動手學科學/物質科學/2022公開課/力、運動與形變

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課程日期2022.3.2

觀念說明

力看不見,如何研究?

  1. 亞里斯多德
    • 自由落體時,物體下落的快慢是由物體本身的重量決定的,物體越重,下落得越快;反之,物體越輕,則下落得越慢。
  2. 伽俐略
    • 1590年伽利略曾在義大利比薩斜塔上做自由落體實驗(是否真有其事,有爭議)
    • 將兩個重量不同的球體從相同的高度同時扔下,結果兩個鉛球同時落地
    • 1971年,阿波羅15號太空人在月球上同時丟下獵鷹羽毛與鐵鎚,證明伽利略理論正確。
  3. 牛頓
  4. 虎克

力有方向性

  1. 地球引力
  2. 作用力與反作用力
  3. 加速度
  4. 重量與質量

牛頓運動定律

  1. 牛頓第一運動定律
    • 慣性定律
    • 慣性=物體在沒有任何外力下不會改變它的現況。
      也就是說:除非物體有受到外力,要不然保持靜止的物體,會一直保持靜止;沿一直線作等速度運動的物體,也會一直保持等速度運動
  2. 牛頓第二運動定律
    • 運動定律
    • 當物體受外力作用時,會在力的方向產生加速度,其大小與外力成正比,與質量成反比。
      也就是說:在同樣的力狀態下,質量越大,加速度越小,一個力只有一個方向性
    • 物體所受到的外力=質量×加速度
  3. 牛頓第三運動定律
    • 作用與反作用定律
    • 當一個力作用在一個東西上,會出現作用力與反作用力,同時出現同時消失,大小相同,方向相反,必作用於同一直線上。

活動流程

  • 課前準備
    使用260長條氣球,取一半數量,灌氣後備用,展示給孩子看,讓孩子期待玩氣球
  • 請一位較活潑的同學到前方,假裝要將他的頭拔起來放在旁邊
    • 說法:我們將這同學的頭拔起來放在旁邊這個位置,同學的頭浮在這個地方,假設沒有地球引力,假設沒有空氣,我們從後方(將手掌假裝從後方往前揮)往這個頭巴下去,各位覺得這顆頭會往哪個地方飛?
    • 用這個假想例子開始討論力的方向性。
  • 請另一位較活潑的同學到前方,請他背對著你(最好是男生)
    • 說法:我在這位同學後面,抬起腳往他屁股踢過去(將腿抬起假裝要踢下去),請問這位同學會發生甚麼事?
    • 說明受力的瞬間會產生速度變化的過程
  • 請一位瘦瘦的同學到前方,老師站在他的旁邊
    • 說法:假設旁邊這位超胖的同學,跟我這位超瘦的帥哥,站在這個位置,假設後方有兩台一樣的跑車,用一樣的速度與方向,各自撞到我們兩位,請問誰的速度增加量比較大?
  • 用左手握住長條氣球約3/1的位置,右手用食指往這1/3的尾端戳進去,打開左手氣球飛出
    • 說法:同學,學會射擊此氣球火箭的方法,並觀察此氣球的飛行模式,等會練習10分鐘後,在這條線後,用氣球射到我的人,有獎品
    • 10分鐘後待同學射擊完,與孩子討論為何氣球無法直線前進,而是亂飛,並討論直線前進的方法,同時說明直線運動的特性(牛頓第二運動定律)
  • 在氣球一端約5cm處纏上三圈的水電膠布,讓孩子再試著發射看看
    • 等同學射擊完後,與孩子討論為何一邊加重後,火箭突然可以射得又遠又直,並討論慣性的問題(牛頓第一運動定律)
  • 各位可以兩兩互相比拚力氣,但重點是要找出兩者可以平衡時的最大力氣,並感受其力的方向與大小
    • 等同學互推完,討論兩者使用力氣的大小,並推論作用力等於反作用力(牛頓第三運動定律)