经典案例 ：配合乐高教育的“奥特森”ATS-K型科技实验室
案例一、 握力机器人
一．主要器材
电机三个、光电传感器两个、减速箱一个、NXT一个、压力传感器一个、压力传感器的电路板一块、6V电池一个（1800mA）。
二．传感器知识
本案例采用压力传感器，适用于压力测试的。它可以将压力的数值以0~1023的数值进行显示，这个压力传感器的有效测量范围是0~50N（牛顿）。
三．机械结构
本案例使用了三个电机，两个电机为机器人行走提供动力，另一个电机为机械手提供动力，是机械手可 以做抓握动作。本教案还使用了两个光电传感器，一个光电传感器用于寻轨迹，便于机器人定位，一个光电传感器用于判断机器人是否到达指定位置，是则停下。压 力传感器放在机器手的左边（如图），机器手是在减速箱的帮助下，实现抓握的动作。
握力机器人 （第一代）
握力机器人 （第二代）
四．程序
判断机器人是否到达指定位置，没有就继续沿轨迹走，如果到就停止机器人。
等待一秒→开启C电机使机械手开始抓杯子→当压力传感器的数值大于0.05时（此时可以观察采样信号的变化）。
→机械手停止→等待一秒→运转机器人，五秒钟后将机械手松开，放开杯子。
案例二、 溶液的导电率（化学）
实验前说明：
如果一个离子化合物溶解在水中，它能够电离出离子，导致溶液能导电。固体氯化钠溶解在水中根据下列方程式释放出离子： NaCl(固体)→ Na+(水溶) + Cl–(水溶)
在这个实验中，你将学习到离子化合物浓度的增加对导电率的影响。溶液的浓度通过滴加浓的氯化钠溶液逐渐增加，再分别测其导电率。加入相同浓度的溶液（1.0 摩尔），采用同样的步骤进行研究，但是这些化学式，如：氯化铝AlCl3，氯化钙CaCl2中，离子数目不同。计算机界面的导电率传感器被用作测溶液的导电率，单位是µS。
实验目的：
研究浓度对溶液中离子化合物的导电率的影响。研究浓度对化学式中不止一个离子的离子化合物的导电率的影响。
实验设备：
数据采集器、电导率传感器、蒸馏水、铁架台、搅拌棒、NaCl 溶液(1.0 摩尔，75 毫升)、CaCl2 溶液(1.0 摩尔，75 毫升)、AlCl3 溶液(1.0 摩尔，75 毫升)、100-毫升烧杯
实验步骤：软件设置
a. 连接计算机，数据采集器，传感器连接到采集器一口。b. 打开Robolab2.9，选择研究者级别，选择打开项目，再打开化学实验手册里 “导电率与浓度”实验的文件，准备电脑数据采集。如下图在主菜单上单击Investigator，就可以进入研究者编程菜单。
ROBOLAB的主菜单
打开文件后如下图：
1. 戴好护目镜！
2. 实验装置如图一。将导电率传感器连接数据采集器的一号信道，选择电导率传感器。
3. 在100-毫升烧杯中加入70 毫升蒸馏水，拿一个装有1.0 摩尔 NaCl溶液的滴瓶。
4. 在加入任何溶液以前：
a . 按直接模式按钮 。跳出的实时采集图形如下：
b. 小心提起烧杯，将导电率传感器的探头小孔浸没在被测溶液中。重要：由于两个电极c.在小孔两端，因此这部分必须完全浸没在溶液中。
d. 按触碰传感器，记录蒸馏水的导电率。
5. 开始加盐溶液。
a. 在蒸馏水中滴加1滴NaCl溶液，搅拌使彻底混合。
b. 提起烧杯，将传感器的小孔浸没在被测溶液中，轻轻搅拌。
c. 按触碰传感器，记录导电率。
6. 重复5步骤，每加一滴NaCl，测一次导电率，直至8滴全部加入。
7. 集完成后，按 返回，再转入上传分析界面单击上传按钮 ，出现如下图：
8. 在老师的指导下将烧杯中的溶液倒掉。
9. 上传采样的波形，进行保存波形。
10. 重复步骤3 – 9，用1.0 摩尔的AlCl3 溶液 代替1.0摩尔的 NaCl 溶液。
11. 重复步骤3 – 9，这次使用1.0 摩尔的CaCl2 溶液。
12. 观察计算机上得出的波形
结论与分析：
描述增加氯化钠溶液浓度时导电率的改变，浓度和导电率之间的数学关系怎样？
