「動手學科學/物質科學I」的課程內容

系統分類	科學觀念	說明
原子與分子	原子	原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個原子包含一個帶正電的原子核(在中間)及一些圍繞在原子核周圍帶負電的電子。原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成原子半徑/原子核半徑比例，如果放大到一個人的大小，原子核之間的距離大約是台北到新竹間的距離。
	電子軌域	一個原子裡，電子的分佈不是連續的，由內而外會有好幾層，那些層(空間)又稱做軌域。
	包立不相容原理	原子半徑與原子核半徑差距很大，但兩個原子相向而行卻不會穿過對方。原因是包立不相容原理。兩個量子組態一樣的電子，不能存在於相同的軌域中。
	金屬有導電的特性	導電的特性=電子容易移動金屬元素最外層的軌域，都有很多空間可以讓電子進入，因此當很多個金屬原子連在一起時，就會形成一個通道方便電子移動
	粒子、波雙重性	光子和電子都具有：粒子/波雙重性，會出現類似的雙狹縫干涉條紋。在微觀世界中，電子是可以「同時」出現在甲地，也「同時」出現在乙地，只是分別在甲地與乙地被找到的機率各有不同，其出現機率由波函數表達。
	常見元素	碳(C)：組成生物的重要元素在二氧化碳裡可以找到它氧(O)：地球大部分生物維持生命必備的元素氮(N)：氨水(NH3)，尿液的味道就是氨常常用在值物肥料氫(H)：在水分子(H2O)裡可以找到它
	常見分子	CO2 CH4 H20 NH3 C2H5OH
	分子組合方式、形狀	分子內的原子，會因為其最外層的電子數量，決定該分子的組合方式、形狀
物質的態	從微觀、巨觀認識物質的態	觀察三態
物質的態	三相圖	如何讀懂三相圖：認識坐標：溫度(橫軸)、壓力(縱軸) 認識圖中不同區塊代表的意義(物質三態) 定溫時(橫軸選一個點，往上延伸一條直線)，隨著壓力的變化，物質的態會如何改變定壓時(縱軸選一個點，往右延伸一條直線)，隨著溫度的變化，物質的態會如何改變找出三相點
能量守恆	能量守恆
動位能轉換	重力、重心、加速度
電	電壓
	電流
	電阻
	二極體	是一種雙電極電子元件，電流只允許由單一方向流過二極體。
電磁感應	冷次定律	線圈內的磁場增強時，感應電流產生的新磁場與原磁場方向相反。
電磁感應	法拉第定律	當磁場發生變化，將產生相對應的感應電流。
光與熱	斯奈爾定律	當光波從一種介質傳播到另一種具有不同折射率的介質時，會發生折射現象，其入射角與折射角之間的關係，可以用斯奈爾定律（Snell's Law）來描述。

科學觀念對應的活動

系統分類	科學觀念	活動
原子與分子	原子與包立不相容	穿不過去
	電子軌域	電子軌域勞作
	金屬有導電的特性	電子軌域勞作
	常見元素	分辨常見元素
	常見分子	認識常見分子
	分子組合方式、形狀	分子球桿模型
物質的態	從微觀、巨觀認識物質的態	觀察三態
物質的態	認識三相圖	三相圖
粒子、波雙重性	粒子、波雙重性	粒子、波雙重性
能量守恆	能量守恆	Tracker自由落體、牛頓擺、平衡鳥、步行下坡
動位能轉換	重力、重心、加速度	Tracker自由落體、牛頓擺、平衡鳥、步行下坡
電	電壓	奇妙的電阻世界、自走車實作
	電流	奇妙的電阻世界、自走車實作
	電阻	奇妙的電阻世界、自走車實作
	二極體	奇妙的電阻世界、自走車實作
電磁感應	冷次定律	簡易小馬達
電磁感應	法拉第定律	簡易小馬達
光	斯奈爾定律	甜蜜的魔境
熱	熱與動力	史特林引擎

