「動手學科學/物質科學II」的課程內容
一、科學觀念的系統與列表
| 系統 分類 |
科學觀念 | 說明 |
|---|---|---|
| 牛頓力學 | 慣性、直線運動、作用力等於反作用力 | 1、力的方向性 2、加速度 3、質量、加速度、牛頓單位 |
| 槓桿原理 | 力矩、重心 | 1、力、力臂、力矩 2、靜力平衡 3、重心位置 |
| 熱力學第一定律 | 能量流動、能量互換、能量守恆 | 1、光合作用 2、呼吸作用 3、澱粉種類 |
| 熱力學第二定律 | 熵 | 1、伽利略、牛頓 2、熱質說、瓦特、焦耳 3、熵的應用 |
| 電學、光學 | 電路串並聯、光的三原色 | *電路中兩個以上元件的基本連接方式 *光的三原色(RGB)以及色光合成與分解 |
| 磁學 | 磁懸浮 | 利用磁的吸力和排斥力來使物件在空中浮動，而不依靠其他外力的方法。透過利用電磁力來對抗重力，可以使物件不受重力束縛，從而自由浮動 |
二、科學觀念對應的活動
| 系統分類 | 科學觀念 | 活動名稱 | 設計者 |
|---|---|---|---|
| 牛頓力學 | 慣性、直線運動、作用力等於反作用力 | 1、氣球火箭 2、氣球壓縮 |
陳亮洲 |
| 槓桿原理 | 力矩、重心 | 1、殘廢認證 2、椰子的位置 |
陳亮洲 |
| 熱力學第一定律 | 能量流動、能量互換、能量守恆 | 1、光之捕捉者 2、澱粉大不同 |
陳亮洲 |
| 熱力學第二定律 | 熵 | 1、滾珠實驗 2、牛頓擺 3、撞鐵條 |
陳亮洲 |
| 電學、光學 | 電路串並聯、光的三原色 | 彩色影子 | 彭大立 |
| 磁學 | 磁懸浮 | 磁浮賽馬 | 彭大立 |
三、活動內容與探究問題
三、活動內容與探究問題
| 活動 名稱 |
活動內容 | 探究問題 | 參考答案 |
|---|---|---|---|
| 氣球火箭 | 藉由長條氣球的射擊，討論力作用在氣球飛行路徑的影響 | 單純的長條氣球，為何射不直？ | 空氣阻力的影響，會造成頭尾亂跑 |
| 在前方加上膠帶後，為何就會相對直 | 前方慣性變大，空氣阻力較難改變其運動方向，因此後方未纏膠帶慣性較小的部分，便只能跟著前方前進 | ||
| 有甚麼類似此情景的運動 | 羽毛球、踢毽子 | ||
| 殘廢認證 | 利用身體的構造，讓體驗者感受不平衡的狀態，進而討論重心的原理 | 左側邊身體側邊靠著牆壁，為何往右側抬起右腿，會跌倒，是因為？ | 當右腳抬起時，因為重心往右移，所以往右邊倒下 |
| 頭頂與腳尖靠著牆壁，為何無法墊腳尖 | 因為重心在腳尖後方，一翹腳尖，就會因為重心在後方而跌下來 | ||
| 身體背部與後腳跟靠著牆壁，為何無法不翹腳尖蹲下 | 因為蹲下時，身體的構造為了平衡，以雙腳為重心點必須有部分在雙腳腳跟前方，部分在後放(屁股位置)，因此因為牆壁限制了屁股往後，所以只能翹腳尖 | ||
| 沖天火箭 | 利用小蘇打與檸檬酸，製造出的二氧化碳，增加瓶中的氣體壓力，推開瓶塞，藉由作用力與反作用力的原理將火箭往上推進 | 為何要使用汽泡水的瓶子，當作實驗器材 | 因為可以支撐較大的氣壓，不易爆炸 |
| 當二氧化碳不斷累積，會使得瓶內何種因素變化，進而推開瓶塞 | 壓力會變大 | ||
| 假如瓶塞塞得越緊，則可能會發生何事？ | 1、射得越高 2、若壓力不夠高，則無法推出瓶塞，當然也就無法射出 3、壓力過大，瓶子爆炸 |
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| 牛頓擺與鐵條熱 | 牛頓擺是作用力與反作用力的表現而敲打造成鐵條發熱則是能量轉換的現象 | 牛頓擺中，為何拿起第一顆球放開後，只有最後一顆球會往上擺 | 第一顆撞到第二顆時，第二顆會產生作用力與反用力，作用力與前方抵銷，反作用力撞擊後方，造成第三顆也有同樣的現象，依此類推到最後一顆的作用力往前抵銷加速度，而反作用力因沒有物質與其抵銷，因此就往上擺盪 |
| 用鐵鎚敲擊鐵條，鐵條會發熱的原因是因為？ | 1、能量轉移 2、內部原子互相震動，造成摩擦 |
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| 牛頓擺與鐵鎚敲擊造成鐵條變熱，這兩者都符合甚麼定律？ | 能量守恆 | ||
| 彩色影子 | 使用紅藍綠各色的LED燈與電池，讓小朋友們練習串並聯，進行實作認識串並聯的優缺點。 了解光的三原色與色光的合成與分解，透過調整各色的LED燈的角度與嘗試黑色紙帶至屏幕的距離，在紙碗內壁上產生各色的彩色影子。 |
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。 *球不夠重，沒有夠大的位能。 |
| 紅藍綠LED次序交換會發生什麼事呢？ | 投影在碗壁上投影的彩色影子顏色順序改變 | ||
| 如果三顆紅藍綠燈由並聯改為串聯，會發生什麼？ | 紅色及綠色LED的工作電壓為1.8V~2.2V，藍色LED的工作電壓為3V-3.2V，若三顆LED改為串聯，則僅提供3V電壓無法讓三顆LED同時發亮。 | ||
| 在紅色、綠色LED前加電阻的目的是？ | 紅色及綠色LED工作電壓為1.8V~2.2V，若直接並聯3V電源，容易造成LED燒掉，因此在需分別在紅色及綠色LED前串聯小電阻降壓。 | ||
| 磁浮賽馬 | 利用手邊易得的材料製作手動磁浮馬達並結合視覺暫留中經典賽馬的圖案，使得轉動中心軸時能夠讓賽馬中的圖如動畫般順滑地播放 | 塑膠杯蓋上其中一顆磁鐵轉換磁極方向，會發生什麼事？依序增加杯蓋上磁極改變的磁鐵，會有什麼效果？ | 磁鐵方向不統一，均會造成磁鐵力其中一側不平衡。直到磁鐵方向統一改變至同方向。 |
| 在竹籤上的磁鐵距離杯蓋的最佳位置是？ | 磁鐵最佳位置為杯蓋上方距離1cm處。 | ||
| 底部泡棉存在的意義是什麼？泡棉上膠帶的功能是什麼呢？ | 底部泡棉用作固定中心軸竹籤，泡棉上的膠帶可減少旋轉時的摩擦力。 |
