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1 第 一 梯 次 提 昇 大 學 基 礎 教 育 計 畫 輔 英 科 技 大 學 通 識 教 育 實 施 模 式 之 建 立 博 雅 涵 養 課 程 教 材 動 手 做 科 學 的 體 驗 與 探 究 總 編 審 : 陳 忠 志 輔 英 科 技 大 學 民 國 九 十 三 年 七 月

2 第 一 梯 次 提 昇 大 學 基 礎 教 育 計 畫 輔 英 科 技 大 學 通 識 教 育 實 施 模 式 之 建 立 博 雅 涵 養 課 程 教 材 動 手 做 科 學 的 體 驗 與 探 究 總 編 審 : 陳 忠 志 編 撰 者 : 陳 忠 志 輔 英 科 技 大 學 民 國 九 十 三 年 七 月 1

3 序 本 教 材 的 編 輯, 係 針 對 科 技 校 院 自 然 科 學 通 識 課 程 的 實 施 而 設 計 教 材 編 輯 的 主 要 精 神, 在 提 供 學 生 於 通 識 課 程 的 課 堂 親 自 動 手 做 科 學 的 學 習 機 會, 在 真 實 的 情 境 中 進 行 自 然 科 學 的 體 驗 與 探 究, 從 中 感 受 科 學 的 奇 妙 瞭 解 科 學 的 真 理 發 揚 科 學 的 應 用, 期 能 達 成 下 列 目 標 : 1. 認 識 一 般 自 然 現 象 及 其 依 行 的 規 律 2. 增 進 學 生 對 自 然 現 象 的 興 趣 和 理 解 3. 培 養 學 生 動 手 實 作 的 能 力 與 習 慣, 啟 發 學 生 問 題 解 決 及 應 用 知 識 的 能 力 一 般 咸 認 為 欲 在 普 通 教 室 的 環 境 中 進 行 學 生 動 手 做 科 學 實 驗 是 一 件 不 容 易 的 事, 故 自 然 科 學 通 識 課 程 大 多 採 用 講 述 討 論 等 教 學 方 式, 間 接 將 科 學 交 給 學 生, 較 少 能 讓 學 生 親 自 在 科 學 的 真 實 情 境 中 直 接 建 構 科 學 的 理 念 本 教 材 為 能 提 供 學 生 第 一 手 科 學 的 經 驗, 並 配 合 普 通 教 室 的 場 地 限 制, 在 教 材 編 輯 方 面 力 求 滿 足 下 列 要 求 : 1. 本 教 材 編 輯 的 出 發 點, 著 重 學 生 在 課 堂 學 習 活 動 參 與 度 (involvement) 的 提 升, 雖 然 較 難 兼 顧 科 學 整 體 篇 幅 的 涵 蓋 性 (coverage), 但 經 由 學 生 主 動 性 的 投 入 學 習, 方 能 實 現 涵 蓋 的 篇 幅 較 少, 學 生 反 而 學 到 更 多 (Less is more) 的 目 標 2. 內 容 的 難 易 程 度, 以 符 合 修 習 博 雅 涵 養 課 程 的 學 生 程 度 3. 在 科 學 領 域 的 統 整 方 式 上, 以 聚 集 屬 性 相 同 的 自 然 現 象 形 成 主 體 的 方 式 作 處 理 4. 體 驗 與 探 究 活 動 的 內 容 多 選 取 生 動 有 趣 的 實 例, 以 激 發 學 生 的 興 趣, 引 發 學 生 愛 好 科 學 5. 動 手 做 的 體 驗 與 探 究 活 動 所 需 的 器 材, 為 了 因 應 環 境 的 限 制, 絕 對 避 開 制 式 化 的 科 學 儀 器, 全 部 選 用 學 生 在 日 常 生 活 中 所 用 到 的 物 品, 且 選 用 的 物 品 均 符 合 價 廉 的 要 求 與 重 覆 使 用 環 保 的 理 念 6. 動 手 做 的 體 驗 與 探 究 活 動 的 項 目, 以 場 地 在 一 般 普 通 教 室 便 能 進 行 者 為 考 量, 儘 量 克 服 普 通 教 室 無 水 源 熱 源 或 電 源 的 限 制 7. 器 材 的 來 源, 絕 大 多 數 為 學 生 可 自 備 者, 其 餘 少 數 學 生 難 以 配 合 而 需 教 師 代 為 準 備 者, 亦 皆 為 價 廉 而 容 易 取 得 者 8. 本 教 材 所 編 列 的 各 項 實 驗 活 動, 皆 已 在 教 室 場 景 中 做 過 教 學 測 試, 確 定 所 有 實 驗 均 可 順 利 進 行 且 安 全 無 虞 9. 由 於 體 驗 與 探 究 科 學 活 動 是 屬 動 態 過 程, 為 彌 補 純 文 字 敘 述 之 不 足, 在 適 當 位 置 附 有 插 圖, 以 增 加 本 教 材 的 可 讀 性 本 教 材 的 實 施 要 領 如 下 : 1. 本 教 材 的 內 容 份 量 供 自 然 科 學 通 識 課 程 一 學 期 2 學 分 的 教 學 之 需 2

4 2. 可 採 分 組 活 動 進 行, 以 增 進 學 生 間 同 儕 的 互 動 3. 動 手 做 科 學 的 體 驗 活 動, 要 求 學 生 一 方 面 親 自 實 作, 同 時 也 請 同 學 隨 堂 作 紀 錄, 作 為 教 師 評 量 的 依 據 4. 動 手 做 科 學 的 探 究 活 動, 每 遇 需 學 生 經 測 量 取 得 數 據 時, 可 請 所 有 學 生 上 台 將 數 據 寫 在 黑 板, 如 此 可 供 教 師 掌 握 學 生 的 進 度 並 就 學 生 的 成 果 作 即 時 評 量, 同 時 也 可 供 同 學 將 自 己 與 他 人 的 結 果 作 比 較 與 對 照, 達 成 交 流 與 分 享 的 社 會 化 效 果 5. 由 於 時 間 倉 促, 本 教 材 若 有 未 盡 完 善 之 處, 尚 祈 各 界 不 吝 指 正 以 作 修 訂 陳 忠 志 謹 序 民 國 93 年 6 月 10 日 於 輔 英 科 技 大 學 應 用 化 學 系 3

