科技辅导员创新成果竞赛项目研究报告
——基于数字化技术制作的力的合成规律的实验装置
摘 要：采用压力传感器，利用Arduino单片机控制，制作数字化拉力测力计，能定量探究力的合成时所遵循的平行四边形定则规律的实验装置，并详细介绍了实验装置的制作与应用过程。
关键词：探究、压力传感器、力的合成、平行四边形定则。
1 问题提出：
现行教材中，探究力的合成规律时，使用弹簧测力计来完成拉力的测量，如图1.1所示。弹簧测力计在使用时，存在较多的问题，例如力的大小的读数，测力计的校零，给实验带来比较大的误差。
我们采用数字化技术，量身定制了能够定量探究力的合成的平行四边形定则的实验装置，可以利用压力传感器测量拉力大小并直接在LCD屏上显示数据。
2 实验制作所需器材与程序准备
Arduino控制单片机1片、压力传感器及转换模块2套、LCD显示屏1个、亚克力板、铁丝、木材、导线、螺丝和胶水等。图2.1是压力传感器模块，用来测定装置对底座的压力；图2.2是HX711A/D转换模块，用来处理压力信号；图2.3是Arduino控制单片机，用来控制传感器测量物理量并将其在LCD屏上显示；如图2.4是本实验使用的桥式传感器配置图。
将用Arduino程序编辑软件编写的传感器控制及数据输出程序写入单片机，如图2.5所示是程序截图。
3 制作与应用
3.1简单制作
编写测试程序，对压力传感器进行校零。用铁丝制成测力钩，安装在压力传感器上，用电烙铁将压力传感器焊接上HX711转换模块，接入单片机。将压力传感器固定在木板上，用亚克力板和胶水封装，制成测力前端。将LCD显示屏接入单片机，并将LCD显示屏和单片机安装在亚克力板上。编写相应的测量程序，并写入单片机。在亚克力上端中间位置安装粘钩，将栓有两个细绳套的橡皮筋一端固定在粘钩上。如图3.1.1所示为该装置结构示意图，如图3.1.2所示为该装置实物图。
3. 2探究两个互成角度的力的合成规律
将装置放置在水平桌面上，接通电源，单片机运行初始化程序，将压力数值归零，LCD显示屏上显示两个力的示数均为零。使用两个测力计互成角度的将橡皮筋结点拉至某一位置，记录下结点位置O，并记录下两个拉力的大小和方向。改用一个测力计单独将结点拉至标记的位置O，记录下力的大小和方向，断开电源。
选择合适的标度，作出分力F1、F2和合力F的图示，看看三者间是什么关系。改变分力的大小和方向，重复上述步骤。如图3.2.1所示是学生的实验记录情况。通过多组实验，得出两个互成角度的力的合成规律：平行四边形定则，即两力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，如图3.2.2所示。
4 结束语
本实验使用数字压力化传感器，快速准确的测定对橡皮筋的拉力，并在LCD屏上显示，改变了传统实验使用弹簧测力计实验方法，加快的实验的速度，提高的实验的精度，减小了实验的误差。
——基于数字化技术制作的力的合成规律的实验装置
摘 要：采用压力传感器，利用Arduino单片机控制，制作数字化拉力测力计，能定量探究力的合成时所遵循的平行四边形定则规律的实验装置，并详细介绍了实验装置的制作与应用过程。
关键词：探究、压力传感器、力的合成、平行四边形定则。
1 问题提出：
现行教材中，探究力的合成规律时，使用弹簧测力计来完成拉力的测量，如图1.1所示。弹簧测力计在使用时，存在较多的问题，例如力的大小的读数，测力计的校零，给实验带来比较大的误差。
