"平衡鳥玩具" 修訂間的差異

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市面上有一種玩具：一隻鳥以尖嘴頂住一根桿子的頂端，鳥竟然能夠保持水平平衡。輕輕觸碰鳥的身體時，鳥兒只是微微晃動，並不容易傾倒，實在是太神奇了。
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原作者：謝迺岳<br>
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關鍵詞：轉動慣量，能量轉換，防震設計<br>
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同義詞：小雞啄米，消防員玩具<br>
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附影片：平衡鳥玩具<br>
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市面上有一種玩具：一隻鳥以尖嘴頂住一根桿子的頂端，鳥竟然能夠保持水平平衡。輕輕觸碰鳥的身體時，鳥兒只是微微晃動，並不容易傾倒，實在是太神奇了。<br>
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==探究問題==  
 
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:a.平衡鳥保持平衡時，受到幾種作用力？平衡鳥的重心在那裡？
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:b.使用身邊的材料，我們如何設計平衡鳥造型？
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:c.平衡鳥的原理在生活中有那些應用呢？
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a.平衡鳥保持平衡時，受到幾種作用力？平衡鳥的重心在那裡？<br>
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b.使用身邊的材料，我們如何設計平衡鳥造型？<br>
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c.平衡鳥的原理在生活中有那些應用呢？<br>
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==實作項目==
 
==實作項目==
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#材料
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:長竹籤（40cm），塑膠球（直徑4cm），油粘土（20g），竹筷（20cm）
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#製作
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#材料<br>長竹籤（40cm），塑膠球（直徑4cm），油粘土（20g），竹筷（20cm）
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:把三支長竹籤貫穿塑膠球，在同一個平面上且成輻射狀；把油粘土揉成兩顆小球，分別粘在兩支竹籤的尾端；這個裝置即稱為平衡鳥玩具。
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#製作<br>把三支長竹籤貫穿塑膠球，在同一個平面上且成輻射狀；把油粘土揉成兩顆小球，分別粘在兩支竹籤的尾端；這個裝置即稱為平衡鳥玩具。
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#操作
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#操作<br>把一塊粘土製成三角錐並粘在桌上，又把一支竹筷插在粘土上成為支架。把平衡鳥的嘴尖（無粘土的竹籤尖端）放在竹筷的頂端，使平衡鳥保持水平而不倒。
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:把一塊粘土製成三角錐並粘在桌上，又把一支竹筷插在粘土上成為支架。把平衡鳥的嘴尖（無粘土的竹籤尖端）放在竹筷的頂端，使平衡鳥保持水平而不倒。
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::#猜測：使鳥嘴變長（把第三支竹籤往前伸），鳥的身體會站起來還是倒下去？猜測後再實作並記錄。
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==分析與結論==
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::#猜測：使鳥翼變輕（把兩塊粘土的質量各減少一半），鳥的身體會站起來還是倒下去？猜測後再實作並記錄。
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以三個粘土小球與對折鐡線三次的方式，探討「轉動慣量」如何影響啄木鳥的「振動頻率」，是一種簡單的定性實驗。如果希望更為精確，可選用小鐡片來代替粘土小球。 <br>
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::#猜測：使鳥翼張開（把兩翼竹籤的夾角擴大）鳥的身體會站起來還是倒下去？。猜測後再實作並記錄。
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#由細鐡線繞成的彈簧形成一個螺旋形的管子，套在氣球棒上。當鐡線振動時，某些時刻彈簧會卡住氣球棒，此時摩擦力等於啄木鳥的重量，使啄木鳥暫時停止移動。由於鐡線的末端仍在振動，因此會使彈簧擺正而與氣球棒不接觸，啄木鳥便因重力影響而向下墜落。
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#把粘土小球加在細鐡線的末端時，會增加鐡線的轉動慣量，也就是慣性增大而使啄木鳥振動的頻率變小。反之，把長鐡線對折後，鐡線的轉動慣量變小而使振動頻率變大。調整鐡線的長度、重量、和質量的分佈，就可以控制啄木鳥依照我們期望的頻率來振動。
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<div style="align-items:center;"><img src='http://iap.ncue.edu.tw/images/wk02/02.jpg' width=180></div>
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#當啄木鳥下降時，氣球棒頂端會劇烈搖晃。如果在氣球棒頂端粘貼重物，較大的慣性會使氣球棒的振動頻率減少，且搖晃幅度降低。 <br><img src='http://science4everyone.net/file/%E8%95%AD%E8%81%BF%E7%A8%8B/wk01%20%E5%95%84%E6%9C%A8%E9%B3%A5%E7%8E%A9%E5%85%B74.jpg' width=480>
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==結果與討論==
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平衡鳥在平衡時，重心在支點（鳥嘴）的下方。類似掛在竹竿上的衣架，在輕微晃動時重心會升高，但是重力力矩會使重心往原來的位置移動，而回到原來的平衡狀態，因此稱為「穩定平衡」。本探索中的實驗可以量化；例如使鳥嘴變長的操作中，把竹籤每次推動1.0cm；或使鳥翼變輕的操作中，使兩塊粘土每次都減少相同的質量，以使實驗更為精確。 <br>
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:#鳥嘴變長時，重心會升高，鳥將倒下且平衡趨於不穩定。
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:#鳥翼變輕時，重量減輕了且重心會升高，鳥將倒下且抵抗外力矩的能力降低。
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:#鳥翼張開時，重心會升高，鳥將倒下且平衡趨於不穩定。
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==教學目標==
 
