兩小無猜 v2

原作者：蕭次融
關鍵詞：重心、支點、物體的平衡、轉動物體的平衡、轉動慣量

現象說明

遊樂園的飛天椅，轉動時座椅會往外飛，這是物體轉動時所產生的一股力量，使座椅往外伸展，這是因為離心力的作用。

探究問題

1. 垂直面陀螺要直立不倒，其重心與支點位置的關係如何？
2. 垂直面陀螺的臂長與垂重，對其轉動的影響如何？
3. 在垂直面陀螺掛了鞦韆後，對其轉動的影響如何？
4. 想一想：要比較兩個垂直面陀螺或掛了鞦韆後陀螺轉動的穩定性，要如何評量？

實作項目

(一)目的

用簡單的器材製作垂直面鞦韆陀螺，使其能在寶特瓶的蓋子上轉動。探討靜平衡與轉動平衡，以及影響轉動的因子，並比賽其轉動速率。

(二)器材

攪拌用咖啡棒（長約16 cm）4支

鐵線（直徑1 mm，長11 cm）或大迴紋針1支

長尾夾2個（不同顏色）

金屬墊片6個

繩子（綁生日蛋糕盒的，長30 cm）1條

膠帶（長約5 cm）1條

雙面膠帶（長約3cm）1條

剪刀（共用）

寶特瓶（約600 mL，內裝自來水半瓶）

(三)製作

1. 用剪刀將一支咖啡棒，剪成約相等的兩段（各約8 cm長）後，取其中的一段並在其上、下端貼雙面膠帶，如圖1。
2. 將約11公分長的鐵線，用膠帶將鐵線貼緊在咖啡棒上，一頭露出1公分長，另一頭露出至少2公分長，如圖2。
3. 將綁生日蛋糕盒的塑膠繩，撕成6條細線（備用）。
4. 另取2支咖啡棒，將其放在綁有鐵線咖啡棒的前後並用細線將其繞三圈，如圖3。
5. 然後張開三支咖啡棒，並用線穿其夾角間數次如圖4，並綁緊。

1. 再取一支咖啡棒，同樣剪半成兩段後將其放在圖4成品的前後作為夾棒，並用繩子將其綁緊，如圖5。

1. 為了美觀，用剪刀斜斜地修剪夾棒突出的部分，如圖6。
2. 用細線綁三個墊片，如圖7，並將細線的一端繞在圖6咖啡棒的末端後用長尾夾將其夾住，如圖8，就成為鞦韆陀螺。
3. 調整鞦韆的細線，兩邊一樣長，都約10公分。
4. 將製作好的鞦韆陀螺放在寶特瓶的瓶蓋上，如圖8，檢查鞦韆陀螺是否平衡？若傾斜就調整作為支點的鐵線，左右以及前後地調，使其不傾斜任一方。
5. 將調整好的鞦韆陀螺放在寶特瓶的瓶蓋上，旋轉陀螺上的鐵線，慢慢地使其旋轉，然後順其轉動的步調加速旋轉。

結果與討論

1. 探究問題的答案在物理教科書或網路可以找得到。
2. 實作的結果與分析，可參考本篇的附件：教師手冊。

教學目標

讓學生探究物體的轉動、轉動慣量等物理量，並用生活周邊的器材實作垂直面鞦韆陀螺，印證探究的結果。

參考資料

1. 物理教科書
2. 網路
3. 蕭次融，「遠哲科學趣味競賽」手冊，頁9~16，遠哲科學教育基金會，台北(1999)。