我们采用数字化技术，量身定制了能够定量探究力的合成的平行四边形定则的实验装置，可以利用压力传感器测量拉力大小并直接在LCD屏上显示数据。
2 实验制作所需器材与程序准备
Arduino控制单片机1片、压力传感器及转换模块2套、LCD显示屏1个、亚克力板、铁丝、木材、导线、螺丝和胶水等。图2.1是压力传感器模块，用来测定装置对底座的压力；图2.2是HX711A/D转换模块，用来处理压力信号；图2.3是Arduino控制单片机，用来控制传感器测量物理量并将其在LCD屏上显示；如图2.4是本实验使用的桥式传感器配置图。
将用Arduino程序编辑软件编写的传感器控制及数据输出程序写入单片机，如图2.5所示是程序截图。
3 制作与应用
3.1简单制作
编写测试程序，对压力传感器进行校零。用铁丝制成测力钩，安装在压力传感器上，用电烙铁将压力传感器焊接上HX711转换模块，接入单片机。将压力传感器固定在木板上，用亚克力板和胶水封装，制成测力前端。将LCD显示屏接入单片机，并将LCD显示屏和单片机安装在亚克力板上。编写相应的测量程序，并写入单片机。在亚克力上端中间位置安装粘钩，将栓有两个细绳套的橡皮筋一端固定在粘钩上。如图3.1.1所示为该装置结构示意图，如图3.1.2所示为该装置实物图。
3. 2探究两个互成角度的力的合成规律
将装置放置在水平桌面上，接通电源，单片机运行初始化程序，将压力数值归零，LCD显示屏上显示两个力的示数均为零。使用两个测力计互成角度的将橡皮筋结点拉至某一位置，记录下结点位置O，并记录下两个拉力的大小和方向。改用一个测力计单独将结点拉至标记的位置O，记录下力的大小和方向，断开电源。
选择合适的标度，作出分力F1、F2和合力F的图示，看看三者间是什么关系。改变分力的大小和方向，重复上述步骤。如图3.2.1所示是学生的实验记录情况。通过多组实验，得出两个互成角度的力的合成规律：平行四边形定则，即两力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，如图3.2.2所示。
4 结束语
本实验使用数字压力化传感器，快速准确的测定对橡皮筋的拉力，并在LCD屏上显示，改变了传统实验使用弹簧测力计实验方法，加快的实验的速度，提高的实验的精度，减小了实验的误差。
从故宫铜镜看古人如何造镜子
古往今来，爱美之心人皆有之。镜子由于具有映像功能，因而成为人们修饰仪貌的重要生活用具。在古代，镜子主要由铜铸造而成。我国铜镜铸造历史悠久，可溯源至距今约4000年的齐家文化时期。故宫博物院藏铜镜数千面，为战国至晚清的各个历史时期铸造。其形状多为圆形，还包括菱形、方形、葵花形等形式。这些铜镜的正面用于映像，背面多做丰富多彩纹饰及铭文，内容或为图腾信仰，或为吉祥文字，或为神话故事，或为楼台亭阁等。这些铜镜的铸造，历经制作镜范、浇筑原料、打磨镜面等工序，其中包含了丰富的古代科学智慧。
