← 專案持續維護2026科技物理教育

2026 動手做物理・OmniSense Lab

魔法弓箭

3D 列印的弓、一條導電橡膠當弓弦。拉弓時橡膠變長變細、電阻變大，ESP32-C3 讀到電壓的變化，用藍牙送到手機，變成「魔法能量」。從歐姆定律出發，一把弓串起物理、感測和程式。

拉拉看品質檢驗
魔法弓箭
  • R ＝ ρL／A拉長、變細，電阻就變大
  • 10 kΩ上拉電阻，和弓弦組成分壓
  • S～D三項品質檢驗後給勳章等級
  • 不用裝 App瀏覽器直接用藍牙連線

拉拉看

弓弦就是感測器

在弓上把弓弦往右拖，看橡膠的長度、電阻和 ADC 讀值怎麼變；放手射箭，再看橡膠慢慢回到原長。

弦長30.0cm

電阻510Ω

G2 電壓0.16V

ADC0／4095

    在弓上把弓弦往右拖（或拉下面的滑桿），再放手。

    導電橡膠的電阻率 1.7 Ω·cm 來自材料檢測報告；用「體積不變」估算電阻，放手後的回復與漂移是示意。

    從歐姆定律開始

    拉一下電壓就變了

    導電橡膠是一條會導電的橡皮筋。拉長時，它變長也變細，電阻跟著變大。把它和一顆 10 kΩ 電阻串在一起接上 3.3 V，中間的電壓就會隨著電阻改變；ESP32-C3 用 ADC 把電壓變成數字，再用藍牙送出去。

    麵包板上的分壓電路
    麵包板上的分壓電路
    • 電阻定律R ＝ ρL／A：長度變長、截面積變小，電阻變大。
    • 分壓兩顆電阻串聯，電壓照電阻的比例分配。
    • 數位化12 位元 ADC 把 0～3.3 V 變成 0～4095。

    一把弓

    從列印到試煉

    1. 01

      設計

      弓身

      畫工程圖、3D 建模，一路改了十幾版。

      弓身工程圖
    2. 02

      材料

      導電橡膠

      裁成長條，當作弓弦。

      裁切導電橡膠
    3. 03

      接線

      ESP32-C3

      弓弦接 G2（ADC，10 kΩ 上拉），G0 接觸控感應。

    4. 04

      連線

      OmniSense Lab

      手機、平板或筆電打開網頁，用藍牙連上，選「弓匠試煉」。

      OmniSense Lab 的實驗專案

    弓匠試煉

    讓數據說真話

    拉弓、放手，重複幾次，系統用三項指標檢驗這把弓（這條感測器）好不好，畫成雷達圖，評定 S、A、B、C、D 勳章等級，也可以匯出 CSV 自己分析。

    • 靜態穩定度

      虛空

      訊雜比

      弓弦不動時，雜訊有多小。

    • 動態行程

      巨力

      線性度 R²

      拉得越開，讀值是不是照比例變大。

    • 回彈一致性

      回響

      遲滯

      放手後回不回得去、每次是不是一樣。

    研習

    從一枝鉛筆開始

    研習〈找回好奇心，從感測器開始〉先玩材料，再做感測器，最後做成系統；魔法弓箭是最後的大作。

    • 觀察

      任務 A

      9B 鉛筆與紙

      畫不同長短粗細的線，量電阻；彎折出的微裂縫又會怎樣？

    • 觀察

      任務 B

      導電橡膠

      擠壓、彎曲、切割，看看符不符合電阻定律。

    • 製作

      任務 C

      導電銅膠帶

      輕觸和壓緊差多少？接觸面積越大、壓得越緊，接觸電阻越小。

    • 應用

      專案

      自己的感測器

      旋鈕、滑桿、搖桿、踏板，接上 OmniSense 變成互動系統。

    怎樣算好

    好的感測器四個口訣

    • 靈敏度

      反應快不快

      小變化引起大跳動

      一點點形變，數據就看得出來。

    • 線性度

      準不準

      變化是不是直線

      可以預測，才好換算成物理量。

    • 遲滯

      慢半拍

      按下和放開路徑不同

      導電橡膠放手後不會馬上回到原長。

    • 漂移

      會不會飄

      沒人碰也自己跑

      靜止時的基準慢慢偏掉。

    一路改版

    一把弓的由來

    1. 3D 列印弓身，裝上導電橡膠弓弦

      20263D 列印

      弓身改版

      從第一版到第十幾版，調整弧度、厚度、穿線孔。

    2. 2026研習

      找回好奇心，從感測器開始

      在 2026 動手做物理教學研討會（教育部物理學科中心工作坊）帶老師從 9B 鉛筆做到魔法弓箭。

    3. 2026年會

      OmniSense Lab

      在 2026 中華民國物理教育聯合會議發表，魔法弓箭是平台的經典案例；也受邀到新店高中分享。

    做完之後會知道

    一把弓裡的物理

    • 電阻定律。長度、截面積和電阻的關係。
    • 分壓與歐姆定律。用一顆已知電阻量出未知電阻。
    • 面對不完美的數據。訊雜比、線性度、遲滯、漂移，好感測器要一項一項檢驗。
    • 彈性。拉得越開，存的能量越多；橡膠放手後不會馬上回到原長。
    • 3D 列印設計。一版一版改，找到好拉又不會斷的弓。

    相簿

    魔法弓箭

    • 電阻鑑定師：用分壓量電阻

    • 即時波形

    想在研習或課堂上拉一次魔法弓

    學校、老師或單位想合作研習、工作坊或課程，歡迎來信。

    來信洽詢看更多作品