5 輔 英 科 技 大 學 博 雅 涵 養 教 材 動 手 做 科 學 的 體 驗 與 探 究 目 錄 序 第 一 篇 動 手 做 科 學 的 體 驗 實 驗 1 會 跳 舞 的 洋 菜 紙 實 驗 2 自 由 落 體 運 動 實 驗 3 跳 跳 豆 實 驗 4-1 紙 蜻 蜓 -1 實 驗 4-2 紙 蜻 蜓 -2 實 驗 5-1 火 箭 模 擬 實 驗 實 驗 5-2 火 柴 棒 火 箭 實 驗 5-3 水 火 箭 實 驗 6-1 吸 盤 實 驗 6-2 單 手 吸 盤 實 驗 7-1 馬 德 堡 半 球 實 驗 7-2 雙 手 吸 盤 實 驗 8 肺 呼 吸 的 模 型 實 驗 9-1 無 法 吹 脹 的 氣 球 實 驗 9-2 脹 大 後 不 消 氣 的 氣 球 實 驗 9-3 寶 特 瓶 噴 泉 實 驗 10 杯 子 內 倒 不 掉 的 水 實 驗 11 讓 水 只 進 不 出 的 杯 子 實 驗 12 壓 力 艙 中 的 棉 花 糖 實 驗 13 自 動 爬 升 的 吸 管 實 驗 14 自 動 膨 脹 氣 球 實 驗 15 化 學 地 雷 與 燙 手 山 芋 實 驗 16 簡 易 內 燃 機 - 酒 精 炮 實 驗 17 氣 流 造 成 低 氣 壓 實 驗 18 吹 不 走 的 乒 乓 球 實 驗 19 吹 不 掉 的 紙 片 實 驗 20 吹 BB 彈 實 驗 21 變 化 球 的 模 擬 實 驗 22 半 截 的 火 焰 - 熱 傳 導

6 實 驗 23 實 驗 24 實 驗 25 實 驗 26 實 驗 27 實 驗 28 實 驗 29 實 驗 30 實 驗 31 實 驗 32 旋 轉 的 紙 蛇 熱 對 流 溫 水 在 注 射 筒 中 沸 騰 簡 易 水 果 電 池 木 炭 鋁 箔 電 池 電 流 的 磁 效 應 簡 易 傳 統 馬 達 簡 易 另 類 馬 達 電 磁 感 應 揭 開 魔 術 的 面 紗 第 二 篇 動 手 做 科 學 的 探 究 探 究 1 測 量 工 具 的 設 計 與 製 作 探 究 2 利 用 自 由 落 體 測 定 反 應 時 間 探 究 3 吹 箭 探 究 4 運 動 量 對 肺 活 量 的 影 響 探 究 5 放 射 性 衰 變 過 程 的 模 擬 探 究 6 脈 搏 速 率 隨 運 動 量 的 關 係 探 究 7 運 動 後 心 跳 速 率 的 恢 復 參 考 書 目 誌 謝

7 第 一 篇 動 手 做 科 學 的 體 驗 6

8 實 驗 1 會 跳 舞 的 洋 菜 紙 旨 趣 將 親 水 性 的 材 料 ( 洋 菜 紙 ) 置 於 手 掌 上, 洋 菜 紙 吸 收 手 掌 汗 腺 所 排 出 的 水 份, 會 產 生 蜷 曲 或 翻 滾 的 現 象, 令 人 印 象 深 刻 科 學 概 念 1. 親 水 性 2. 汗 腺 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 洋 菜 紙 及 塑 膠 袋 片 2 2. 噴 霧 器 個 1 動 手 做 做 看 1. 取 2 片 洋 菜 紙, 將 其 中 一 片 置 於 乾 淨 的 桌 面 ( 或 課 本 ) 上, 將 另 一 片 置 於 你 的 手 掌 心 上, 觀 察 並 比 較 這 兩 片 洋 菜 紙 的 反 應 是 否 相 同? 問 題 討 論 1. 洋 菜 紙 受 什 麼 因 素 的 影 響? 2. 請 設 計 實 驗 來 驗 證 你 的 想 法 ( 參 考 答 案 : 洋 菜 紙 置 於 掌 心 時, 會 產 生 蜷 曲 或 翻 滾 的 現 象, 這 個 現 象 的 發 生 主 要 是 因 為 洋 菜 紙 吸 收 了 由 手 掌 汗 腺 所 排 出 的 水 份, 之 後 吸 收 的 水 份 又 快 速 蒸 發 洋 菜 紙 是 一 種 親 水 性 的 材 質, 內 部 含 有 許 多 小 氣 孔, 水 分 子 可 進 出 這 些 氣 孔 又 由 於 來 自 手 掌 的 熱 使 水 分 子 蒸 發, 形 成 一 股 氣 流, 洋 菜 紙 的 質 量 非 常 輕, 便 會 在 氣 流 中 隨 之 起 舞 如 果 我 們 先 在 手 掌 上 墊 一 張 塑 膠 紙, 再 於 塑 膠 紙 上 擺 放 洋 菜 紙, 則 由 於 塑 膠 紙 隔 絕 手 掌 汗 腺 所 排 出 的 水 份, 使 洋 菜 紙 吸 收 不 到 水 份, 洋 菜 紙 便 無 法 在 塑 膠 紙 上 跳 舞 了 此 外 另 一 常 見 的 例 子, 宴 席 上 常 會 出 現 一 種 菜 餚, 在 熱 騰 騰 的 羹 上, 灑 上 一 些 柴 魚 干 的 薄 片, 我 們 也 會 看 到 魚 干 薄 片 在 熱 羹 上 舞 動 ) 7