==教學目標==
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本活動適合K~12的學生，在社區大學對各種年齡與教育程度的學員實施時也饒有趣味。
 
本活動適合K~12的學生，在社區大學對各種年齡與教育程度的學員實施時也饒有趣味。
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#知識上：學生認識能量轉換的現象。當啄木鳥下降時，重力位能轉換為動能，動能又因振動而轉變為熱能。由於重力位能源源不絕的供給，啄木鳥就能夠不停振動。 
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:#知識上：學生能認知物體在平衡時，重心愈低愈易保持平衡。重心若在支點的下方，更容易維持平衡狀態。
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#技能上：鼓勵學生動手做，體會定性或簡單的定量實驗。使用簡單的工具與操作流程，讓學生更喜歡科學。
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:#技能上：鼓勵學生動手做，體會定性或簡單的定量實驗、認識相關的科學現象與原理、使用簡單的工具與操作流程，引起學習動機而讓學生更喜歡科學。
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#情意上：以童玩引發學習動機。使用身邊的器材與回收品，重視環保議題與生活應用。
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:#情意上：使用身邊的器材與回收品，能讓學生重視環保議題與生活應用。本活動適合K~12的學生，在社區大學對各種年齡與教育程度的學員實施時也饒有趣味。親子活動中，大人與孩童可以相互觀摩或競賽，讓人際關係更和諧。
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==應用==
 
==應用==
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#在物理上：作為運動學、能量轉換、轉動慣量等主題之探索活動。
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#在科技上：作為建築防震。例如台北101大樓的阻尼球及中國宮殿的斗拱，都有在建築物頂端加重的設計。
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#在藝術上，可以把細鐡線彎折成鳥形或愛心，或在鐡線末端貼上可愛圖片，是很好的療癒設計，送禮自用兩相宜。
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:#在科學：作為重心主題之探索活動。
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#用棉線代替氣球棒，藉著拉緊或放鬆棉線，可以控制啄木鳥的落下速度。若把鐡線衣架展開再繞成圓環（兩端用氣球棒連結），可以讓啄木鳥持續振動很久。
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:#在科技：衣架、天平與懸臂吊車，都是平衡鳥的應用實例。
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:#在藝術：紙牌、細鐡線與吸管都是很好的
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:*材料，用於設計平衡鳥很療癒，送禮自用兩相宜。
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:*[http://jendo.org/uploadFiles/s4e/黃鈴諭/學習單-平衡鳥玩具.docx 學習單-平衡鳥玩具]
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==參考資料==
 