镜范是铸造铜镜的模型，由泥制成，也称为泥范，包括镜面范和镜背范。泥范主要由黏土和细砂构成。其科学性在于：材料透气性及热稳定性较好；黏土易于成型，可获得精美复杂的纹饰；细砂有利于防止泥范的变形。另外，泥范中还有掺入稻壳灰的做法，可提高泥范的冲型能力。明代科学家宋应星所撰的《天工开物》卷八之“镜”载有“凡铸镜，模用灰沙”。此处“灰”是指稻壳灰，“沙”是指细砂。镜范制成后需要缓慢阴干，然后入窑焙烧至920摄氏度左右。阴干有利于防止镜范开裂或变形，焙烧则可使其中的碳酸盐分解。另镜范多为侧立状，浇口上小下大，有利于金属液的充分注入；浇口、冒口的边缘与镜边缘相交处较薄，便于铸后清理。此外，镜面范有略凹进的弧度，也具有一定的科学性。平面镜虽然可保人像在镜中不失真，但是显示的范围有限。而当镜面略有凸起弧度（类似于球面镜），则可以获得较为全面的、不过于失真的人像。
当铜镜的颜色偏白时，有利于显示清晰的人物像。而当铜镜的硬度较高时，则有利于对其进行打磨。要使铜镜偏白且具有一定硬度，可适当增加铜镜中的含锡量。清代科学家郑复光所撰《镜镜詅痴》卷之一“镜资”载有“铜色本黄，杂锡则青，青近白，故宜于镜”，意思是指铜本来是黄色，掺了锡后就会变成青色，而青色与白色接近，因而适合做镜子。另秦国相邦吕不韦等人所撰《吕氏春秋》卷二十五载有“金柔锡柔，合两柔则为刚”，即铜锡合金（即青铜）比铜或锡硬度均要大。
锡颜色银白，质柔软，一般多以锡石形式存在于花岗岩里。锡的熔点较低，约为231摄氏度，提炼方便。在古代，工匠们把锡石和木炭混合在一起加热，锡达到熔化的温度时，就会从锡石中还原析出。锡的优点在于，材质柔软，易被加工成不同形状。由于锡的熔点较低，容易和铜或其他金属形成合金并覆盖在器物表面。锡在一般大气条件下化学性质较稳定，耐氧化且不易变色，因而可镀在铜镜的表面，以提高其耐腐蚀性能。我国古代的铜镜制作中，都掺有锡。如我国春秋战国时期的科技论著《考工记》卷上之“攻金之工”载有“金、锡半，谓之鉴燧之齐”。在这里，“金”指铜，“鉴”指铜镜，“燧”指凹面镜，“齐”指配合比。该书认为，制作铜镜之类的器物时，铜与锡的配合比为2∶1，即锡的含量为33.3%，这样制作的铜镜呈现灰白色，且坚固耐用。
铜镜铸造完成或使用一段时间后，均需要打磨光亮，才能达到光洁照人的效果。成书于西汉时期的《淮南子》卷十九“修务”载有“明镜之始下型，朦然未见形容，及其粉以玄锡，摩以白旃，鬓眉微毫可得而察”。这说明镜子刚铸造完时，需要磨光，否则很难显示清晰的人像。同时，“玄锡”是磨镜药，将其涂在铜镜表面反复摩擦，再用白毡擦拭后，可显示出清晰的人像。有学者认为，“玄锡”是水银。明朝官员刘基所撰《多能鄙事》卷五则对磨镜药的成分进行了更为详细的说明：“白矾六钱，水银一钱，白铁（锡）一钱，鹿角灰一钱。”磨镜药配制的具体做法是：先用水银将砂子、锡细磨如泥，然后洗净，再加入鹿角灰及白矾，研磨极细后方可使用。其中，水银主要起反光作用，白矾主要起去污（锈）作用，锡可增亮，鹿角灰有利于镜面的平滑。科学研究表明，上述混合物用毛毡在铜镜表面反复擦拭后，可对铜镜加以抛光，并在表面形成富锡层，使得铜镜呈现白亮如银的效果。
由上可知，故宫藏铜镜不仅包含了我国古代浓厚的文化艺术信息，还是我国古代光学、物理、化学、材料加工等多种学科综合运用的体现，因而具有极其重要的文化和科学价值。（作者系故宫博物院研究馆员）
来源：科技日报
古往今来，爱美之心人皆有之。镜子由于具有映像功能，因而成为人们修饰仪貌的重要生活用具。在古代，镜子主要由铜铸造而成。我国铜镜铸造历史悠久，可溯源至距今约4000年的齐家文化时期。故宫博物院藏铜镜数千面，为战国至晚清的各个历史时期铸造。其形状多为圆形，还包括菱形、方形、葵花形等形式。这些铜镜的正面用于映像，背面多做丰富多彩纹饰及铭文，内容或为图腾信仰，或为吉祥文字，或为神话故事，或为楼台亭阁等。这些铜镜的铸造，历经制作镜范、浇筑原料、打磨镜面等工序，其中包含了丰富的古代科学智慧。