写出NaCl, AlCl3, 和CaCl2 在水中的电离方程式。
案例三、发芽种子的热量（生物）
发芽种子能呼吸然后消耗能量。在此过程中也产生了热量。需要保温细颈瓶有优良的保温效果。在这实验中，发芽种子被放入一个保温细颈瓶，瓶内的温度会被一个连接到电脑的温度传感器检测。任何温度的增加都表示种子在发芽期间释放热。
试验目的：用一个温度传感器和一部电脑测量种子发芽是否会产生热。
实验设备：
仪器：不锈钢温度传感器、数据采集器、计算机。
设备：保温细颈瓶，棉花，发芽种子。
试验步骤：
1. 连接不锈钢温度传感器到采集器中的第一个口。
2. 打开Robolab2.9，选择研究者级别，再打开生物实验手册里的“发芽种子的热量”实验，准备电脑数据采集。
3. 取50 颗发芽种子。用薄纸把种子弄干，并且把他们放进保温细颈瓶。用棉花把口塞住。倒转保温细颈瓶，确定种子从保温细颈瓶中不会掉出（如图）。
4. 把连接第一口的温度传感器放进保温细颈瓶内，令温度传感器顶端是在发芽种子的中央。
5. 使用环形夹和实用夹，维持保温细颈瓶和温度感应器的位置。
6. 按直接模式按钮 （我们设计好采样速率为：1秒0.2个样品，采60分钟）。
7. 采集完成后上传采样的波形，进行保存波形。
分析结果：
波形的X坐标轴为时间，Y坐标轴为温度值，可看出，种子在发芽期间会持续释放热量，但升温的过程不是很明显。
讨论问题：
1. 为什么要倒转细颈瓶？
2. 用其他的发芽种子重复实验。温度的改变有差异吗？
案例四、气体的压强与体积的关系（物理）
实验前说明：
在恒温下，理想气体的压力与它的体积是成反比的。这个实验的主要目的是利用与气体压 力传感器连接的针筒(如图一)内的气体来证明这个关系。移动针筒的活塞可以改变气体的体积，体积的压力也跟着更改。这压力的改变可以由气体压力传感器来监 测。当然，实验过程中的温度是保持不变。我们将采集压力与体积的数据组，然后分析。从数据表格和曲线图你可以得到密封气体压力与体积的数学关系。罗拔玻意 耳在1662年首先发现这个关系，从此称为玻意耳定律。
实验目的：研究气体的体积与压力的关系。实验设备：
数据采集器、气体压力传感器、20-毫升气体针筒。
实验步骤：
1. 连接计算机，数据采集器，传感器连接到采集器一口。
2. 打开Robolab2.9，选择研究者级别，选择打开项目，再打开物理实验手册里 “玻意耳定律”实验的文件，准备电脑数据采集。如下图
在主菜单上单击Investigator，就可以进入研究者编程菜单。
ROBOLAB的主菜单
打开文件后如下图：
选择实验所需的传感器
3. 确定20-毫升针筒未与气体压力传感器接上，将针筒的活塞移到10.0毫升的标记，标记应按筒内黑环的前边为准(参考图一)将气体针筒调节至30毫升位置
4. 按直接模式按钮，开始进行数据采集。
5. 采集压力与体积的数据。最方便是一个人操作气体针筒，而另一个人控制电脑。
6. 将针筒的活塞移到5.0毫升筒内黑环前边的标记 (如图二)。固定活塞在这个位置，直到压力的读数稳定下来。(使用双手拿针筒，避免一手拿气体压力传感器，而另一手拿针 筒，因为这样会增加针筒接口的压力。)
7. 当压力读数稳定时，继续以上的步骤直到20.0毫升，每次增加1.0毫升。
8. 采集完成后，按 返回，再转入上传分析界面。
9. 单击上传按钮 ，出现如下图
10. 上传采样的波形，进行保存波形
11. 将数据表窗口显示的压力与体积数据抄到你的数据表上
12. 检查压力与体积的曲线图。按这个图来决定你应为这两个变量的数学关系是正比或是反比。
结论与分析：
1. 如果体积从5.0毫升加倍到10.0毫升时，你的压力数据将显示怎样的变化？ 在你的答案写下压力数值。
2. 如果体积从20.0毫升减半到10.0毫升时，你的压力数据将显示怎样的变化？ 在你的答案写下压力数值。
3. 如果体积从5.0毫升增加三倍到15.0毫升时，你的压力数据将显示怎样的变化？ 在你的答案写下压力数值。