==參考資料==
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===平衡鳥玩具===
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市面上有一種玩具：一隻鳥以尖嘴頂住一根桿子的頂端，鳥竟然能夠保持水平平衡。輕輕觸碰鳥的身體時，鳥兒只是微微晃動，並不容易傾倒，實在是太神奇了。 <br>
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#探究問題 <br>    平衡鳥保持平衡時，受到幾種力的作用？平衡鳥的重心在那裡？使用身邊的材料，我們如何設計平衡鳥造型？平衡鳥的原理在生活中有那些應用呢？<img src="http://science4everyone.net/file/%E8%95%AD%E8%81%BF%E7%A8%8B/wk02%20%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E9%B3%A5%E7%8E%A9%E5%85%B7%20-%201.jpg" width="480" ><img src="http://science4everyone.net/file/%E8%95%AD%E8%81%BF%E7%A8%8B/wk02%20%E5%B9%B3%E8%A1%A1%E9%B3%A5%E7%8E%A9%E5%85%B7-2.jpg" width="480"><br>
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#實作項目
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##材料 <br>    長竹籤（40cm），塑膠球（直徑4cm），油粘土（20g），竹筷（20cm）
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##製作 <br>    把三支長竹籤貫穿塑膠球，在同一個平面上且成輻射狀；把油粘土揉成兩顆小球，分別粘在兩支竹籤的尾端；這個裝置即稱為平衡鳥玩具。
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##操作 <br>    把一塊粘土製成三角錐並粘在桌上，又把一支竹筷插在粘土上成為支架。把平衡鳥的嘴尖（無粘土的竹籤尖端）放在竹筷的頂端，使平衡鳥保持水平而不倒。
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###猜測：使鳥嘴變長（把第三支竹籤往前伸），鳥的身體會站起來還是倒下去？猜測後再實作並記錄。
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###猜測：使鳥翼變輕（把兩塊粘土的質量各減少一半），鳥的身體會站起來還是倒下去？猜測後再實作並記錄。
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###猜測：使鳥翼張開（把兩翼竹籤的夾角擴大）鳥的身體會站起來還是倒下去？。猜測後再實作並記錄。
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#分析與結論 <br>平衡鳥在平衡時，重心在支點（鳥嘴）的下方。類似掛在竹竿上的衣架，在輕微晃動時重心會升高，但是重力力矩會使重心往原來的位置移動，而回到原來的平衡狀態，因此稱為「穩定平衡」。本探索中的實驗可以量化；例如使鳥嘴變長的操作中，把竹籤每次推動0.5cm；或使鳥翼變輕的操作中，使兩塊粘土每次都減少相同的質量，以使實驗更為精確。
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##鳥嘴變長時，重心會升高，鳥將倒下且平衡趨於不穩定。
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##鳥翼變輕時，重量減輕了且重心會升高，鳥將倒下且抵抗外力矩的能力降低。
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##鳥翼張開時，重心會升高，鳥將倒下且平衡趨於不穩定。
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#教學目標
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##知識上：學生能認知物體在平衡時，重心愈低愈易保持平衡。重心若在支點的下方，更容易維持平衡狀態。
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##技能上：鼓勵學生動手做，體會定性或簡單的定量實驗、認識相關的科學現象與原理、使用簡單的工具與操作流程，引起學習動機而讓學生更喜歡科學。
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##情意上：使用身邊的器材與回收品，能讓學生重視環保議題與生活應用。本活動適合K~12的學生，在社區大學對各種年齡與教育程度的學員實施時也饒有趣味。親子活動中，大人與孩童可以相互觀摩或競賽，讓人際關係更和諧。<br><img src="http://science4everyone.net/file/蕭聿程/wk02 平衡鳥玩具-3.jpg" width="480">
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#應用 <br>在科學：作為重心主題之探索活動。<br>在科技：衣架、天平與懸臂吊車，都是平衡鳥的應用實例。 <br>在藝術：紙牌、細鐡線與吸管都是很好的材料，用於設計平衡鳥很療癒，送禮自用兩相宜。
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#參考資料
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#學習單
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http://science4everyone.net/file/蕭聿程/學習單wk02%20平衡鳥玩具.pdf
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於 2022年5月19日 (四) 06:32 的最新修訂

