酒架平衡的探討

目的：

利用單片木板酒架與橫斜切底部的飲料杯，藉由學生自我學習靜力平衡

課程設計理念

探究與實作學習重點

• 發現問題：觀察現象、蒐集資訊、界定問題、提出可驗證的觀點
• 規劃與研究：尋找變因或條件、擬定研究計畫、收集資料數據
• 論證與建模：分析資料、呈現證據、解釋和推理、提出解決方案、建立模型
• 表達與分享：表達與溝通、討論、評價、省思

課綱中相對應的單元

高二力學一靜力學

引契：

1. 有一種單片木板製成的酒架，將酒掛在木板上，木板可將酒瓶水平撐住。這個現象並非我們日常所見的作用力的形式。

   

2. 將橫斜切底部的飲料杯放實驗在桌上，問學生會不會翻倒。再將一支18公分、200公克重的金屬棒水平插入飲料杯，調整金屬棒插入的長度，則可以使飲料杯部翻倒。

   

3. 學生拿去把玩，並試過金屬棒插入的不同長度，也嘗試拿鉛筆、原子筆、竹筷子、剪刀、美工刀…。
4. 問學生，他們能否做出這種平衡架。只有這個形狀嗎？學生會先動手模仿製作
5. 學生提出似是而非的平衡說法，趁機要他們找出平衡是什麼
6. 學生們陸陸續續、很分散的提出「質心」、「重心」、「力矩」、「靜力平衡」、「質心」…
7. 引導學生們尋找變因，以及控制變因、操作變因的量化量測與關係

實作：

為了簡化探究與方便實作，以硬保麗龍塊替代飲料杯，可利用美工刀(使用小心，現在孩子手不巧)切割保麗龍塊，再以隨手可得的筆(竹筷子容易分析)替代金屬棒。

1. 學生互相討論到底為何原本無法平衡的保麗龍塊，適當位置插入原子筆，調整深淺，保麗龍塊就能維持平衡。
2. 由學生互相討論而提出的疑問，引導學生尋找相關知識(重心、平衡等)，或建議如何切保麗龍塊。
3. 學生經互相討論與實際完成保麗龍塊的平衡後，請學生歸納整理他們發現了什麼。
4. 由各組分享發表他們實作的經驗、發現的問題及天馬行空的想法。
5. 由教師提出競賽辦法

活動一

利用20公分長、5號的鐵絲，以「一筆畫」的形式，在2分鐘內折成可以將200克重、長20公分、直徑1.5公分的圓柱金屬棒水平撐住(如圖所示)

活動二

利用25公分長、5號的鐵絲，以「一筆畫」的形式，在5分鐘內折成可以將200克重、長20公分、 直徑1.5公分的圓柱金屬棒結合住，並使之能在水平桌面做搖椅式的搖擺。

• 挑戰一：可擺盪20次
• 挑戰二：可擺盪一分鐘
• 挑戰三：可擺盪最久

製作改變設計尋找變因，並可引出重心、平衡概念。從搖擺周期又還能深入探討能量與摩擦力、弧度曲率半徑、轉動慣量（質量、分佈位置）等對周期影響。

延伸：

1. 製作精美可成為筆座
2. 可利用厚紙做成不同品味的筆座
3. 可利用厚紙鐵絲，不焊接，以「一筆畫」的方式凹折筆座，可成為競賽題目