聲東擊西

出自 全民科學平台
於 2019年3月14日 (四) 05:58 由 劉恩佑 (對話 | 貢獻) 所做的修訂 (活動一:直射聲砲)
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古代劉邦利用聲東擊西的伎倆,說服項羽讓他順利回到漢中就任漢中王,以積極儲備實力,和項羽爭奪天下霸權…;而今我們運用科學原理,來玩「聲東擊西」的趣味遊戲,看誰可奪得本項活動的冠軍頭銜喔!

目的

利用一股空氣的氣流,由其前進、反射和聚焦的現象,製作一個創意的射擊器,用其氣流吹熄蠟燭,藉以了解一股氣流的特性,同時結合聲砲的設計體驗材料和結構對系統功能的影響,以達成將理論和實務相互結合的情境,也可以提昇學生解決問題和創意思考及團隊合作的能力。

原理

  1. 聲波是一種波動現象。
  2. 聲波具有反射的性質,並遵守波的反射定律。
  3. 聲波反射的強度與反射面材料及性質有關。
  4. 聲波射入凹面反射面,會有聚焦的現象。
  5. 利用「聲砲」吹出的氣流可以吹熄蠟燭,而一股氣流的前進與反射等性質與聲波的雷同。

活動一:直射聲砲

使用材料

保特瓶 橡皮筋 氣球 現場製作兩門聲砲(與活動二共用) 兩門聲砲(與活動二共用、製作參考方法可見附錄),

競賽說明

  1. 裝置說明:每隊共需四門聲砲,兩門為利用大會提供的材料現場設計與製作,另兩門聲砲為賽前製作完成帶至現場,經裁判檢定合格後才可使用。詳細製作說明與參考圖,請見附錄圖3-3。
  2. 場地說明:
    1. 活動一競賽場地,如圖3-1。分為「射擊區」與「燭火區」。
    2. 射擊區:共分為A、B、C三區,每區均為長100cm、寬50cm的長方形,且三區的中軸線均穿過燭火區圓弧蠟燭的中心點O。A射擊區的前沿線距離O點為50cm。
    3. 燭火區:蠟燭共10支,其排列如圖3-1,以0點為圓心,半徑為60cm的圓弧線上均勻排列,兩支蠟燭間距為20公分。
  3. 競賽說明:
    1. 競賽重點:在有限的時間內,比比看在直線距離上,誰可以最遠的距離、最短的時間,射熄最多的蠟燭數。
    2. 各隊時間:每隊四人,兩人一組,每組1分鐘,每隊共兩分鐘進行競賽。
    3. 競賽程序與規定:
      1. 每隊使用四門聲砲,兩門必須為利用大會提供的材料,現場30分鐘內設計與製作,另兩門聲砲為賽前製作完成帶至現場,經裁判檢定合格後才可使用。
      2. 每隊四人,每人各持一門不同的聲砲參加競賽評分。參賽者可自行選擇射擊區的加權計點ABC三區之中的任一區射擊,唯選定區域後不得更換。
      3. 各隊中兩人為一小組,分為甲、乙兩組,同一組的兩名隊員必須選擇同一射擊區。
      4. 各隊每組共有1分鐘可進行射擊評分,在有限的時間內得點分數與射熄燭火數及射擊距離有關。
      5. 瞄準和射擊過程中,射手必須在所選定的區域範圍內不可越線射擊,且噴口的最前端不可超過所選射擊區域範圍的前沿界線,否則不予計分。
    4. 得點標準:
      1. 每隊活動一得點成績 X=(M1P1+T1)+(M2P2+T2)
      2. M1為甲組射熄的蠟燭數,P1為甲組射擊區的加權計點。
      3. M2為乙組射熄的蠟燭數,P2為乙組射擊區的加權計點。
      4. P1與P2的加權計點方式為:A區每射熄燭火一支得1點,B區每支2點,C區每支3點;注意,選定區域開始射擊後,即不得更換射擊區。
      5. T1與T2為各組如果在1分鐘內提早射熄全部10支蠟燭的加權點數,其加點方式如下:
        • 40秒(含)內完成,加五點。
        • 40.01~50.00秒(含)內完成,加3點。
        • 50.01~59.00秒(含)內完成,加1點。
      6. 例如:某隊甲組二人在B區(P1=2)射熄6支蠟燭(M 1=6),共花了60秒時間(T1=0);另二人乙組在A區(P2=1)射熄10支(M2=10),共花了45.0秒時間(T1=3);則活動一總點數 X=(M1P1+T1)+(M2P2+T2)=(62+0)+(101+3)=25(點)