9 實 驗 2 自 由 落 體 運 動 旨 趣 不 論 質 量 或 體 積 的 大 小, 任 何 物 體 若 從 同 一 個 高 度 落 下, 理 應 同 時 到 達 地 面, 但 由 於 空 氣 阻 力 的 存 在, 實 際 的 實 驗 並 無 法 符 合 同 時 著 地 的 理 論, 即 使 伽 利 略 在 比 薩 斜 塔 所 作 的 實 驗, 仍 清 楚 顯 示 重 的 物 體 比 輕 的 物 體 先 著 地 本 實 驗 旨 在 排 除 空 氣 阻 力 的 障 礙, 證 明 自 由 落 體 確 實 是 同 時 落 地 科 學 概 念 1. 自 由 落 體 運 動 2. 空 氣 阻 力 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 硬 幣 枚 1 2. 厚 紙 片 片 1 動 手 做 做 看 1. 取 一 厚 紙 片, 剪 成 與 硬 幣 一 樣 大 2. 一 手 持 紙 片, 另 一 手 持 硬 幣, 讓 紙 片 與 硬 幣 同 時 由 同 一 高 度 釋 放, 觀 察 何 者 先 著 地 3. 一 手 持 硬 幣 邊 緣, 硬 幣 保 持 於 水 平 面, 再 將 紙 片 平 放 於 硬 幣 上 面, 如 圖 紙 片 硬 幣 4. 放 開 硬 幣 任 其 落 下 ( 控 制 釋 放 的 動 作, 讓 硬 幣 與 紙 片 在 落 下 期 間 均 保 持 在 水 平 面 ), 觀 察 硬 幣 與 紙 片 是 否 同 時 抵 達 地 面 問 題 討 論 1. 一 手 拿 硬 幣 另 一 手 拿 紙 片, 兩 手 同 時 由 同 一 高 度 釋 放, 硬 幣 與 紙 片 是 否 同 時 著 地? 為 什 麼? ( 參 考 答 案 : 硬 幣 較 紙 片 先 著 地, 因 為 空 氣 阻 力 對 紙 片 的 影 響 比 硬 幣 來 得 大, 使 得 紙 片 比 硬 幣 較 晚 著 地 ) 2. 當 硬 幣 在 下 紙 片 在 上, 同 時 釋 放 時, 兩 者 是 否 同 時 著 地? 為 什 麼? ( 參 考 答 案 : 兩 者 同 時 著 地, 因 此 在 狀 況 中 的 紙 片 未 受 到 的 空 氣 阻 力 的 影 響 ) 8

10 實 驗 3 跳 跳 豆 旨 趣 本 實 驗 寓 教 於 樂, 以 極 簡 單 的 材 料 便 可 製 作 出 極 生 動 的 科 學 玩 具 - 跳 跳 豆 (crazy beans), 旨 在 讓 學 生 透 過 製 作 的 過 程, 培 養 親 自 動 手 做 的 習 慣 與 實 作 的 能 力 科 學 概 念 1. 滾 動 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 鋼 珠 粒 1 2. 廚 房 用 鋁 箔 片 1 3. 底 片 盒 個 1 4. 塑 膠 吸 管 ( 珍 珠 奶 茶 用 ) 支 1 動 手 做 做 看 1. 將 鋁 箔 片 捲 在 吸 管 上, 鋁 箔 片 稍 伸 出 吸 管 末 端 約 1 cm, 並 於 鋁 箔 捲 的 腹 部 接 縫 處 貼 上 膠 帶 加 以 固 定, 如 圖 一 圖 一 2. 將 鋁 箔 伸 出 吸 管 頂 端 的 部 分 向 內 輕 輕 壓 摺, 將 吸 管 管 口 包 住, 形 成 一 端 封 口 另 一 端 開 口 的 鋁 箔 套, 如 圖 二 吸 管 3. 將 吸 管 自 鋁 箔 套 由 開 口 端 抽 出, 如 圖 三 圖 二 圖 三 4. 將 鋼 珠 自 開 口 端 放 進 鋁 箔 套, 如 圖 四 9

11 圖 四 5. 將 鋁 箔 套 的 開 口 端 向 內 輕 輕 壓 摺 加 以 封 閉, 此 時 鋁 箔 的 外 貌 酷 似 一 顆 蠶 繭, 跳 跳 豆 的 雛 形 便 出 現, 如 圖 五 圖 五 6. 為 了 使 跳 跳 豆 兩 端 封 口 更 加 密 實, 將 跳 跳 豆 放 進 底 片 盒, 蓋 緊 盒 蓋 後, 拿 起 底 片 盒 加 以 搖 晃 數 次, 跳 跳 豆 的 鋁 箔 外 皮 會 更 加 結 實, 如 圖 六 圖 六 7. 取 出 跳 跳 豆, 讓 跳 跳 豆 在 掌 上 桌 面 上 或 地 板 上 滾 動, 觀 察 跳 跳 豆 的 運 動 情 形, 如 圖 七 圖 七 問 題 討 論 1. 當 跳 跳 豆 在 平 面 上 滾 動 時, 其 運 動 情 形 如 何? ( 參 考 答 案 : 跳 跳 豆 的 運 動 情 形 大 致 如 下 : 首 先 某 一 端 ( 甲 ) 固 定, 另 一 端 ( 乙 ) 繞 著 甲 端 旋 轉, 由 上 升 而 下 降 畫 出 一 道 半 圓 弧 後, 跳 跳 豆 靜 止 短 暫 時 間, 接 著 乙 端 固 定, 甲 端 繞 著 乙 端 旋 轉, 又 畫 出 另 一 道 半 圓 弧, 如 此 交 替 進 行, 跳 跳 豆 便 以 一 起 一 伏 的 方 式 行 走 前 進, 甚 為 可 愛 有 趣 ) 10

12 實 驗 4-1 紙 蜻 蜓 -1 旨 趣 螺 旋 槳 的 轉 動 可 提 供 車 輛 輪 船 飛 機 等 交 通 工 具 的 動 力 一 般 人 所 熟 知 的 竹 蜻 蜓, 可 做 為 螺 旋 槳 的 教 學 模 型, 但 常 見 的 竹 蜻 蜓 以 竹 肌 為 材 料, 製 做 起 來 較 費 力 耗 時, 令 人 怯 步 本 實 驗 設 計 僅 以 厚 紙 片 及 飲 料 用 吸 管, 便 可 快 速 做 出 紙 蜻 蜓, 提 供 螺 旋 槳 原 理 的 教 學 科 學 概 念 1. 反 作 用 力 2. 牛 頓 第 三 運 動 定 律 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 厚 紙 板 ( 馬 糞 紙 ) 片 1 2. 吸 管 支 1 動 手 做 做 看 1. 剪 取 一 片 厚 紙 板 2. 找 出 厚 紙 板 的 中 心 點 3. 於 中 心 點 的 位 置 上, 利 用 打 洞 器 剪 出 一 個 洞 4. 將 吸 管 的 一 端 插 入 紙 片 中 心 的 洞, 並 調 整 吸 管 伸 出 紙 面 的 長 度 約 1 cm, 如 圖 一 圖 一 5. 將 吸 管 伸 出 的 長 度, 沿 著 縱 向 剪 成 4 個 分 叉 6. 將 4 個 分 叉 分 別 向 外 扳 倒, 使 其 貼 緊 厚 紙 片, 再 用 釘 書 機 加 以 釘 牢, 如 圖 二 11

