動手學科學/物質科學I/動位能轉換(一)

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平衡鳥實驗

原始設計者:張鈞祺;張又懿


目的

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。

原理

重心

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,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。 影響:黏土平衡幾乎偏向重的那一邊,接著就會滑下來,除非將黏土插在正下方。

當重量不對稱,重心就會變成是重的那一邊,那麼也達不到將重心聚集於支撐點下方的狀態,整個黏土平衡就會變得不穩定。

活動

紙製平衡鳥

準備材料
  1. 雲彩紙
  2. 竹籤
  3. 剪刀
  4. 膠帶
  5. 原子筆
製作步驟
  1. 將雲彩紙對折,並且畫上圖案
  2. 決定支點
  3. 將竹籤貼在支點上

黏土平衡鳥

準備材料
  1. 竹籤
  2. 剪刀
  3. 膠帶
  4. 原子筆
  5. 黏土
製作步驟

探究問題

  1. 生活中有什麼地方能看到能量的傳遞?
  2. 生活中的平衡現象
  3. 為什麼平衡鳥只需要一個支點,就能好好的站著?
  4. 移動兩支牙籤改變其夾角,要如何才能平衡?
  5. 提高a牙籤上的黏土位置是否會影響平衡?

步行下坡實驗

目的

原理

玩具結構:

  1. 前腳的身體
  2. 能轉動的後腳



  1. 一個如膠囊狀中空的滾體,內部置有一顆密度較大的金屬球;滾體兩側有兩個樞軸,以使滾體可以沿著此主軸自由翻滾動。
  2. 滾體可在具鋸齒狀之傾斜的木製軌道上,靠樞軸在該軌道上自主的翻滾下降。
  3. 翻滾運動的特徵在於滾體繞著兩個樞軸中的一個交替旋轉,同時滾體從一側滾動到另一側。

下坡原則

  1. 「後重心」原則:物體的重心在前腳的後面,靠近後腳,但不能超過後腳。
  2. 「有限轉動」原則:後腳可以往前、往後轉動,但是轉動角度在一定的範圍內。當後腳往前轉動,會碰到前腳而停止;而往後轉動則會撞到位於S點的木栓而停止。
  3. 「腳掌圓弧」原則:前、後腳的「腳掌」是圓弧形的,不是平的。平的腳掌很難成功。
  4. 運動過程以腳掌為「支點」,隨著下坡的運動過程,前腳、後腳交替接觸斜坡,支點也隨之改變。

相關物理

動能
 PE = mgh
位能
 KE = 1/2mv^2

重心

活動

探究問題

  1. 什麼原因造成不會往下走? 
  2. 放兩顆彈珠,效果有什麼改變呢?
  3. 不能筆直走下坡時,可能的影響因素有哪些?該如何調整?

簡報檔及學習單

簡報 學習單