 活動二 反射聲砲  使用材料 大會提供:保特瓶、橡皮筋、氣球,現場製作兩門聲砲,與活動一共用。 自 備:兩門或四門聲砲(製作參考方法可見附錄)。  競賽說明 (一)裝置說明: 每隊使用四門聲砲,可兩門為利用大會提供的材料現場30分鐘內設計與製作及兩門聲 砲為賽前製作完成帶至現場(經裁判檢定合格後使用);或也可以四門均為賽前製作完成 帶至現場(經裁判檢定合格後使用)。 (二)場地說明: 1. 活動二競賽場地,如圖3-2,分為「射擊區」與「燭火區」。 2. 射擊區:共分為A、B、C三區,每區均為長50cm、寬50cm的正方形,且三區的中軸線必 須穿過45度的入射線方向上。A射擊區的前沿線距離反射頂點Q為50cm。 3. 燭火區:蠟燭共5支,其排列如圖3-2,以20cm為半徑成同心圓分布,圓心0距離反射頂點 Q為50cm,其中3支蠟燭必須放在射擊區另一側的45度反射線上。 4. 用2 塊大小約為158*50*0.7cm 的三合板及固定座,分別做為隔離板甲及聲波反射面 乙。 5. 用2張會議桌將反射面及隔離板成T型架高如圖3-2,兩板之間距離25cm




(三)競賽說明: 1. 競賽重點:在有限時間內,比比看利用反射面,誰可以在最遠的距離、最短的時間內射熄全 部的蠟燭。 2. 各隊時間:每人30秒,各隊四人共兩分鐘。 3. 競賽程序與規定: (1) 每隊使用四門聲砲,均需經裁判檢定合格後才可使用。 (2) 每隊四人,每人各持一門不同的聲砲參加競賽評分。參賽者可自行選擇射擊區的加權 50cm 50cm 50cm A B C 自備反射面約30×50×1cm內 5 支燭火以 20cm 半徑形成圓 形,圓心落在距頂點 50cm 處 甲而且有三支在反射線上 均 入射約為45度,甲乙兩板均為 乙 120×60×2cm厚的三合板 甲 25cm 20cm 【圖3-2 反射聲砲競賽場地規格】 50cm 50cm 50cm O Q 計點ABC三區之中的任一區射擊,唯選定區域後不得更換。 (3) 4人輪流射擊,每人一次,可自己選擇A、B、C三區,每人計時30秒,共5支燭火, 每人射熄燭火支數乘以區域計點,4人點數加總即為活動二的得分。 (4) 瞄準和射擊過程中噴口的最前端不可超過區域範圍的前沿界線,否則不予計分。 (5) 射擊者須在所選定的區域範圍內不可越線射擊。 4. 得點標準: (1) 每隊活動二得點成績Y=(N1Q1+S1)+(N2Q2+S2)+(N3Q3+S3)+(N4Q4+S4) (2) N1、N2、N3、N4分別為第一、二、三、四位隊員射熄的蠟燭數。 (3) Q1、Q2、Q3、Q4分別為第一、二、三、四位隊員射擊區的加權計點;加點方式如下:  在A區每射熄燭火一支得1點。  在B區每射熄燭火一支得2點。  在C區每射熄燭火一支得3點。 (4) S1、S2、S3、S4分別為第一、二、三、四位隊員如果在30秒內提早射熄全部5支蠟燭 的加權點數,其加點方式如下:  20.00秒內(含)完成,加4點。  20.01~29.00秒內(含)完成,加2點。 (5) 注意,選定區域開始射擊後,即不得更換射擊區。  活動三 創意聲砲設計 自製創意聲砲的材料、形式不限,但大小須在長42cm寬30cm高25cm以內(一般裝A3影 印紙的紙箱大小),而且不得有危險物品或材料,評審項目分:功能、結構和創新設計三項。 一、功能競賽評分 30%

