班级：337
指导老师：谢戬恒 裴雪青 范楷
组员：秦文凯 张玉博 姬生豪
一．研究背景
当今社会下，随着学生任务变重，学科变多，使教师这一职业风险变大，教师常需在黑板上书写、绘图进行讲解。在40～45分钟的一节课里，就要擦写数次，下课时，往往在手上、袖子上，甚至头发、肩膀上都留下一层白色粉笔灰。天天如此，年复一年，工作20～30年后，消磨了数以万计的粉笔。不可避免地从鼻孔吸入一些粉笔灰。吸入粉笔灰是否致病，是广大教师至为关切的问题。粉笔是由石膏制成的。石膏的成分是硫酸钙。用粉笔书写板书，是将石膏粉末涂在黑板上。擦拭黑板时，石膏粉尘（粉笔灰）在空气中短暂飘扬后坠落在黑板附近的物面和地上。其颗粒较大，多在100微米以上，较重，落下较快，在空中飘浮时间短。据劳动卫生有关资料，生产、生活环境空气中的粉尘微粒，直径在10～20微米以上者，经鼻孔吸及时多数被鼻毛、鼻、咽、喉部阻挡，附着在粘膜小气道及肺泡。若为对机体有害的物质（如二氧化硅、石棉），在肺泡及小气道中积存较多，将对人体造成损害。
二．粉笔灰尘对人体的危害
对人体器官的危害
1对上呼吸道的危害：粉笔粉尘进入肺的途径是通过上呼吸道包括鼻、咽、支气管，在这一过程中，部分粉尘会停留于上呼吸道，对粘膜上皮细胞产生机械刺激和损坏，长期在这种环境下工作，会引起一系列的病变，其中对鼻的影响最常见的是诱发干燥性鼻炎，其次是肥厚性鼻炎，症状为鼻腔干燥、鼻塞、鼻腔粘膜充血、分泌物增多等；对咽的影响主要是诱发慢性咽炎，使咽部干燥，咯痰不爽、咽痛咽痒；对支气管的影响主要是诱发慢性支气管炎，有时还会引发哮喘，另外还有可能引起鼻咽、支气管等部分的癌变。
2、对肺的危害：粉尘对教师身体的危害，以肺最为常见，在教学过程中，粉笔尘很容易被吸入肺以后，多数被阻留在肺泡内，经过一系列的刺激，化学和免疫的作用便可造成肺部损失，包括呼吸系统炎症和肺通气功能下降，常见的肺部疾病有：急慢性肺炎、肺癌、尘肺病等（即粉笔粉尘中含有二氧化硅，被吸入肺部，在肺部游离的二氧化硅含量在百分之一以上形成肺纤维化的粉尘，从而使肺泡纤维化，导致肺部呼吸功能下降）。
二、对其他器官和组织的危害
1、对眼睛的危害：眼睛是人体器官中最精密、最易受损的器官之一，粉笔粉尘有部分溶于水产生碱性物质，如教师在教学过程中，粉笔粉尘落入眼中，产生的碱性物质会严重刺激眼部粘膜，造成粘膜损伤，形成慢性炎症，还可能诱发近视的产生。
2、对皮肤的危害：教师在教学过程中，粉笔粉尘不可避免地会沾在手上，同时漂浮于空气中的颗粒粉尘也会落在教师头发、脸上和脖子上，对皮肤膜有刺激作用，如果暑天遇汗水解，产生碱性物质，对皮肤粘膜的刺激就更大，因为人体皮肤所生存的环境，这样在粉尘碱性作用下破坏了皮肤的基本生存环境，粉笔粉尘使皮肤变得干燥、粗糙，
易导致癌症的金属元素之一。
三．研究目的
1.众所周知，黑板是我们日常学习生活中必不可少的一样教具，而黑板擦是与黑板如影随形的另一样教具，无论是从小学还是到大学，教室里都会使用到黑板和黑板擦，而一般我们平时使用的人工板擦不但要用力、费时，还有粉尘污染空气的缺点。每当下课擦完黑板的时候教室里就粉尘飞扬，影响了下堂课的教学。这样，不仅危害了老师和学生的健康，同时也给教学带来了很大的不便，有时候老师在上边讲课，拿黑板擦转身擦黑板时，学生可能会趁机在下边捣乱，因而影响课堂秩序，影响了教学质量。因此，我们准备发明一款自动黑板擦，为了解决教学工作中的困难和人工擦黑板给老师和同学带来的不便，这样一种自动黑板擦的生产将是教育行业的一大福音。
四．研究过程
一．原理
电动机(Motors)是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能。电动机是利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机;也有作直线运动的，称为直线电动机。
二．实验材料
电动机（2个）
电池（5号，四节）
电池座（两个）
导线（若干）
牙刷（10个）
小黑板（1个）
细线
泡沫胶、透明胶带
磁铁（若干）
齿轮（3个）
木棍（2根）
毛巾（1条）
改锥和螺丝
剪刀
壁纸刀
二．实验过程
1. 器材准备及预实验
