"遙控的浮沉子" 修訂間的差異

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((三)評分標準)
(使用器材)
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大會:無
 
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自備:見後面九的材料總表
 
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======(一)操作方式======
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#活動二為開放型的,因此材料自備,瓶子及浮沉子的材質、大小、形狀均不限,但瓶子必須透明玻璃製的,容積600mL以上,而浮沉子必須兩個(長度必須小於5公分,製作方法見附件一),並分別標明A與B。於比賽前預先製作完成兩組遙控式浮沉子攜至會場。在本項競賽開始前,要自行檢查並調整好,等候比賽。
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#在比賽操作前要先宣告操作的項目以利計點,而每一項目只能有兩次的操作機會。
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#計點方式舉例如下:為說明方便,兩個浮沉子分別以A與B代表,比賽操作時兩個浮沉子應標明A與B,並塗以不同顏色以利裁判分辨。
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下降時A先B後,簡記為(降)AB;上升時B先A後,則記為(升)BA。
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同時上升或下降則A與B間以短線相連,並用()括在一起:
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(1)順向降升
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例1:(降)AB .........................得10點(基本分)
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例2:(升)BA .........................加10點
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(2)逆向降升
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例3:(降)BA .........................加10點
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例4:(升)AB .........................加10點
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(3)同時降升
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例5:降(A-B) ........................加10點
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例6:升(A-B) ........................加10點
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(4)上下交換
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例7:A(升)B(降) ...................加10點
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(註:約在同一時間,A從瓶底往上升、B從瓶頂往下降,亦即A與
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B,上下交換位置)
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例8:A(降)B(升),例7的反向 ........加10點
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(5)等候迎送
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例9:一個停在中間,另一個由底部上升至頂端 加10點

於 2019年2月21日 (四) 03:25 的修訂

原始設計者:蕭次融

簡介:

以簡單的器材製作浮沉子,體驗浮沉原理,探究從「寶特瓶外」手壓,以及「玻璃瓶內」遙控施壓時物體浮沉的變因,並操控浮沉子的沉浮次序。 本實驗要求學生親自製作浮沉子並調整浮沉子的密度,以體會浮力原理,享受操控浮沉子的樂趣,進而比賽誰最能操縱浮沉子聽話,使其依序下沉,反序上浮。


原理

物體在水中,若物體的密度大於其周圍的水的密度,物體就下沉。反之,若小於水的密度,物體就不會下沉,而下沉的物體就會上浮。以此推之,若兩者的密度相等,物體就會停在水中。物體的密度(D)與質量(M)以及體積(V)的關係,可以用式子表示如下:

由上式可知要改變物體的密度有兩種方式:一為固定M,改變V,另一為固定V,改變M。就浮沉子而言,這兩種方式均可以做到,均可以使浮沉子的密度比水的密度大或小,甚至相等。若能夠如此調整就可操控浮沉子的下沉或上浮,甚至停在水中。 「帕斯卡原理」說:「密閉流體的任一部分受壓,所受的壓力可以傳至流體的每一部分,大小不變」。因此,在裝滿水的密閉寶特瓶外的任一地方施壓,或在玻璃瓶內以遙控的方式施壓,瓶內的浮沉子會感受到壓力。若浮沉子有小孔可讓水進出,則水會從小孔進入浮沉子內,浮沉子增加重量而往下沉;若放鬆壓力,則被壓進浮沉子內的水就會流出來,浮沉子減輕重量而浮上來。因此改變小孔的大小,控制水從小孔進出的難易與快慢,就可控制浮沉子增減重量的快慢。小孔的孔徑約在0.2~0.3mm時,最容易控制浮沉子增減重量的速率。

若浮沉子完全密閉,水不能進出浮沉子,就不能改變其重量,但若能改變其在水中的體積,即改變其所得的浮力,也可以操縱其沉浮。例如用塑膠滴管所製成的密閉浮沉子,因塑膠的軟硬不同,浮沉子受壓改變體積的程度以及快慢的速率不同,就可以因其在水中所得浮力改變的快慢,用來控制其沉浮次序。

三、活動一:依序沉浮

場地需求

沒有特別的需求,課桌椅也可以。

使用器材

  1. 大會:吸管(吸飲料用的)10支,銅釘(6分)40支
  2. 自備:寶特瓶(透明,約600mL)、蠟燭、打火機、箝子、尺、剪刀、美工刀、簽字筆(油性)、茶杯、抹布、浮沉勾(製作方法,見附件三)

競賽說明

(一)操作方式

於30分鐘內,在現場製作每組至多7個浮沉子(製作方法,見附件一),在其上端的兩面編寫號碼並調整好後放進透明的寶特瓶(約600mL)內, 使其能依編號(1、2、3、…、n)順序下降後,再依順序(n、…、3、2、1)上升。

