面向职业学生的惯性力量计量仪：低预算旋转动力学教学装置

我们报告了一种低成本惯性力量计量仪的设计、制造与课堂应用，该装置由希腊总督职业高中（EPAL）的成人学生在项目式学习（PBL）活动中构建而成。该装置由经计算的钢制鼓轮组成，转动惯量为 $I = 0.6507~\mathrm{kg\,m^2}$，其上安装在学生焊接的支架上，并配备绿色激光/光电阻ensor 中断器。模拟输出以 44.1 kHz 的速度由笔记本电脑的麦克风输入采集，笔记本电脑被用作机会主义的模拟-数字转换器；随后通过 $\tau = I\alpha$ 和 $P = \tau\omega$ 从脉冲间隔重构扭矩和功率曲线。鼓轮的转动惯量通过倾斜面滚动实验进行交叉验证。对 50cc 摩托车进行全油门测试，复现了可变传动在低至中等转速范围内的平坦功率/下降扭矩特征；LDR 的毫秒级恢复时间限制了带宽上限，这一意外但富有教育意义的教学点，涉及传感器物理学。该项目集成了车床加工、焊接、模拟电子学与数值微分于单一连贯工作流程。我们描述了该装置、物理原理、信号处理管道（附录中提供 MATLAB 和 Python/Octave 代码），并反思了针对传统上对抽象物理学感兴趣不足的学生群体的教育成果。