在得知全国中小学生科技创新大赛开始举办的消息后，我们欣喜若狂，经过一番激烈的讨论并且得到指导老师的建议后，我们确定了此次大赛的主题——智能“黑板擦”，在商讨后我们确定了此次实验所需购买的材料……材料回来后，我们查询了实验的基本原理并且确定了电路图，然后开始了第一次实验
2. 第一次实验
这天，我们准备好所有材料，我们开始进行电机和电源之间的组装，我们将红色导线连接正极，黑色导线连接负极分别与电机和三头开关相连，很幸运，我们的电路连接正确，在打开开关后，电路工作一切正常，这带给我们很大的信心，于是我们一鼓作气开始了之后的组装，我们拿出准备好的较重的圆木棍,将事先准备的毛巾进行裁剪到合适的尺寸，缠绕在木棍上，之后我们将钉子固定在木棍两端用于悬挂细绳。我们将细绳缠绕在电动机的轴上，我们满怀希望地按下开关，期待着木棍的上升，但现实却给我们当头一棒，木棍纹丝不动，我们很快发现了问题所在：由于电动机的轴与细绳间的摩擦阻力过小，导致细绳无法跟随电动机的轴转动，于是我们陷入了沉思……
3. 第二次实验
在第一次实验失败后，我们停下了脚步。当天晚上，我们吃饭时无意间看到两个背对背的瓶盖，我们的思路一下子涌现出来，我们重新整理思路，进行了第二次实验。第二天我们重新组装起了电路，将两瓶盖中部扎穿，套在电动机的轴上以固定细绳，在我们连接好装置后按下开关，电动机几乎不转动，我们顿时感到十分茫然，于是我们又重新连接了一次装置，按下开关后，电动机有了轻微的转动，但木棍还是没有上升。我们将所有电路都拆除，冷静下来，重新开始分析，在我们重新分析瓶盖时，发现了很大弊端，当细绳在两瓶盖中间转动时，瓶盖会产生很大摩擦力阻碍细绳转动，由于我们购买的电动机功率过小，无法克服摩擦力对物体做功，所以我们打消了瓶盖固定细绳的想法，在这次实验中，我们还发现了一个很大弊端，由于我们电动机太小，当细绳全部缠绕在电动机的轴上时，无法将其全部固定，所以我们准备将细绳更换为细线并且更换固定细线的装置重新进行实验。
4.第三次实验
我们的实验顿时陷入困境，于是我们找到了我们的指导老师裴老师进行请教，裴老师告诉我们用齿轮的话效果可能会得到改善，于是我们买到了不同规格的齿轮进行实验，我们更换不同规格的齿轮进行实验，最终将三种适合的齿轮套入电动机上用以固定细线，当我们将所有装置组合好后，按下开关，木条还是没有发生明显的上升 ，于是我们验证了最开始的猜想，电动机的功率远远难以提升我们的装置，当看到袋子中剩余电动机时，心中萌生了一种新的想法，使用两个电动机同时做功来提升重物，但我们无法控制两个电动机的转速和方向，顿时打消了这个念头，但裴老师告诉我们可以一试，于是我们组装起装置，按下开关，重物提升起来，我们顿时欣喜若狂，准备重新整理思路，完成最后一次的连接。
5.实验改进
此时整体已经比较完善，我们开始在细节方面开始了进一步的研究。我们首先把之前的抹布换作了一种吸水能力比较强的毛巾，目的是让黑板擦的更加省力，更加干净，经过多次的实验结果，效果还是很好的。此时已经安装了十块小磁铁，发动机拉起这个装置绰绰有余，于是我们考虑为了这个装置能更加的贴合黑板，我们决定再加入若干个磁铁，后来在多次的实验中，我们逐渐的掌握了发动机能拉到多少块磁铁，然后再考虑了一些别的原因，找到了最适合的磁铁的数目。装置里面的牙刷构造，我们也琢磨了许久，我们苦思冥想，想怎么能把牙刷固定在木块上，从而使在以后多次运用当中，可以更加牢固的卡住，在我们三个人谨慎的沟通与讨论后于是决定用泡沫胶固定住牙刷的头部，最后在用透明胶带整体固定，这样就可以很牢固的卡在这个装置之内。在我们整理完所有的思路后，成功组装成了装置。
三．心得与体会
通过这次小课题实验，我们收获颇丰，首先，我们了解了电动机的工作原理，丰富了我们的物理知识。
在整个实验过程中，我们团结协作，互助互利，很好的提升了我们的团队精神，提高了我们的动手制作能力及自主学习能力，在实验中，我们与指导老师友好的交流，促进了师生关系，也使我们互相了解自己，在团队中，互相包容，相互理解，利用自己所学的知识，发挥自己的大脑，拓展自己的思维，站在不同的角度看事情，多角度考虑问题，然后提升自我，让自己突破瓶颈。
我们收获的不止是知识，更是一种体验，人生路漫漫，生活不只有眼前的苟且，还有诗和远方。我们是平凡的人，但我们不甘平凡，我们敢于突破方方矩矩，面对未知的事物，巧妙地化惧怕为动力，化压力为热血。我相信，在这样一个时代，我们有的这种心态，我们一定会创造一片天地。