原作者：謝迺岳
關鍵詞：轉動慣量，能量轉換，防震設計
同義詞：小雞啄米，消防員玩具
附影片：平衡鳥玩具

市面上有一種玩具：一隻鳥以尖嘴頂住一根桿子的頂端，鳥竟然能夠保持水平平衡。輕輕觸碰鳥的身體時，鳥兒只是微微晃動，並不容易傾倒，實在是太神奇了。

探究問題

a.平衡鳥保持平衡時，受到幾種作用力？平衡鳥的重心在那裡？
b.使用身邊的材料，我們如何設計平衡鳥造型？
c.平衡鳥的原理在生活中有那些應用呢？

實作項目

  1. 材料
    長竹籤（40cm），塑膠球（直徑4cm），油粘土（20g），竹筷（20cm）
  2. 製作
    把三支長竹籤貫穿塑膠球，在同一個平面上且成輻射狀；把油粘土揉成兩顆小球，分別粘在兩支竹籤的尾端；這個裝置即稱為平衡鳥玩具。
  3. 操作
    把一塊粘土製成三角錐並粘在桌上，又把一支竹筷插在粘土上成為支架。把平衡鳥的嘴尖（無粘土的竹籤尖端）放在竹筷的頂端，使平衡鳥保持水平而不倒。
  1. 猜測：使鳥嘴變長（把第三支竹籤往前伸），鳥的身體會站起來還是倒下去？猜測後再實作並記錄。
  2. 猜測：使鳥翼變輕（把兩塊粘土的質量各減少一半），鳥的身體會站起來還是倒下去？猜測後再實作並記錄。
  3. 猜測：使鳥翼張開（把兩翼竹籤的夾角擴大）鳥的身體會站起來還是倒下去？。猜測後再實作並記錄。


結果與討論

平衡鳥在平衡時，重心在支點（鳥嘴）的下方。類似掛在竹竿上的衣架，在輕微晃動時重心會升高，但是重力力矩會使重心往原來的位置移動，而回到原來的平衡狀態，因此稱為「穩定平衡」。本探索中的實驗可以量化；例如使鳥嘴變長的操作中，把竹籤每次推動1.0cm；或使鳥翼變輕的操作中，使兩塊粘土每次都減少相同的質量，以使實驗更為精確。

  1. 鳥嘴變長時，重心會升高，鳥將倒下且平衡趨於不穩定。
  2. 鳥翼變輕時，重量減輕了且重心會升高，鳥將倒下且抵抗外力矩的能力降低。
  3. 鳥翼張開時，重心會升高，鳥將倒下且平衡趨於不穩定。

教學目標

本活動適合K~12的學生，在社區大學對各種年齡與教育程度的學員實施時也饒有趣味。

  1. 知識上：學生能認知物體在平衡時，重心愈低愈易保持平衡。重心若在支點的下方，更容易維持平衡狀態。
  2. 技能上：鼓勵學生動手做，體會定性或簡單的定量實驗、認識相關的科學現象與原理、使用簡單的工具與操作流程，引起學習動機而讓學生更喜歡科學。
  3. 情意上：使用身邊的器材與回收品，能讓學生重視環保議題與生活應用。本活動適合K~12的學生，在社區大學對各種年齡與教育程度的學員實施時也饒有趣味。親子活動中，大人與孩童可以相互觀摩或競賽，讓人際關係更和諧。

應用

  1. 在科學：作為重心主題之探索活動。
  2. 在科技：衣架、天平與懸臂吊車，都是平衡鳥的應用實例。
  3. 在藝術：紙牌、細鐡線與吸管都是很好的

參考資料

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