動手學科學/物質科學/2022公開課/力、運動與形變

課程日期2022.3.2

觀念說明

力看不見，如何研究？

1. 亞里斯多德
   • 自由落體時，物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的，物體越重，下落得越快；反之，物體越輕，則下落得越慢。
2. 伽俐略
   • 1590年伽利略曾在義大利比薩斜塔上做自由落體實驗(是否真有其事，有爭議）
   • 將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下，結果兩個鉛球同時落地
   • 1971年，阿波羅15號太空人在月球上同時丟下獵鷹羽毛與鐵鎚，證明伽利略理論正確。
3. 牛頓
4. 虎克

力有方向性

1. 地球引力
2. 作用力與反作用力
3. 加速度
4. 重量與質量

牛頓運動定律

1. 牛頓第一運動定律
   • 慣性定律
   • 慣性=物體在沒有任何外力下不會改變它的現況。
     也就是說：除非物體有受到外力，要不然保持靜止的物體，會一直保持靜止；沿一直線作等速度運動的物體，也會一直保持等速度運動
2. 牛頓第二運動定律
   • 運動定律
   • 當物體受外力作用時，會在力的方向產生加速度，其大小與外力成正比，與質量成反比。
     也就是說：在同樣的力狀態下,質量越大,加速度越小,一個力只有一個方向性
   • 物體所受到的外力＝質量×加速度
3. 牛頓第三運動定律
   • 作用與反作用定律
   • 當一個力作用在一個東西上，會出現作用力與反作用力，同時出現同時消失，大小相同，方向相反，必作用於同一直線上。

活動流程

• 課前準備

  使用260長條氣球，取一半長度，灌氣後備用，展示給孩子看，讓孩子期待玩氣球

• 請一位較活潑的同學到前方，假裝要將他的頭拔起來放在旁邊
  • 說法：我們將這同學的頭拔起來放在旁邊這個位置，同學的頭浮在這個地方，假設沒有地球引力，假設沒有空氣，我們從後方(將手掌假裝從後方往前揮)往這個頭巴下去，各位覺得這顆頭會往哪個地方飛？
  • 用這個假想例子開始討論力的方向性。
• 請另一位較活潑的同學到前方，請他背對著你(最好是男生)
  • 說法：我在這位同學後面，抬起腳往他屁股踢過去(將腿抬起假裝要踢下去)，請問這位同學會發生甚麼事？
  • 說明受力的瞬間會產生速度變化的過程
• 請一位瘦瘦的同學到前方，老師站在他的旁邊
  • 說法：假設旁邊這位超胖的同學，跟我這位超瘦的帥哥，站在這個位置，假設後方有兩台一樣的跑車，用一樣的速度與方向，各自撞到我們兩位，請問誰的速度增加量比較大？
• 用左手握住長條氣球約3/1的位置，右手用食指往這1/3的尾端戳進去，打開左手氣球飛出
  • 說法：同學，學會射擊此氣球火箭的方法，並觀察此氣球的飛行模式，等會練習10分鐘後，在這條線後，用氣球射到我的人，有獎品
  • 10分鐘後待同學射擊完，與孩子討論為何氣球無法直線前進，而是亂飛，並討論直線前進的方法，同時說明直線運動的特性(牛頓第二運動定律)
• 在氣球一端約5cm處纏上三圈的水電膠布，讓孩子再試著發射看看
  • 等同學射擊完後，與孩子討論為何一邊加重後，火箭突然可以射得又遠又直，並討論慣性的問題(牛頓第一運動定律)
• 各位可以兩兩互相比拚力氣，但重點是要找出兩者可以平衡時的最大力氣，並感受其力的方向與大小
  • 等同學互推完，討論兩者使用力氣的大小，並推論作用力等於反作用力(牛頓第三運動定律)