案例十七:射箭运动员

案例简介

制作一款模拟射箭运动的智能装置，需手动将箭矢安置在弓上并完成上弦，通过编程控制舵机转动模拟放弦动作，实现箭矢发射。让用户体验科技赋能的射箭运动，同时学习机械传动与舵机控制的应用知识。

教学准备

名称	图示
哪吒Pro运动套装

教学目标

理解舵机角度控制原理及其在模拟运动中的应用。​

掌握舵机编程控制方法。​

培养将机械结构与编程结合的实践能力。

课程引入

同学们，想体验用科技改造传统射箭运动吗？今天我们要用哪吒 Pro 运动套装制作一个智能射箭装置！先手动把箭矢装上弓、拉好弦，再通过舵机 “一键放弦” 发射，感受科技与运动结合的奇妙。快来动手，成为玩转机械与编程的射箭小达人！

学习探究

探究舵机如何通过编程实现放弦动作的模拟，掌握舵机角度控制与指令触发的编程逻辑。

搭建步骤

硬件连线

将智能舵机连接到哪吒Pro扩展板的M1接口。

代码编程

进入“makecode.microbit.org”，点击新建项目。

在弹出窗口输入项目名称并点击创建。

点击代码抽屉中的扩展。

在弹出界面输入nezha pro并点击搜索图标，在显示nezha pro软件库后点击。同样的方式加载PlanetX软件库。

示例程序

程序链接:https://makecode.microbit.org/_9Ppc65ggC4H8

你也可以通过以下网页直接下载程序。

下载程序

使用 USB 线连接 PC 和 micro:bit V2。

连接成功后，电脑上会识别出一个名为 MICROBIT 的盘符。

点击左下角的，选择Connect Device。

点击。

点击。

在弹出窗口选择 BBC micro:bit CMSIS-DAP，然后选择连接，至此，我们的 micro:bit 就已经连接成功。

点击下载程序

案例演示

手动上弦后，按下按键A卡住箭矢，按下按键B完成放弦动作，箭矢射出。

总结分享

扩展知识​

弓箭的组成​

弓箭主要由弓和箭两大部分构成，各部分都有着独特的设计和功能：​

弓：​

弓臂：是弓的主要弹性部件，上弦后储存弹性势能。传统弓臂常用木材、动物筋等材料制作，现代弓臂多采用复合材料，如玻璃纤维、碳纤维，兼具强度和弹性。​

弓弦：连接弓臂两端，用于传递力量。材质从早期的动物筋、植物纤维，发展到现代的高强度合成纤维，能承受较大拉力且不易断裂。​

弓把：位于弓的中间位置，是射手握持的部分。现代弓把通常设计有减震装置，可减少射箭时的震动，提升稳定性。​

箭：​

箭头：根据用途分为多种类型，狩猎箭头尖锐锋利，用于穿透猎物；比赛箭头注重飞行稳定性，一般为平头或圆头设计。​

箭杆：是箭的主体，要求有一定的硬度和弹性。材质有木质、铝质、碳纤维等，不同材质的箭杆重量、强度和柔韧性有所差异，影响箭矢的飞行性能。​

箭羽：安装在箭杆尾部，通常为三片或四片。箭羽起到稳定飞行方向的作用，如同飞机的尾翼，通过调整空气动力，使箭矢保持直线飞行。​

箭尾：位于箭杆末端，用于与弓弦连接。其设计需保证与弓弦紧密配合，同时在放弦时能顺利脱离，不影响箭矢飞行。

射箭运动中的力学原理​

弹性势能与动能的转化：在手动上弦过程中，弓片发生形变，储存弹性势能，弓的形变程度越大，储存的弹性势能越多。当舵机模拟放弦动作时，弓弦恢复原状，弹性势能迅速转化为箭矢的动能，使箭矢获得初速度飞射出去。根据机械能守恒定律，在理想状态下，弓储存的弹性势能全部转化为箭矢的动能，但实际中会因空气阻力、摩擦等因素存在能量损耗。​

抛物线运动：箭矢发射后的飞行轨迹符合抛物线规律，受发射初速度和角度影响 。发射角度为 45° 时，在不考虑空气阻力的情况下，箭矢可达到最远的水平射程；而在实际射箭运动中，运动员需要根据距离、风向等因素调整发射角度。​

稳定性：箭矢的重心设计、尾翼结构影响其飞行稳定性 。合理的重心分布和尾翼形状能够减少箭矢飞行过程中的翻转和偏移，使其沿着预定轨迹飞行。