13 圖 二 7. 雙 手 分 別 抓 住 厚 紙 片 的 兩 翼 並 將 紙 片 加 以 扭 轉, 使 紙 面 彎 曲 變 形 成 螺 旋 槳 的 形 狀, 紙 蜻 蜓 便 告 完 成, 如 圖 三 圖 三 8. 將 紙 蜻 蜓 的 吸 管 部 位 置 於 兩 手 掌 之 間, 沿 某 一 方 向 搓 吸 管, 使 紙 蜻 蜓 的 雙 翼 繞 吸 管 轉 動 後 並 即 刻 放 手, 觀 察 紙 蜻 蜓 如 何 飛 行 9. 若 沿 相 反 方 向 搓 吸 管 並 放 手, 再 觀 察 紙 蜻 蜓 如 何 飛 行 問 題 討 論 1. 吸 管 的 旋 轉 方 向 與 紙 蜻 蜓 上 升 或 下 降 有 何 關 係? ( 參 考 答 案 : 若 吸 管 的 旋 轉 造 成 雙 翼 轉 動 時 前 緣 高 於 後 緣, 則 雙 翼 將 空 氣 向 下 推, 空 氣 施 予 雙 翼 的 反 作 用 力 使 紙 蜻 蜓 上 升 反 之, 若 吸 管 的 旋 轉 造 成 雙 翼 轉 動 時 前 緣 低 於 後 緣, 則 雙 翼 將 空 氣 向 上 推, 紙 蜻 蜓 便 向 下 降 ) 12

14 實 驗 4-2 紙 蜻 蜓 -2 旨 趣 利 用 一 張 小 紙 片 製 作 類 似 紙 蜻 蜓, 當 此 紙 蜻 蜓 自 空 中 落 下 時, 會 產 生 自 旋, 將 位 能 化 為 紙 蜻 蜓 的 轉 動 動 能, 因 而 延 遲 落 下 的 時 間 本 實 驗 可 透 過 個 人 競 賽 方 式, 激 發 學 生 思 考 如 何 讓 紙 蜻 蜓 在 空 中 停 留 最 久, 從 活 動 中 辨 認 相 關 的 變 因 與 提 升 解 決 相 關 的 問 題 的 能 力 科 學 概 念 1. 力 矩 2. 轉 動 3. 能 量 轉 換 實 驗 器 材 品 名 單 位 數 量 A4 紙 張 1 動 手 做 做 看 1. 將 A4 紙 沿 較 窄 的 方 向 裁 成 四 等 分 如 圖 一 圖 一 2. 取 出 其 中 的 一 等 分, 按 下 圖 虛 線 剪 開, 如 圖 二 圖 二 13

15 3. 將 紙 片 上 方 的 兩 開 叉 向 外 折, 如 圖 三 圖 三 4. 將 紙 片 下 方 揉 成 一 團, 如 圖 三, 紙 蜻 蜓 便 告 完 成 5. 讓 紙 蜻 蜓 自 空 中 落 下, 觀 察 紙 蜻 蜓 的 運 動 情 形, 列 舉 影 響 紙 蜻 蜓 落 下 快 慢 的 可 能 變 因 有 那 些, 並 就 所 列 的 變 因 提 出 假 設 6. 根 據 所 提 出 的 變 因 及 假 設, 自 行 設 計 並 製 作 紙 蜻 蜓 加 以 驗 證 7. 同 組 同 學 作 競 賽, 角 逐 那 個 人 的 紙 蜻 蜓 落 下 最 慢, 選 出 組 代 表 8. 全 班 各 組 代 表 作 競 賽, 角 逐 落 下 最 慢 的 紙 蜻 蜓 為 優 勝 者 問 題 討 論 1. 請 從 能 量 觀 點 說 明 紙 蜻 蜓 的 運 動 2. 影 響 紙 蜻 蜓 落 下 時 間 的 變 因 有 那 些? 就 這 些 變 因 可 作 什 麼 假 設? 14

16 實 驗 5-1 火 箭 模 擬 實 驗 旨 趣 推 動 火 箭 升 空 的 動 力, 來 自 燃 燒 氣 體 噴 出 時 所 產 生 後 座 力, 本 實 驗 基 於 同 樣 的 原 理, 讓 一 脹 大 的 氣 球 將 氣 體 從 其 吹 嘴 噴 出, 利 用 後 座 力 使 氣 球 前 進, 透 過 此 模 擬 實 驗, 學 生 同 時 可 練 習 辨 識 影 響 一 個 實 驗 的 變 因 科 學 概 念 彈 性, 牛 頓 第 三 運 動 定 律, 作 用 力 與 反 作 用 力 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 氣 球 囊 只 1 2. 吸 管 支 1 3. 縫 紉 細 線 段 1 動 手 做 做 看 1. 自 吸 管 剪 取 兩 小 段 圓 環 備 用 2. 將 氣 球 囊 吹 氣 使 其 脹 滿 後, 捏 緊 吹 嘴 3. 以 雙 面 膠 帶 在 氣 球 的 縱 貫 方 向 黏 貼 兩 截 吸 管 環 4. 將 線 穿 過 黏 在 氣 球 上 的 圓 環 5. 將 細 線 的 兩 端 分 別 繫 在 兩 固 定 點 ( 或 請 兩 人 分 別 在 兩 端 拉 緊 細 線 ) 6. 放 開 氣 球 的 吹 嘴, 讓 氣 球 自 行 沿 細 線 滑 行 測 量 氣 球 滑 行 的 距 離 7. 嘗 試 找 出 影 響 氣 球 滑 行 遠 近 的 變 因, 重 覆 實 驗 並 加 以 改 進, 以 逐 次 增 加 氣 球 滑 行 的 距 離 8. 將 全 班 予 以 分 組, 各 組 選 派 代 表 比 賽 9. 比 較 各 組 代 表 的 實 驗 結 果, 作 為 競 賽 評 定 的 依 據 問 題 討 論 1. 如 果 我 們 希 望 氣 球 放 氣 後 沿 細 線 能 滑 行 越 遠 越 好, 則 那 些 變 因 會 影 響 氣 球 滑 行 距 離? ( 參 考 答 案 : 若 全 班 使 用 相 同 的 氣 球 囊, 則 氣 球 囊 為 控 制 變 因, 操 縱 變 因 則 有 : 氣 球 釋 放 前 脹 滿 的 程 度 細 線 曲 直 的 程 度 等 ) 吸 管 環 15