镜范是铸造铜镜的模型，由泥制成，也称为泥范，包括镜面范和镜背范。泥范主要由黏土和细砂构成。其科学性在于：材料透气性及热稳定性较好；黏土易于成型，可获得精美复杂的纹饰；细砂有利于防止泥范的变形。另外，泥范中还有掺入稻壳灰的做法，可提高泥范的冲型能力。明代科学家宋应星所撰的《天工开物》卷八之“镜”载有“凡铸镜，模用灰沙”。此处“灰”是指稻壳灰，“沙”是指细砂。镜范制成后需要缓慢阴干，然后入窑焙烧至920摄氏度左右。阴干有利于防止镜范开裂或变形，焙烧则可使其中的碳酸盐分解。另镜范多为侧立状，浇口上小下大，有利于金属液的充分注入；浇口、冒口的边缘与镜边缘相交处较薄，便于铸后清理。此外，镜面范有略凹进的弧度，也具有一定的科学性。平面镜虽然可保人像在镜中不失真，但是显示的范围有限。而当镜面略有凸起弧度（类似于球面镜），则可以获得较为全面的、不过于失真的人像。
当铜镜的颜色偏白时，有利于显示清晰的人物像。而当铜镜的硬度较高时，则有利于对其进行打磨。要使铜镜偏白且具有一定硬度，可适当增加铜镜中的含锡量。清代科学家郑复光所撰《镜镜詅痴》卷之一“镜资”载有“铜色本黄，杂锡则青，青近白，故宜于镜”，意思是指铜本来是黄色，掺了锡后就会变成青色，而青色与白色接近，因而适合做镜子。另秦国相邦吕不韦等人所撰《吕氏春秋》卷二十五载有“金柔锡柔，合两柔则为刚”，即铜锡合金（即青铜）比铜或锡硬度均要大。
锡颜色银白，质柔软，一般多以锡石形式存在于花岗岩里。锡的熔点较低，约为231摄氏度，提炼方便。在古代，工匠们把锡石和木炭混合在一起加热，锡达到熔化的温度时，就会从锡石中还原析出。锡的优点在于，材质柔软，易被加工成不同形状。由于锡的熔点较低，容易和铜或其他金属形成合金并覆盖在器物表面。锡在一般大气条件下化学性质较稳定，耐氧化且不易变色，因而可镀在铜镜的表面，以提高其耐腐蚀性能。我国古代的铜镜制作中，都掺有锡。如我国春秋战国时期的科技论著《考工记》卷上之“攻金之工”载有“金、锡半，谓之鉴燧之齐”。在这里，“金”指铜，“鉴”指铜镜，“燧”指凹面镜，“齐”指配合比。该书认为，制作铜镜之类的器物时，铜与锡的配合比为2∶1，即锡的含量为33.3%，这样制作的铜镜呈现灰白色，且坚固耐用。
铜镜铸造完成或使用一段时间后，均需要打磨光亮，才能达到光洁照人的效果。成书于西汉时期的《淮南子》卷十九“修务”载有“明镜之始下型，朦然未见形容，及其粉以玄锡，摩以白旃，鬓眉微毫可得而察”。这说明镜子刚铸造完时，需要磨光，否则很难显示清晰的人像。同时，“玄锡”是磨镜药，将其涂在铜镜表面反复摩擦，再用白毡擦拭后，可显示出清晰的人像。有学者认为，“玄锡”是水银。明朝官员刘基所撰《多能鄙事》卷五则对磨镜药的成分进行了更为详细的说明：“白矾六钱，水银一钱，白铁（锡）一钱，鹿角灰一钱。”磨镜药配制的具体做法是：先用水银将砂子、锡细磨如泥，然后洗净，再加入鹿角灰及白矾，研磨极细后方可使用。其中，水银主要起反光作用，白矾主要起去污（锈）作用，锡可增亮，鹿角灰有利于镜面的平滑。科学研究表明，上述混合物用毛毡在铜镜表面反复擦拭后，可对铜镜加以抛光，并在表面形成富锡层，使得铜镜呈现白亮如银的效果。