活動內容與探究問題

探究問題(補學習單上的) MySQL » db01.coowo.com:3355 » wiki4 » 選擇: 動手學科學評量

活動名稱	活動內容	探究問題	解答
穿不過去	找出兩組同學扮演「固體的原子核」，模擬兩件固體相向運動。	#觀察並探討為何原子核間距很寬，兩件固體相向運動時卻不會穿過對方。	中間的區域同時存在著電子因為包立不相容原理，已滿的電子軌域無法容納更多電子，因此兩個原子會因為彼此的電子軌域互相排斥而不會穿透。
穿不過去	找出兩組同學扮演「固體的原子核」，模擬兩件固體相向運動。	請簡單解釋包立不相容原理	任意兩個處於同一原子軌道的兩個電子不能佔有相同的量子態。 or 處於同一原子軌道的兩個電子自旋方向必定相反。
電子軌域勞作	利用平面的原子模型，做出不同的原子用不同的原子組合成不同的分子用複數的金屬原子模擬金屬固體，解釋金屬導電的特性	金屬為什麼有導電的特性	導電的特性=電子容易移動金屬元素最外層的軌域，都有很多空間可以讓電子進入，因此當很多個金屬原子連在一起時，就會形成一個通道方便電子移動
分辨常見元素	認識碳(C)、氧(O)、氮(N)、氫(H)	你是否能認得元素符號Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ	Ｃ：碳　　Ｈ：氫　　Ｏ：氧　　Ｎ：氮
認識常見分子	認識 CO2、CH4、H20、NH3、C2H5OH	分享一下你在生活中有觀察到哪些分子種類、哪些特性?	ex.我觀察到：乙醇(酒精)，塗在身體上會涼涼的
分子球桿模型	在初步認識不同分子之後，認識分子內原子的組成方式、形狀	1.請問分子的形狀跟甚麼有關係?	組成分子的原子們，他們電子軌域與鑑結狀況
觀察三態	透過模擬動畫，觀察在分子的層級時的物質三態物質三態對生活的影響	不同的態有甚麼特性？	固體時分子們會排列成固定形狀，並持續震動加熱成液體後，形狀會被破壞，振動會更劇烈，但還是黏在一起加熱成氣體後，開始有ㄧ些分子彈飛，不再黏在一起，振動會更劇烈
觀察三態	透過模擬動畫，觀察在分子的層級時的物質三態物質三態對生活的影響	如果沒有固態/液態/氣態，對我們的生活會有甚麼影響?	ex. 如果沒有固態，人類可能會流來流去如果沒有液態，我們沒辦法喝飲料如果沒有氣態，我們沒辦法呼吸
三相圖	讀懂三態圖:坐標、定溫、定壓、三相點	請問1大氣壓力時,改變溫度，水會發生甚麼改變?	1大氣壓力時,H2O會隨著溫度的升高，固→液→氣
		請問1大氣壓力時,改變溫度，二氧化碳會發生甚麼改變?	1大氣壓力時,CO2會隨著溫度的升高，固→氣
		請問水的熔點?	1大氣壓力時,H2O在0度時，固→液
		請問二氧化碳的熔點?	1大氣壓力時,CO2在-78度時，固→氣
		請問H2O的沸點比較高的原因?	氫鍵：在分子層級，H2O比CO2排列的更緊密，需要更高的溫度(能量)才能拆散那些分子
		氫鍵產生的原因?	H2O有極性
粒子、波雙重性	利用雷射筆做雙狹縫干涉實驗，證明光有粒子、波雙重性	1.拍照上傳過程與結果照片。 2.在紙上端正寫出組內分工以及計算波長的算式，並上傳。 3.討論各組結果為何不同？ 4.剔除極端值，全班各組做平均。 5.上網查出綠光雷射的波長，並跟實驗數據做比較。	1.實驗中有各種不同的誤差比較誤差大小，是否在兩個數量級以內
Tracker自由落體	利用Tracker(追踪器)，觀察物體的運行過程，計算物理量。	請問，當一個物體以自由落體的方式落下，時間過越久，物體的瞬間速度會____ A.越快 B.越慢 C.等速	A.越快
牛頓擺	使用自製的球和支架，讓小朋友們練習調整牛頓擺的各項參數，達到最好的效果。	1.如果牛頓擺失敗，可能的原因有哪些?	*線的長度不同，小球無法互相擊中質心點。球不夠重，沒有夠大的位能。