17 實 驗 5-2 火 柴 棒 火 箭 旨 趣 利 用 傳 統 火 柴 棒 可 製 作 一 火 箭 的 超 迷 你 模 型, 透 過 火 柴 棒 火 箭 的 發 射, 可 提 供 作 用 力 與 反 作 用 力 的 探 討 題 材, 亦 可 作 為 分 組 競 賽 的 項 目, 寓 教 於 樂 科 學 概 念 作 用 力 ; 反 作 用 力 ; 牛 頓 第 三 運 動 定 律 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 火 柴 棒 根 1 2. 鋁 箔 片 1 3. 蠟 燭 根 1 4. 鐵 線 段 1 動 手 做 做 看 1. 將 火 柴 棒 沾 黏 火 藥 的 一 端 以 鋁 箔 包 捲, 如 圖 一, 鋁 箔 片 伸 出 火 柴 頂 端 約 1 cm 圖 一 2. 將 鋁 箔 捲 的 末 端 倒 摺 加 以 密 封, 如 圖 二 圖 二 3. 將 鐵 線 摺 成 湯 匙 狀 的 支 架, 以 便 火 柴 棒 可 跨 置 於 其 上 4. 點 燃 蠟 燭, 並 將 蠟 燭 豎 立 於 淺 碟 上 5. 將 火 柴 棒 水 平 跨 置 於 鐵 線 支 架 上, 並 將 包 覆 鋁 箔 的 一 端 移 到 火 焰 上 加 熱, 直 到 鋁 箔 內 的 火 藥 燃 燒, 並 將 火 柴 棒 射 出, 如 圖 三 16

18 圖 三 6. 重 覆 上 述 實 驗 數 次, 找 出 影 響 火 柴 棒 射 程 的 因 素 有 那 些? 問 題 討 論 1. 火 柴 棒 火 箭 發 射 的 動 力 從 何 而 來? ( 參 考 答 案 : 當 火 柴 棒 的 火 藥 點 燃 時, 產 生 氣 體, 這 些 氣 體 自 鋁 箔 與 火 柴 棒 之 間 的 縫 隙 噴 出 時, 會 施 予 火 柴 棒 一 反 作 用 力, 使 火 柴 棒 射 出, 此 原 理 與 真 正 火 箭 的 原 理 是 相 同 的 ) 2. 那 些 因 素 影 響 火 柴 棒 的 射 程? ( 參 考 答 案 : 鋁 箔 片 的 重 量 鋁 箔 包 紮 火 柴 棒 的 緊 密 程 度 鋁 箔 所 包 住 的 空 氣 量 燃 燒 氣 體 從 鋁 箔 的 那 一 邊 射 出 ) 17

19 實 驗 5-3 水 火 箭 旨 趣 火 箭 升 空, 乃 利 用 燃 料 燃 燒 噴 出 氣 體 所 造 成 的 反 作 用 力 來 推 進 火 箭 的 上 升, 故 火 箭 的 升 空 是 牛 頓 第 三 運 動 定 律 ( 作 用 力 等 於 反 作 用 力 ) 的 應 用 基 於 類 似 的 原 理, 本 實 驗 利 用 水 自 寶 特 瓶 噴 出 的 反 作 用 力, 將 寶 特 瓶 推 上 天 空 科 學 概 念 1. 反 作 用 力 2. 牛 頓 第 三 運 動 定 律 3. 摩 擦 力 4. 拋 射 運 動 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 寶 特 瓶 ( 大 ) 個 1 2. 腳 踏 車 內 胎 氣 嘴 個 1 3. 橡 皮 塞 個 1 4. 打 氣 筒 具 1 5. 塑 膠 筒 段 1 實 驗 步 驟 1. 自 回 收 的 腳 踏 車 內 胎, 取 下 氣 嘴 備 用 2. 在 橡 皮 塞 打 洞 3. 將 氣 嘴 緊 塞 入 橡 皮 塞 4. 寶 特 瓶 注 入 1/3 滿 的 水 5. 將 附 氣 嘴 的 橡 皮 塞 緊 塞 進 寶 特 瓶 口, 如 圖 一 橡 皮 塞 打 氣 嘴 水 圖 一 6. 將 打 氣 筒 接 上 打 氣 嘴, 如 圖 二 18

20 圖二 7. 請助手持寶特瓶 以瓶口朝下瓶底朝上的角度 將寶特瓶放進塑膠 筒 8. 操作打氣筒 將空氣灌進寶特瓶 直到寶特瓶逃脫橡皮塞而自塑膠 筒射向天空 如圖三 圖三 9. 觀察寶特瓶的拋射運動與塑膠筒仰角的關係 10.以不裝水的空瓶 重複上述實驗 並比較寶特瓶在裝水與不裝水兩 種情形 那一種情況下寶特瓶飛得遠 11.舉辦分組競賽 比較那一組使寶特瓶飛得最遠 問題討論 1. 在此實驗中 寶特瓶為什麼會升空 參考答案 因寶特瓶內的壓縮空氣將水自瓶口向下噴出 而噴出 的水便施予寶特瓶向上的反作用力 使寶特瓶拋向天空 此乃牛 頓第三運動定律的原理 當甲物體施一作用力予乙物體 則乙物 體也同時施一反作用力予甲物體 作用力與反作用力大小相等 方向相反 2. 影響寶特瓶拋射距離的因素有那些 參考答案 1. 橡皮塞與瓶口緊密的程度 2. 瓶內水量所佔的體積比例 3. 拋出時的發射角度 19

21 3. 比 較 寶 特 瓶 在 裝 水 與 不 裝 水 的 情 況 下, 在 那 一 情 況 下 寶 特 瓶 可 飛 得 較 遠? ( 參 考 答 案 : 寶 特 瓶 裝 水 比 不 裝 水 飛 得 較 遠 ) 20

22 實 驗 6-1 吸 盤 旨 趣 市 售 塑 膠 吸 盤 可 吸 住 磁 磚, 並 供 我 們 吊 掛 日 用 品 吸 盤 可 吸 住 哪 些 物 體? 我 們 如 何 使 用 吸 盤? 科 學 概 念 1. 大 氣 壓 力 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 吸 盤 個 1 動 手 做 做 看 1. 取 一 吸 盤, 觀 察 並 繪 出 其 構 造 ( 如 圖 一 ) 2. 根 據 你 觀 察 的 構 造, 指 出 應 如 何 使 用 吸 盤 ( 如 圖 二 ) 空 氣 跑 出 去, 故 可 吸 住 物 體 ( 需 平 坦 ) 大 氣 壓 力 原 理 向 內 壓 ( 圖 一 ) ( 圖 二 ) 3. 測 試 吸 盤 可 吸 住 哪 些 物 體? 吸 不 住 哪 些 物 體? 問 題 討 論 1. 吸 盤 的 構 造 有 何 特 別 之 處? ( 參 考 答 案 : 塑 膠 吸 盤 外 緣 成 喇 叭 狀, 若 用 手 將 吸 盤 頂 住 光 滑 的 表 面 並 用 力 壓, 則 原 來 困 在 吸 盤 內 的 部 份 空 氣 全 被 擠 出 ; 在 放 手 後, 吸 盤 本 身 的 彈 性 使 吸 盤 略 微 站 起, 吸 盤 內 的 體 積 增 加, 壓 力 減 少, 但 吸 盤 外 的 壓 力 仍 然 為 一 大 氣 壓, 內 外 的 壓 力 差 便 將 吸 盤 緊 緊 壓 住 在 物 體 表 面 上 ) 2. 可 被 吸 盤 吸 住 的 物 體 或 吸 不 住 的 物 體, 有 何 特 徵? ( 參 考 答 案 : 可 被 吸 盤 吸 住 的 物 體, 必 須 是 光 滑 的 表 面, 不 容 有 氣 體 由 外 面 經 吸 盤 與 表 面 的 交 界 面 滲 入 吸 盤 內 部 ) 21

