亞太科學教育論壇，第五期，第三冊，專題版二 (二零零四年十二月)
主編︰蘇詠梅
小學科學專題研習 - 衣、食、住、行
極速牙刷機

學校：灣仔堂基道學校（上午）
組員：周敏玲同學、陳曉峰同學、麥志樂同學、郭秀浚同學、何希婷同學
教師：余逸思老師、鍾玉明老師
 
目的
  

每天上學回校也十分趕時間，所以希望刷牙時可以更快捷，更方便。
 
原理
  

利用轉軸固定刷頭和齒輪在木片上，齒輪與齒輪間必須緊扣。當第一個齒輪被摩打的鐵棒轉動時，齒輪組也會一起轉動，所以所有刷頭也會連同一起轉動。而電池、電線和摩打所組成的閉合電路，為摩打提供能源。
 
材料
  

齒輪、刷頭、電牙刷（Colgate Actibrush）、木片、鐵棒（轉軸）、電池。
 
過程

最初我們設計牙刷的刷毛是貼在齒輪上，若能把齒輪互相緊扣，齒輪便能互相推動，從而增加刷牙面積，加快刷牙速度。而運作的原理是由閉合電路控制開關，摩打轉動從而推動齒輪再帶動牙刷。

之後我們便嘗試了解市面一般電動牙刷的運作。我們初步發現市面上電動牙刷的刷頭並非直接由齒輪推動，而是由摩打的一條鐵棒作360度旋轉運動，帶動刷頭左右來回轉動，目的是保護牙肉，避免它受傷。
當我們了解電動牙刷的運作原理後，我們便開始設計第一個電動牙刷---“U”型牙刷。但我們發現這個設計是不可行的，因為要使用多枝鐵線推動刷頭轉動，而且“U”型牙刷未能方便放入口中，容易弄傷牙肉，所以我們最後放棄這個設計。
之後我們設計一個較簡易的版本。首先把齒輪固定在鐵線上，3 個齒輪組成一個群組，利用同一摩打帶動這些刷頭轉動，從而增大刷頭的面積。但這個設計仍存在問題，就是刷頭依然很大，放入口中會有困難，摩打放在牙刷中間，當刷臼齒時便有困難出現，而且鐵線容易傷及口部。
最後，我們吸取了第二個牙刷的經驗，把它稍作改良，成為我們第三個設計的牙刷。我們不用鐵線而改用木片來固定齒輪，令其轉動更順暢，同時也可以避免弄傷口部。另外把齒輪組由橫排改為直排，目的是令牙刷容易放入口中及容易清潔臼齒。
 
測試
  

用刷頭比較上排牙齒的數量

用刷頭比較下排牙齒的數量

1. 了解刷頭面積的是否合適
我們在5A班裏訪問了37位同學，讓他們數數「刷牙時，看見上排及下排牙齒的數目」。統計後，我們發現最多同學看見上排牙齒8隻、下排牙齒10隻。之後，我們利用一個由牙醫提供的模型進行比較，發現牙刷覆蓋上排牙齒6隻、下排牙齒8隻。這結果讓我們相信牙刷的刷頭面積在實際情況上是重要的。

2. 了解刷頭面積的刷牙情況
我們用自行設計的牙刷在模型上進行實驗。首先把模型牙齒塗上紅色粉筆，看看牙刷是否能刷去粉筆。


把牙齒塗上紅色粉筆

第一次測試效果並不理想

第一次測試：牙刷能刷去部份粉筆碎，但由於粉筆碎被刷頭刷去後，又再次依附上牙齒表面，效果並不理想。


把刷頭放入水中

旁邊牙齒清潔了

前面的牙齒清潔了

第二次測試：這次我們先把刷頭放入水中，然後才刷牙。粉筆碎成功地被刷頭刷去，牙齒也清潔了。
 
優點
  
  1. 電牙刷的刷頭面積增大，令刷牙時更快捷方便。
  2. 牙刷能容易到達牙齒末端和轉彎位，令牙齒更清潔。
 
困難
  
  1. 木片是較硬的物料，如改用較柔軟的物料，令刷牙時更舒適，以及減少受傷機會。
  2. 製造成本比市面上售賣的牙刷高。
 
總結
  

利用齒輪組成的多個刷頭，成功把齒輪互相緊扣，齒輪便能互相推動，從而增加牙刷面積。最後，我們成功製造一款三個刷頭同時轉動的牙刷，相信能加快刷牙速度。
 
感想
  

我們很高興能參加這次「常識百搭」科學專題設計展覽，並有以下感受：

  1. 能學習課本以外的科學知識，如：電動牙刷的原理，固定齒輪方法，齒輪組的使用等。
  2. 在實驗過程中常遇到失敗，但努力嘗試，最終成功製成作品。
  3. 學習與組員合作，聆聽和接納別人的意見，合力解決困難。
 
鳴謝
  

Colgate A ctibrush 電動牙刷（Colgate-Palmolive Co.）
 
編者及評判的話
  
同學們不斷反覆測試齒輪的組合，以製作不同形狀的刷頭，又在製作過程中進行訪問和統計，深信同學們對專題研習的步驟已有一定認識。同學們的鍥而不捨，具有科學家的探究精神。
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Copyright (C) 2004 HKIEd APFSLT. Volume 5, Issue 3, Special Section 2 (Dec., 2004).