		2.為什麼球過不久會停下來？能量去哪了？	能量在球與球之間的碰撞，還有繩子與支架連接之間的摩擦力消耗掉了。
		3.什麼情況下牛頓擺可以永久擺下去？	在一個沒有空氣阻力也沒有摩擦力的理想空間牛頓擺可以永久擺下去。但是這種空間在現實生活中並不存在，目前只有在電腦模擬器裡可以實現。
		4.請用一個表格記錄單擺實驗	表格
平衡鳥	用簡單的實驗與勞作，加上生活中的體驗，讓同學們了解物理中的重心、動能、位能、加速度。	生活中有什麼地方能看到能量的傳遞？	冬天手摸著金屬製品，金屬製品變得會隨著時間變得不冷(體溫傳導能量到金屬製品裡，使它的溫度升高) 手機充電(能量以電的形式從插座傳遞到手機裡)
		請舉例，生活中的平衡現象	ex.騎單車、翹翹板
		為什麼平衡鳥只需要一個支點就能好好的站著？	因為平衡黏土的重心位置，已經低於支撐點的高度了，而物體會偏向重心，形成兩股相對的力量，互相抵銷，形成平衡，所以它可以”穩當當”的在我們的黏土支點上了。就像在課堂上所提到的腳踏車一樣，因為重心在支撐點之下，所以腳踏車與黏土就可以利用小小的支點，取得一個完美的平衡。
		請在下方的平衡鳥圖中，分別標出重心、支撐點、中心點的位置。
步行下坡	讓學生自行製作/觀察下坡玩具，認識力學的實際運作	下坡玩具的速度是越來越快，還是越來越慢呢？	當球往下滾時，持續受到地球重力的影響，位能不斷轉變成動能，使得速率會增加。
		在翻滾吧！柯基實驗中放入兩顆彈珠，翻滾速度會加快，與哪一個物理數值有關？	與重量與重力有關，因為萬有引力，彈珠統一滾到同一個方向，依作用力與反作用力來說，地球也會給柯基犬施加更大的利，柯基就翻得越快了。
		請問，當下坡小馬往下走時，時間過越久，下坡小馬的瞬間速度會____ A.越快 B.越慢 C.等速	C.等速
		什麼原因造成下坡玩具不會往下走?	坡度不夠(後重心無法作用)，摩擦力太大，造成下坡玩具無法往下走。
		放兩顆彈珠，效果有什麼改變呢?	柯基犬會滾得更快，因為彈珠的重量更大，兩邊重量落差更大，重心的方向越明顯。
		不能筆直走下坡時，可能的影響因素有哪些？該如何調整？	因為彈珠會在柯基犬裡面滾動，造成重心偏移，解決方法可以把柯基犬剪的窄一些，鎖定彈珠的位置。
奇妙的電阻世界	從一顆小小的電阻帶入，了解什麼是電阻，與電流、電壓有什麼關係？從生活中的體驗讓同學們了解各種電子元件的功能與用途。	請問電阻值越大，電流是越大還是越小？為什麼？	電阻是電線中的阻力，會阻擋電流讓電流變小，所以當電阻值越大時，電流則會越小
		電阻值的大小取決電線的那些變因？	電線材質、電線寬度..
		很多電子感應器上的判斷數值的原理？根據元件的___變化，因而數據產生變化？	根據裡面的可變電阻
自走車實作	讓學生們學習使用簡單的材料，去調整車子的結構，去做出一台性能最好的自走車。	車子爬坡的時候，電池座應該要放在前面還後面，才能順利攻頂？	電池座的位置會影響車子的重心，重心在前車子容易翻車，所以要放在後面
簡易小馬達	利用電磁感應的原理，模擬馬達的運作。	發電機主要運用什麼原理來發電？	利用各種動力（如水力、風力）使線圈在磁鐵的兩極間轉動；當線圈轉動時，線圈內的磁場改變，因此產生感應電流。發電機是運用「電磁感應」將動力所作的功轉換成電能的裝置
甜蜜的魔境
史特林引擎	嘗試製作史特林引擎，認識熱、動能、簡單機械運作	1.請舉出三個可能造成史特林引擎實驗失敗的原因	軸線不直，使得活塞上下時容易卡住。冷熱溫差不夠大。活塞會導熱，造成上下兩邊的溫度變得一樣。
史特林引擎	嘗試製作史特林引擎，認識熱、動能、簡單機械運作	2.請問活塞為什麼會被推起來？	因為氣體膨脹，將活塞給推了起來。