23 實驗6-2 單手吸盤 旨趣 利用大氣壓力的存在 我們可以手掌心當吸盤 輕而易舉地 吸住空寶特瓶 科學概念 1. 大氣壓力 2. 波義耳定律 實驗器材 空寶特瓶 1個/人 動手做做看 1. 取一底部稍微凹陷的寶特瓶 如圖一 2. 將一手掌沾濕 如圖二 (圖二) (圖一) 3. 如圖 以手掌大拇指下方的肥厚部分頂住瓶底 另一手持寶特瓶並 將瓶底貼緊手掌緩慢平移 平移期間 瓶底的稜線須隨時與掌面保 持接觸 使掌面與瓶底之間形成一密閉的氣室 4. 當手掌心移動到瓶底的中心處 若你會感受到手掌皮膚被向外拉 則寶特瓶就被你的手掌吸住了 如圖三 用 手 當 吸 盤 (圖三) 22

24 問 題 討 論 1. 平 移 期 間, 瓶 底 的 稜 線 須 隨 時 與 掌 面 保 持 接 觸, 用 意 何 在? 2. 手 掌 心 能 吸 住 空 寶 特 瓶, 我 們 可 以 如 何 解 釋 這 個 現 象? 3. 取 一 小 玻 璃 酒 杯, 裝 一 些 水, 也 同 樣 可 以 手 掌 吸 起, 為 什 麼?( 備 註 : 酒 杯 裝 越 多 水, 越 容 易 將 酒 杯 以 手 掌 吸 起 ) 4. 取 一 杯 子, 手 持 杯 子 並 將 杯 口 罩 住 口 部, 再 以 口 吹 氣, 你 感 覺 如 何? 若 將 持 杯 子 的 手 放 開, 杯 子 是 否 仍 被 吸 住? 為 什 麼? 23

25 實 驗 7-1 馬 德 堡 半 球 旨 趣 在 科 學 的 歷 史 中, 有 一 個 很 出 名 的 實 驗, 此 實 驗 證 明 大 氣 壓 力 的 存 在, 此 實 驗 將 兩 個 鐵 鑄 成 的 中 空 半 球, 組 合 成 一 中 空 的 圓 球 後, 抽 掉 球 內 的 氣 體, 大 氣 壓 力 便 壓 住 此 圓 球, 若 欲 將 兩 個 半 球 再 拆 開, 則 各 邊 需 動 用 數 匹 馬 來 拉 才 行 本 實 驗 只 利 用 很 簡 單 的 道 具, 便 可 充 分 顯 現 馬 德 堡 半 球 實 驗 所 欲 表 達 的 大 氣 壓 力 現 象 科 學 概 念 1. 大 氣 壓 力 2. 彈 性 3. 波 義 耳 定 律 實 驗 器 材 1. 塑 膠 半 球 ( 玩 具 店 稱 為 金 龜 跳 ) 2 個 動 手 做 做 看 1. 將 兩 個 塑 膠 半 球 的 邊 緣 對 齊 相 向 靠 緊, 併 湊 成 一 圓 球 2. 以 大 拇 指 及 食 指 捏 住 兩 個 半 球 的 頂 端 並 用 力 擠 壓, 使 一 些 氣 體 自 球 內 釋 放 出 來, 但 隨 時 須 保 持 兩 球 殼 的 邊 緣 貼 緊 3. 放 手 後, 兩 個 半 球 便 緊 密 結 合 成 一 個 球 體, 將 此 球 丟 到 地 板 便 反 彈 4. 嘗 試 以 雙 手 將 組 成 的 圓 球 拆 開 為 兩 個 半 球, 體 驗 大 氣 壓 力 作 用 在 組 合 球 體 上 的 力 量 方 向 問 題 討 論 1. 在 此 實 驗 中, 兩 個 半 球 為 什 麼 會 緊 密 結 合 成 一 個 球 體? ( 參 考 答 案 : 因 實 驗 過 程 中, 以 大 拇 指 及 食 指 擠 壓 兩 個 半 球 頂 端 的 動 作, 將 一 些 空 氣 擠 出 球 外, 球 體 內 部 的 空 間 空 氣 比 大 氣 稀 薄, 形 成 負 壓, 球 體 外 的 大 氣 壓 力 便 壓 住 兩 半 球, 使 其 相 向 緊 貼 在 一 起 ) 2. 大 氣 壓 力 施 予 組 合 球 的 力 量 方 向 為 何? ( 參 考 答 案 : 如 圖 ) 24

26 實驗7-2 雙手吸盤 旨趣 以我們自己的雙手做一個類似的馬德堡半球 並以手掌體驗 大氣壓力的存在 科學概念 1. 大氣壓力 2. 波義耳定律 實驗器材 雙手 動手做做看 1. 伸出雙手合攏 兩手的五個手指交叉 2. 兩手掌心撐平 並緊貼一起 儘量不要讓兩掌心之間有空隙存在 如圖一 緊貼的掌心 將空氣擠出 (圖一) 3. 弓起掌心且保持掌心外圍仍然緊密貼住 讓兩手掌之間形成一空腔 逐漸加大 此時你的手掌有何感覺 4. 當掌心弓到相當程度時 你便會聽到啪一聲 如圖二 打開掌心 有 啪 的聲音 (圖二) 問題討論 當掌心弓到相當程度 你所聽的啪一聲 是如何產生的 25

