動手學科學/物質科學I/動位能轉換(一)
目錄
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
- 雲彩紙
- 竹籤
- 剪刀
- 膠帶
- 原子筆
製作步驟
- 將雲彩紙對折,並且畫上圖案
- 決定支點
- 將竹籤貼在支點上
黏土平衡鳥
準備材料
- 竹籤
- 剪刀
- 膠帶
- 原子筆
- 黏土
製作步驟
探究問題
- 生活中有什麼地方能看到能量的傳遞?
- 生活中的平衡現象
- 為什麼平衡鳥只需要一個支點,就能好好的站著?
- 移動兩支牙籤改變其夾角,要如何才能平衡?
- 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:
- 前腳的身體
- 能轉動的後腳
- 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。
- 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。
- 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
- 「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。
- 「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。
- 「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。
- 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
- 什麼原因造成不會往下走?
- 放兩顆彈珠,效果有什麼改變呢?
- 不能筆直走下坡時,可能的影響因素有哪些?該如何調整?