以活動一為競賽評分項目,共十支燭火每射熄一支計三分,限時一分鐘內完成。

二、結構設計 30%

評審內容包括:皮膜結構、握把結構、發射結構、噴口結構、整體簡易性及牢靠性。

三、創新設計 40%

評審內容包括:原理創新、造型創新、材料創新或其他創意設計。

四、器材  大會提供各隊: 品名 規格 數量 備註 寶特瓶 約600cc容量,直徑約6~8cm、高約22~24cm 2 個 橡皮筋 直徑約5公分 20 條 汽球 長約8cm 寬約4cm 6 個 備註:大會提供的材料其材質可能與各隊平時練習略有不同,請同學賽前多多嘗試各種品牌,以 便於可臨場應變與調整。  自備材料: 品名 規格 數量 備註 皮膜 任何具研展性的薄膜均可。例如:汽球膜、 塑膠手套膜、鼓膜。 不限 若在活動中有聲炮損壞,可自 行多準備幾個皮膜當場更換 維修,但仍在競賽時間內。 黏著劑 例如:膠帶或雙面膠。 不限 用於使膜附著於保特瓶上。 握把 自己依寶特瓶大小設計 不限 反射面 1. 尺寸:限長50cm寬30cm厚1cm以 內。 2. 材質不限,以平面為原則。 不限 也可直接採用現場的三合 板面當反射面。 剪切工具 如:剪刀、切刀 不限 大會不提供電源 五、時間 製作時間:各隊30分鐘(含2分鐘講解時間) 競賽時間:18隊,共40分鐘。 六、評分方式: 1. 活動一:兩分鐘內,每隊兩組各完成一分鐘的射擊,得活動一得點,依六等第計分法與其 他隊伍排序後,得活動一成績X。 2. 活動二:兩分鐘內,每隊四人完成每回30秒的射擊,得活動二得點,依六等第計分法與其 他隊伍排序後,得活動二成績Y。 3. 「聲東擊西」單項競賽總成績Z=X+Y,再依六等第計分法計算,決定各隊本項活動最後 的得分成績。 4. 單項競賽優勝獎,僅取一隊。依總成績六等第計分排名順序為第一名者獲獎,如有同分, 則以活動一成績高者為優勝。 5. 活動三:得點最高者,獲頒創意獎。此項評分獨立計算,不列入大會總成績。 6. 大會總成績排名,請見「大會活動規章」。 七、給參賽者的建議: 1. 四門聲砲(兩門現場製作、兩門賽前製作)共同使用於活動一與活動二,因此建議製作時 多注意其牢靠性並事先計劃分配使用原則,於競賽評分中不得另外製作新的聲砲,但可進 行局部維修。 2. 另外,參賽者應將現場微量通風均視為控制變因的一項因素,賽前應多自行研究與練習。 八、給評審的建議: 1. 場地佈置首重安全、公平、簡便,且不違背活動精神為原則,以期降低不必要的爭執。 2. 請選擇較無風的地點為競賽場,如場地風大將致燭火熄滅時,請加裝擋風板。 3. 燭火底座及放置位置宜事先在競賽評分桌面上畫好(以圓圈位置擺好)以示公平,燭火(含 底座)宜事先多準備幾個以便隨時更換。 4. 每位評審,可配置一支瓦斯點火器以利隨時點火。 5. 燭火高度約小於10cm時,應立即更換過新的一支以示公平。 6. 活動一:放置燭火的桌面大小約為60180cm長方形桌。 7. 活動二: (1) 反射桌面上必須預留空間給參賽者放置自備反射面,並注意其穩定度。 (2) 隔離板桌面可同時做為5支燭火的擺放桌面,但注意不宜超過ABC射擊區。 九、附錄:聲砲結構設計參考 主要包含項目及製作參考建議: 1. 主體:以空的塑膠寶特瓶為主,可切割或挖孔。大會現場提供兩個約600c.c的空保特瓶, 自製聲砲整體結構大小(包含所有部分)限在長42cm寬30cm高25cm以內。 2. 皮膜部分:可用汽球膜、塑膠手套膜、鼓膜等等,請注意強度、韌性、彈性及現場簡易 進行維修的可行性。 3. 發射裝置:可用螺絲墊圈、小木球等等,提醒注意牢靠性。 4. 噴口結構:可用原子筆套管頭(如圖3-3)或漏斗、瓶口等等,也可直接用瓶口當噴口。 5. 握把部分:可用各種把手,如門把或直接用手拿。 6. 自製聲砲的部分:主體一律用塑膠保特瓶為材料製作,不限品牌,大小則限在長42cm 寬30cm高25cm以內(一般裝A3影印紙的紙箱大小),禁止填充任何物品。