27 實 驗 8 肺 呼 吸 的 模 型 旨 趣 每 個 人 隨 時 都 在 呼 吸, 以 自 體 外 獲 取 氧 並 排 出 二 氧 化 碳 至 於 肺 呼 吸 時, 空 氣 如 何 進 入 肺 內 或 氣 體 如 何 由 肺 逸 出 體 外 的 動 作, 我 們 可 自 製 一 簡 易 模 型, 並 利 用 此 模 型 來 瞭 解 大 氣 壓 力 在 肺 呼 吸 過 程 中 所 扮 演 的 角 色 科 學 概 念 1. 肺 的 外 呼 吸 2. 大 氣 壓 力 3. 波 義 耳 定 律 實 驗 器 材 空 寶 特 瓶 ( 硬 材 質 ) 1 支 人 乳 膠 手 套 1 支 人 橡 皮 塞 (6 號 ) 1 個 人 空 心 塑 膠 管 ( 競 選 旗 幟 用 的 手 持 小 旗 竿 ) 1 段 人 小 氣 球 1 個 人 橡 皮 筋 3 條 人 準 備 工 作 1. 橫 向 切 開 寶 特 瓶, 保 留 靠 近 瓶 口 的 部 分 2. 自 乳 膠 手 套 切 取 一 塊 薄 膜 3. 將 乳 膠 薄 膜 罩 住 寶 特 瓶 的 切 口 處, 瓶 外 以 橡 皮 筋 將 乳 膠 膜 束 緊 ( 如 圖 一 ) ( 圖 一 ) 4. 在 橡 皮 塞 打 孔, 插 緊 空 心 塑 膠 管 再 於 管 口 處 套 上 一 小 氣 球 5. 將 上 述 接 上 氣 球 與 塑 膠 管 的 橡 皮 塞, 塞 緊 寶 特 瓶 口 ( 如 圖 二 ) 26

28 ( 圖 二 ) 6. 肺 呼 吸 模 型 便 告 完 成 動 手 做 做 看 1. 以 兩 手 指 頭 捏 住 乳 膠 膜 再 向 瓶 外 拉, 並 觀 察 瓶 內 小 氣 球 會 有 什 麼 動 作 2. 手 指 頭 放 開 乳 膠 膜 讓 其 回 復 原 位, 觀 察 瓶 內 小 氣 球 跟 著 會 有 什 麼 動 作 問 題 討 論 1. 肺 呼 吸 模 型 中, (1) 小 氣 球 扮 演 人 體 那 一 器 官 的 角 色?(Ans: 肺 ) (2) 乳 膠 膜 扮 演 人 體 那 一 器 官 的 角 色?(Ans: 橫 隔 膜 ) (3) 寶 特 瓶 扮 演 人 體 那 一 器 官 的 角 色?(Ans: 胸 腔 ) (4) 空 心 塑 膠 管 扮 演 人 體 那 一 器 官 的 角 色?(Ans: 氣 管 ) 2. 以 兩 手 指 捏 住 乳 膠 膜 再 向 瓶 外 拉 時, (1) 瓶 內 小 氣 球 會 有 什 麼 動 作?(Ans: 小 氣 球 會 脹 大 ) (2) 瓶 內 小 氣 球 為 什 麼 會 有 此 動 作?(Ans: 因 膠 膜 向 外 拉 時, 瓶 內 體 積 增 加, 瓶 內 壓 力 降 低 到 比 大 氣 壓 力 小, 大 氣 便 由 瓶 外 經 塑 膠 管 進 入 小 氣 球 而 使 其 脹 大 ) (3) 此 動 作 類 似 肺 呼 吸 的 什 麼 動 作?(Ans: 吸 氣 ; 當 我 們 吸 氣 時, 橫 隔 膜 肌 肉 向 胸 腔 外 拉, 使 胸 腔 的 體 積 變 大, 壓 力 減 小, 肺 臟 內 就 有 負 壓 產 生, 體 外 的 大 氣 壓 力 就 將 空 氣 推 入 氣 管 再 進 入 肺 部, 形 成 吸 氣 的 動 作 ) 3. 放 開 模 型 的 乳 膠 膜 讓 其 回 到 原 位 時, (1) 瓶 內 小 氣 球 會 隨 著 有 什 麼 動 作? ( 參 考 答 案 : 小 氣 球 會 縮 小 ) (2) 瓶 內 小 氣 球 為 什 麼 會 有 此 動 作? ( 參 考 答 案 : 因 膠 膜 回 復 原 位 的 期 間, 瓶 內 體 積 減 小, 壓 力 增 大 到 一 大 氣 壓 力 以 上, 壓 縮 小 氣 球, 使 小 氣 球 內 的 氣 體 逸 出 瓶 外 ) (3) 此 動 作 類 似 於 肺 呼 吸 的 什 麼 動 作? ( 參 考 答 案 : 不 再 贅 述 ; 請 參 閱 問 題 討 論 2-(3)) 27

29 實驗 9-1 無法吹脹的氣球 旨趣 在人們的直覺中 要以口吹氣使氣球膨脹非常容易 但若將氣球 套住寶特瓶口 則要吹脹瓶內氣球 就非易事了 這是許多人難 以想像的事 科學概念 1. 大氣壓力 2. 力的平衡 實驗器材 寶特瓶 1 支 人 氣球 1 個 人 動手做做看 1. 取一寶特瓶 在腹部戳一個小孔 2. 取一氣球 將氣球吹嘴套住寶特瓶口 如圖 再將氣球全部塞進寶 特瓶內 如圖一 (圖一) 3. 先以手指按住小孔 再請你口含瓶口向瓶內吹氣 體驗是否能將氣 球吹脹 4. 放開小孔 再嘗試吹氣球 體驗是否可將氣球吹脹 如圖二 吹到最大 氣球 按著洞 放掉手 又會消氣 (圖二) 28

30 問 題 討 論 1. 當 堵 住 寶 特 瓶 上 的 小 孔 時, 氣 球 是 否 可 被 吹 脹?( 參 考 答 案 : 否 ) 為 什 麼?( 參 考 答 案 : 因 小 孔 被 堵 住, 瓶 與 氣 球 之 間 的 氣 體 量 便 被 固 定, 若 氣 球 脹 大, 則 該 定 量 氣 體 體 積 減 小, 其 壓 力 便 自 一 個 大 氣 壓 力 開 始 增 大, 吹 的 人 須 使 出 大 於 一 大 氣 壓 力 的 力 氣, 方 能 使 氣 球 脹 大, 這 個 力 氣 是 多 數 人 所 辦 不 到 的 ) 2. 當 寶 特 瓶 上 的 小 孔 暢 通 無 阻 時, 氣 球 是 否 可 被 吹 脹?( 參 考 答 案 : 是 ) 為 什 麼?( 參 考 答 案 : 當 瓶 上 小 孔 暢 通 無 阻 時, 瓶 與 氣 球 之 間 氣 體 的 壓 力, 隨 時 都 保 持 在 一 個 大 氣 壓, 故 嘗 試 吹 脹 此 氣 球, 與 寶 特 瓶 不 存 在 時 吹 同 一 氣 球 所 需 的 力 氣 是 一 樣 的 ) 29