由上可知，故宫藏铜镜不仅包含了我国古代浓厚的文化艺术信息，还是我国古代光学、物理、化学、材料加工等多种学科综合运用的体现，因而具有极其重要的文化和科学价值。（作者系故宫博物院研究馆员）
来源：科技日报
色 素 沉 着怎么办
经常听到一些患者抱怨自己患了色素沉着。那么到底什么是色素沉着呢?其实，皮肤色素沉着只是一个症状，并不是疾病的诊断名词。色素沉着可见于许多皮肤病，皮肤病学把以皮肤色素沉着为主要表现的疾病统称为皮肤色素沉着过度性疾病。该组疾病的发病机理不外乎黑素细胞数量增多或其活性增强。从病因上又可分为遗传性(雀斑)、内分泌性(黄褐斑)、代谢性(瑞尔黑变病)、药物性(固定药疹)、炎症性(晒斑)、肿瘤性(色痣)、物理性(摩擦黑变病)以及人工性(文身)等。以上除肿瘤性疾病系由黑素细胞数绝对增多外，其他多为黑素细胞代谢异常所致。皮肤色素沉着的治疗自然应从两方面人手，一是针对病因的治疗，二是局部对症治疗。后者是采用物理或化学方法祛除局部色素。从以上色素沉着的病因分析中不难看出，遗传性和肿瘤性疾病病因明确，较少受体内因素影响，局部治疗多可获得满意疗效。常见的病种包括各型色素痣、斑痣蓝痣、太田痣、伊滕痣、色素性毛表皮痣、咖啡斑、雀斑、老年斑等等。光子嫩肤采用非手术、非剥脱、非介入、非创伤的物理疗法。光子嫩肤拥有其独特的宽光谱强脉冲，经表皮达皮肤深层，改善皮肤瑕疵，使您的肌肤恢复弹性焕发青春。淡化色斑（如：雀斑、日晒斑、老年斑、黄褐斑）、消除肤色暗黄、祛除面部毛细血管扩张、收缩毛孔、增加皮肤弹性、对抗皮肤老化、扶平浅表皱纹、治疗痤疮等，综合提高皮肤质量。在数次治疗后，您可以发现面部的色斑明显减少，皮肤光滑有弹性，皱纹消失。这种治疗也可以高效率的用于颈部、胸部和手臂等身体其他部位。
经常听到一些患者抱怨自己患了色素沉着。那么到底什么是色素沉着呢?其实，皮肤色素沉着只是一个症状，并不是疾病的诊断名词。色素沉着可见于许多皮肤病，皮肤病学把以皮肤色素沉着为主要表现的疾病统称为皮肤色素沉着过度性疾病。该组疾病的发病机理不外乎黑素细胞数量增多或其活性增强。从病因上又可分为遗传性(雀斑)、内分泌性(黄褐斑)、代谢性(瑞尔黑变病)、药物性(固定药疹)、炎症性(晒斑)、肿瘤性(色痣)、物理性(摩擦黑变病)以及人工性(文身)等。以上除肿瘤性疾病系由黑素细胞数绝对增多外，其他多为黑素细胞代谢异常所致。皮肤色素沉着的治疗自然应从两方面人手，一是针对病因的治疗，二是局部对症治疗。后者是采用物理或化学方法祛除局部色素。从以上色素沉着的病因分析中不难看出，遗传性和肿瘤性疾病病因明确，较少受体内因素影响，局部治疗多可获得满意疗效。常见的病种包括各型色素痣、斑痣蓝痣、太田痣、伊滕痣、色素性毛表皮痣、咖啡斑、雀斑、老年斑等等。光子嫩肤采用非手术、非剥脱、非介入、非创伤的物理疗法。光子嫩肤拥有其独特的宽光谱强脉冲，经表皮达皮肤深层，改善皮肤瑕疵，使您的肌肤恢复弹性焕发青春。淡化色斑（如：雀斑、日晒斑、老年斑、黄褐斑）、消除肤色暗黄、祛除面部毛细血管扩张、收缩毛孔、增加皮肤弹性、对抗皮肤老化、扶平浅表皱纹、治疗痤疮等，综合提高皮肤质量。在数次治疗后，您可以发现面部的色斑明显减少，皮肤光滑有弹性，皱纹消失。这种治疗也可以高效率的用于颈部、胸部和手臂等身体其他部位。
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