旋轉飛龍

原始設計者：蔡明勳

簡介：

利用吸管與鋼珠製作浮沉玩偶，體驗浮沉原理，探究物體浮沉的細節與過程，進而操控浮沉玩偶的浮沉次序，與旋轉的速度。比賽誰最能操縱浮沉子聽話沉浮與轉的最快。

活動說明

一、目的

利用吸管與鋼珠製作浮沉玩偶，體驗浮沉原理，探究物體浮沉的細節與過程，進而操控浮沉玩偶的浮沉次序，與旋轉的速度。比賽誰最能操縱浮沉子聽話沉浮與轉的最快。

二、原理

物體在水中的沉浮，遵從「浮沉原理」。當物體的重量（重力）大於浮力時，物體即下沉。反之，當物體在水中的浮力大於物體的重量時，物體即浮上來。

物體在水中所得浮力的大小，就如同「阿基米得原理」所說：「一個物體在液體中得到的浮力等於其所排開的液體的重量」。如果能夠改變寶特瓶內浮沉玩偶的重量，或其在水中的體積（浮力），就可以操縱浮沉玩偶的浮沉。

「帕斯卡原理」說：「密閉流體的任一部分受壓，所受的壓力可以傳至流體的每一部分，大小不變」。因此，在裝滿水的密閉寶特瓶外的任一地方施壓，瓶內的浮沉玩偶會感受到壓力。若浮沉玩偶有小孔可讓水進出，則水會從小孔進入浮沉玩偶內，浮沉玩偶增加重量而往下沉；若放鬆壓力，則被壓進浮沉玩偶內的水就會流出來，浮沉玩偶減輕重量而浮上來。因此改變小孔的大小，控制水從小孔進出的快慢，就可控制浮沉玩偶增減重量的快慢。小孔的孔徑和開口方向，也會影響浮沉玩偶的轉動速度。

三、製作方式：

1. 準備一個透明塑膠水桶，裝水７分滿。
2. 剪下適當長度的吸管，前後塞入不同重量的金屬珠後，將其丟入水中，使其豎立並浮於水面。
3. 用針在吸管上刺出小洞，並放入水中。
4. 若輕壓吸管腹部，則可讓浮沉玩偶吸入水，調整吸入的水量，使浮沉玩偶只浮在水面上一點點。
5. 調整好的浮沉玩偶放入寶特瓶（瓶內裝水約9.5分滿），蓋緊瓶蓋後，用手掌輕壓瓶子，試試浮沉玩偶是否會沉下瓶底？放鬆壓力，浮沉玩偶是否會浮上來？若不是，就必須取出浮沉玩偶，重新調整浮沉玩偶內的水量，很可能只差半滴水而已。然後再放入水桶內，確定其浮沉情況適當後，才可放入瓶內再試。

四、操作與控制：

1. 製作兩個相同長度的浮沉玩偶，嘗試吸入不同水量（浮在水面上的高度仍只有一點，但有些微差距），嘗試控制手掌力道，使一個玩偶浮（接觸水面）、一個玩偶沉（接觸水底）。
2. 製作兩個不同長度的浮沉玩偶，可以不吸水。嘗試修剪適當的長度，來達到步驟1的效果。（1沉1浮）
3. 可以同時修改長度與吸水量，並嘗試控制更多的浮沉玩偶依序沉下。

五、「救生員」製作:

把寶特瓶內的水倒出來，當然可以拿出飛龍，但這樣不僅浪費水，也不便。 最好的方法是用「救生員」如下圖，將飛龍套鈎上來。救生員的作法如圖，取一條用塑膠包裹的鐵線(PVC 內包鐵絲)或漆包銅線， 一端做一個圈圈， 如圖(A)。鐵線的另一端穿過喝飲料用的吸管，如圖(B)，就完成了一個「救生員」。使用救生員來拯救沉在瓶底的飛龍的方法如下：先將圈圈彎一彎，使圈圈與吸管成直角以便容易從上套住溺水沉在瓶底而直立的飛龍（圖A）。圈套了飛龍後， 一手的大拇指與食指抓住吸管的頂端，另一手的大拇指與食指拉緊鐵線的另一端（請見圖C 的左右手指架勢），使圈圈套緊飛龍，如圖(C)，如此就可以將沉溺的浮沉子勾上來(圖B)。小學生不易操作救生的動作，圈套了飛龍後常忘記要用手指握住吸管，才能用另一手拉緊鐵線的另一端，如此才能束緊飛龍，以避免往上提時浮沉子脫落。