  1. 每隊要製作兩瓶的浮沉子,每兩人隊員一組,要合力製作一組浮沉子共用,各自操控同一個寶特瓶,使其自製的浮沉子依序沉浮。
  2. 大會提供吸飲料用的吸管(內徑約0.5~0.7公分)10支及6分的銅釘40支。
  3. 製作與調整時間共30分鐘。
  4. 剪刀、美工刀、打火機、蠟燭(不得使用其他火源,違規者取消該隊參賽本項資格)、油性色筆、尺、寶特瓶(用油性筆,劃一中線)、抹布、「救生員(浮沉勾)」或鑷子等各隊自備。

(二)注意事項

  1. 操控浮沉子時,必須一個浮沉子完成動作後,才輪到下一個,例如下沉時,1號浮沉子完全沉到瓶底,其他浮沉子全部浮在瓶內的上端,而且各浮沉子的頭部都要頂到水面,即所謂的「頂天立地」,等候裁判認定1號浮沉子已完成動作後,說「下一個」口令時,才可使2號浮沉子開始下降,而在2號的浮沉子下沉的過程中,1號浮沉子要「立地」,3號以上的浮沉子要「頂天」等候。
  2. 操作「下沉」時,任一浮沉子的下端過了「中線」,就「視同下沉」,若這個浮沉子不該下沉,就算這個浮沉子違規下沉。要下沉的浮沉子過了中線後,要使其底端立在寶特瓶的底部,亦即「立地」後,才可以視為完成了下沉的動作。
  3. 操作「上浮」時,注意事項類同上述的下沉動作,亦即最後下沉的n號浮沉子上浮到「頂天」,裁判說「下一個」口令後,(n-1)號的浮沉子才可開始上浮的動作。在上浮的過程中,n號要頂天,(n-2)號以下的浮沉子要立地等候。
  4. 在操作「上浮」的過程中,任一浮沉子的頂端過了「中線」,就「視同上浮」,因此,若這個浮沉子不該上浮,就算其違規上浮了。
  5. 已依序完成上浮動作的浮沉子,在操作其他浮沉子上浮時,因任何原因而再下降了,就視同沒有該浮沉子,而不計其績。
  6. 操作1~5號的浮沉子時,不管下沉或上浮,均須單手操控,違者不計其成績。
  7. 評分方法見後述,從評分的例子可以看出,要得點高,關鍵在於操控動作要確實,不在於浮沉子多。
  8. 本項活動所需的浮沉子,雖然必須在現場指定的時間內製作,但因其製作與調整吸水量,均需要相當多的練習才能熟練,而所需材料均很容易取得,因此各位參賽者,要在事先勤加練習製作與操控浮沉子。

(三)評分標準

  1. 任何依序下降或上升的每一個浮沉子,各得1點,而未依序下降或上升的浮沉子,亦即下降時超前,上升時落後,則視同沒有該浮沉子的存在,故不計其成績。
  2. 例如下降的順序是1253476,則因5號與7號的浮沉子超前下降,就視同沒有了5號與7號的浮沉子,因此只剩下12346號的5個浮沉子依序下沉,所以得5點;若是1345627則因3456均超前於2,先下降,故只能算127號的3個浮沉子,所以只能得3點;若是2345671,則只能得1點。同理,上升時也以類似的方式計點,示例如表一。
  3. 每隊四人的成績加總,作為該隊活動一的成績。

四、活動二:聽話沉浮

場地需求

沒有特別的需求,課桌椅也可以。

使用器材

大會:無 自備:見後面九的材料總表

競賽說明
(一)操作方式
  1. 活動二為開放型的,因此材料自備,瓶子及浮沉子的材質、大小、形狀均不限,但瓶子必須透明玻璃製的,容積600mL以上,而浮沉子必須兩個(長度必須小於5公分,製作方法見附件一),並分別標明A與B。於比賽前預先製作完成兩組遙控式浮沉子攜至會場。在本項競賽開始前,要自行檢查並調整好,等候比賽。
  2. 在比賽操作前要先宣告操作的項目以利計點,而每一項目只能有兩次的操作機會。
  3. 計點方式舉例如下:為說明方便,兩個浮沉子分別以A與B代表,比賽操作時兩個浮沉子應標明A與B,並塗以不同顏色以利裁判分辨。

下降時A先B後,簡記為(降)AB;上升時B先A後,則記為(升)BA。 同時上升或下降則A與B間以短線相連,並用()括在一起: (1)順向降升 例1:(降)AB .........................得10點(基本分) 例2:(升)BA .........................加10點 (2)逆向降升 例3:(降)BA .........................加10點 例4:(升)AB .........................加10點 (3)同時降升 例5:降(A-B) ........................加10點 例6:升(A-B) ........................加10點 (4)上下交換 例7:A(升)B(降) ...................加10點 (註:約在同一時間,A從瓶底往上升、B從瓶頂往下降,亦即A與 B,上下交換位置) 例8:A(降)B(升),例7的反向 ........加10點 (5)等候迎送 例9:一個停在中間,另一個由底部上升至頂端 加10點