把车子也吸住,另外车子本身的体重/块头也可以调整的嘛...
                                                          • 这个有点难度。如果在实验场所找到了最佳磁铁配置,在考核场所地面的光滑程度不一样怎么办?又不能把磁铁组钉在地上。
                                                            • 这都算问题?用一片薄铁片直接放(吸)上去然后搁地面不就得了?那玩意又不是小纸片儿轻飘飘的......
                                                              • 你这个用大磁铁吸小磁铁的方案,最大的问题是你不知道目的地在哪里,因为是老师定的。实验做得再好,如果目的地在屋子中央,你在那放一块大磁铁,空车子跑那也会被吸住
                                              • 学生们是正在做这题,还是已做完了?如果正在做要让他们自己想,否则家长帮忙就成作弊了。
                                                • 学生已毕业。
                                                  • 我不是学电子的,不是学控制的,也不是学无线电的,上面东西纯粹是修自己车过程中学到的。算自学类。🌝🌝
                                                    • 很好了,感觉方向没错。
                                                      • 谢谢夸奖了
                                                    • 电子是自控专业的必修课吧?离开电子咋自控?自控专业学东东范围蛮广的:电子(因为涉及传感、驱动、反馈)、材料、力学、机械、电脑/编程....自控出来的对车原理算是最容易理解的,知识几乎全覆盖了...
                                                      • 不奇怪,我都不是,所以说错了
                                                      • 我现在也没明白,以前大学有电子专业也有自控专业,两者有什么不同?
                                                        • 电子专业侧重的是电子线路/硬件/元件的产品设计/生产,主要是弱电,强电是电工类的了。自控是需要懂得电子原理,主要是使用电子产品来用于自控系统,是电子产品的用户/应用集成而非电子产品的设计/生产...
                                                        • 以前国内电子专业以信号处理为主; 自控以电机,流水线控制等为主。
                                                          • 信号处理方面,电子和自控都学的,只是侧重不同,甚至有的还挺相近的呢,比如与抗干扰/滤波、还有信号的采样、编码/解码等等不少是相通的.....你说的电机之类只是驱动方面,自控需要接收/分析信息才能发出相应的控制指令,所以对信号/信息分析处理方面很重要....
                                        • 我汽车上用的,带铝外壳罩子,带线才9元。
                • 唉呀,俺说改的意思跟很多码工码农们平时干活没太大区别,不就是剪刀加浆糊么,说“偷出来改”不好听嘛,那叫学习然后借鉴,呵呵,要这么严格的话,得有多少码农侵权啊....会抄也得有本事滴... +2
                  • 那叫作弊。。。
                    • 学习也算作弊,那码农们是天生会的吗?不是从看别人的码开始学的?只要看别人写的都算作弊..... +1
                      • 肯定不能把人家的产品程序偷出来改。再说了,这种嵌入式系统,能偷到的也是汇编码,改起来还不如自己编。
                        • 方向没错,就大概那意思呗,俺没功夫来慢慢细抠这啊那的还得规避copyright啥的,指个大概方向,让娃们去折腾完事.....
                          • 方向错了。。。
                            • 咋错了呢,不就是有限地面面积的遍历+吸取+放下么?无非是遍历工具若清洁机器人不行/太贵,就考虑用可编程控制的步进电机,驱动一个装有电磁铁的小车子....
                              • 多想想,看到底怎么做出来。很有意思的一个题
        • 再用一块更强的磁铁去把它吸下来。这样总可以了巴
          • 嗯,更强的磁铁放哪?极性怎么摆? 如果是异极,就会连机器人一起吸住,盖子还是下不来。如果是同极,就永远不会让机器人靠近。。。
            • 哦,那就不行,等我想好明天再说一说
            • 吸取又放下,肯定是用俺说的电源可控开关+线圈电磁铁是最简单的实现方案.....
              • 肯定得用电磁铁没错。
    • 嘿嘿,看了一大轮,开始有一种“不是我知道的正确答案就不对”的感觉了。
      • 你的高见,如果有道理,自然会值得讨论。
        • 我没啥高见,只是前面8了一轮的感觉,千万别讨论……