六、競賽方式

（一）使用場地

沒有特別的需求，課桌椅也可以。

（二）使用器材

1. 大會提供：每組紅、藍、綠顏色的吸管各三隻。塑膠珠、銅珠、鋁珠各9個。
2. 自備工具：透明寶特瓶(600cc以上)x3、剪刀、水桶、自製救生員。
3. 只能使用大會給予的珠子與吸管
4. 禁止自行攜帶吸管與鋼珠。

（三）製作說明

1. 每隊需於製作時間內，完成參賽作品。
2. 需製作9隻浮沉玩偶（此後簡稱為「飛龍」），並放入3個寶特瓶中。
3. 每只寶特瓶各放入3隻飛龍，且3隻顏色、長度皆不同。
4. 需遵守：紅色長度＞綠色長度＞藍色長度
5. 寶特瓶僅能使用一條橡皮筋套在瓶身，將瓶身分為上、下兩區。

（四）競賽說明

1. 評分方式
   1. 從比賽開始到結束，皆可申請計分。
   2. 一個人僅能使用一隻手，操作一個瓶子。
   3. 申請計分：一隊３人於分組的計分區排隊，若計分區無人則可上前計分。
   4. 進入計分區，３人將３個寶特瓶放置於計分區桌上的指定位置，雙手離開桌面
   5. 等待裁判喊「開始」並按下碼表，才可開始接觸操作。
   6. 由左手邊第一位選手開始，依序操控飛龍遁地（接觸水底）、飛天（浮出水面）。
   7. 選手順序為：１號選手、２號選手、３號選手。
   8. 顏色順序為：紅龍、綠龍、藍龍。
   9. 完成１個動作，需喊出完成語「Ｘ龍ＯＯ」，下一位選手才能動作。當下除了完成動作外，需要所有飛龍同時接觸水底或水面，才可計分。
   10. 若說出完成語時，有飛龍未達成「飛天遁地」，該選手出局。
   11. 若非該選手操作回合，有飛龍碰觸橡皮筋的界線，該選手出局。
   12. 選手出局，除無法參與之後的計分行動，且倒扣1分。
   13. 「飛龍升天」時，至少需旋轉2圈720度，才算完成計分。
   14. 完整計分順序為：

       １號選手「紅龍遁地」→２號選手「紅龍遁地」→３號選手「紅龍遁地」→

       １號選手「綠龍遁地」→２號選手「綠龍遁地」→３號選手「綠龍遁地」→

       １號選手「藍龍遁地」→２號選手「藍龍遁地」→３號選手「藍龍遁地」→

       １號+２號+３號選手「飛龍升天」

   15. 每完成１個動作得１分，完整動作合計12分。並記錄花費時間
   16. 操作過程中，可隨時放棄計分。但要重新計分，需重新排隊。
   17. 可重複申請計分，至多3次。最終得分以最高分、最短時間計算。

（五）評分標準

1. 按得分高低排序，然後依六等第計分法計分。得分高者獲勝。
2. 得分相同時，操作時間較短者獲勝
3. 是否完成動作，依現場裁判為準

名次	一	二	三	四	五	六
隊數	1	2	3	4	5	其他
得分	30	21	15	12	9	6

七、競賽時間

（一）製作時間：40分鐘。

（二）最後計分時間：10分鐘。參賽同學必須妥善分配時間。

八、參考資料

蕭次融、余甄紘，「聽話的浮沉子」pp.31~35，307 期，2008 年 4 月；科學教育月刊，台灣師範大學科教中心

九、簡報連結

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