31 實驗 9-2 脹大後不消氣的氣球 旨趣 本實驗介紹一脹大的氣球 在其吹嘴仍與大氣相通而未予封閉的 情況下 氣球不會消氣 科學概念 1. 大氣壓力 2. 力的平衡 實驗器材 寶特瓶 氣球囊 動手做做看 1. 取一寶特瓶 在其腹部戳一個小孔 2. 取一氣球囊 將其吹嘴套住寶特瓶的瓶口 如圖 再將氣球全部塞 入瓶內 如圖一 (圖一) 3. 保持寶特瓶腹部洞口敞開 口含瓶口並向瓶內吹氣 待氣球脹至最 大的時刻 立刻以手指頭堵住寶特瓶的洞口 再將寶特瓶移開嘴巴 觀察瓶內氣球會如何 如圖二 按住洞 (圖二) 30

32 4. 手 指 頭 移 開 洞 口, 觀 察 瓶 內 氣 球 會 如 何 問 題 討 論 1. 當 瓶 內 氣 球 被 吹 脹 並 堵 住 寶 特 瓶 的 洞 口, 寶 特 瓶 移 離 嘴 巴 後, 瓶 內 氣 球 是 否 會 消 氣? ( 參 考 答 案 : 否 ) 為 什 麼?( 參 考 答 案 : 當 寶 特 瓶 的 洞 口 被 堵 住, 瓶 壁 與 氣 球 之 間 的 空 間 形 成 一 定 量 的 氣 體, 若 氣 球 消 氣, 則 該 空 間 體 積 增 加, 其 壓 力 減 小, 小 於 氣 球 內 的 一 大 氣 壓, 故 氣 球 內 的 大 氣 便 施 一 大 氣 壓 的 力, 使 氣 球 皮 保 持 向 外 擴 張 ) 2. 當 手 指 移 開 洞 口, 瓶 內 氣 球 是 否 會 消 氣?( 參 考 答 案 : 是 ) 為 什 麼?( 參 考 答 案 : 當 手 指 移 開 後, 瓶 壁 與 氣 球 囊 之 間 的 空 間 與 大 氣 相 通, 其 壓 力 便 與 大 氣 壓 力 相 同, 此 時 寶 特 瓶 對 氣 球 不 發 生 任 何 作 用, 此 時 的 氣 球 就 如 同 單 獨 位 於 大 氣 中 的 氣 球, 球 囊 收 縮 的 力, 便 將 氣 球 內 的 空 氣 排 出 ) 31

33 實 驗 9-3 寶 特 瓶 噴 泉 旨 趣 結 合 鑽 孔 的 寶 特 瓶 與 氣 球 囊, 將 氣 球 囊 灌 水 後, 可 形 成 一 寶 特 瓶 噴 泉, 甚 為 神 奇 科 學 概 念 1. 大 氣 壓 力 2. 彈 性 實 驗 器 材 1. 寶 特 瓶 2. 氣 球 囊 動 手 做 做 看 1. 取 一 寶 特 瓶, 在 其 腹 部 戳 一 個 小 孔, 在 其 瓶 蓋 也 戳 一 個 小 孔 2. 取 一 氣 球 囊, 將 其 吹 嘴 套 住 寶 特 瓶 的 瓶 口, 如 圖, 再 將 氣 球 全 部 塞 入 瓶 內 ( 如 圖 一 ) ( 圖 一 ) 3. 保 持 寶 特 瓶 的 洞 口 敞 開, 至 自 來 水 龍 頭 處, 將 自 來 水 灌 進 寶 特 瓶 內 的 氣 球 囊 袋 中 4. 待 氣 球 囊 袋 裝 滿 水, 立 刻 以 手 指 頭 堵 住 寶 特 瓶 的 洞 口, 再 關 閉 水 源 ( 如 圖 二 ) 堵 住 洞 口 ( 圖 二 ) 32

34 5. 手指持續堵住寶特瓶的洞口 觀察裝在氣球囊內的水是否會溢出 再將鑽洞的瓶蓋旋緊寶特瓶的瓶口 如圖三 蓋上蓋子 還堵著 (圖三) 6. 若放開手指頭 注意氣球囊內的水是否會噴出 如圖四 (圖四) 問題討論 1. 當寶特瓶的洞口被堵住時 氣球囊袋內的水是否會溢出 參考答案 否 為什麼 參考答案 參閱 脹大後不消氣的氣 球 實驗之答案 2. 若手指頭移開寶特瓶的洞口 氣球囊袋內的水是否會噴出 參考 答案 是 為什麼 參考答案 參閱 脹大後不消氣的氣球 之 答案 33

35 瓶 內 氣 球 工 作 單 姓 名 : 系 級 : 日 期 : 年 月 日 星 期 1. 取 一 洩 氣 的 氣 球 與 一 個 寶 特 瓶, 把 氣 球 的 吹 嘴 套 住 瓶 口, 再 把 其 餘 的 部 份 塞 進 瓶 內 現 在 先 請 你 預 測, 若 我 們 來 吹 瓶 內 的 氣 球, 氣 球 將 有 什 麼 狀 況 會 發 生? 2. 請 你 吹 瓶 內 的 氣 球, 實 際 發 生 的 結 果 如 何? 3. 請 你 自 瓶 口 取 下 氣 球, 再 吹 氣 球, 所 發 生 的 結 果 又 如 何? 4. 比 較 步 驟 2 與 步 驟 3 的 結 果, 請 你 解 釋 兩 者 的 結 果 為 何 不 同?( 請 與 同 組 的 組 員 討 論 ) 5. 在 寶 特 瓶 的 腹 部 鑽 一 小 孔, 並 將 氣 球 套 住 瓶 口 現 在 先 請 你 預 測, 如 果 我 們 來 吹 此 氣 球, 氣 球 將 會 發 生 什 麼 狀 況? 6. 請 你 實 際 吹 吹 看, 記 下 實 際 所 發 生 的 狀 況 並 加 以 解 釋? 7. 在 此 實 驗 活 動 中, 你 學 到 了 什 麼? 34

36 實 驗 10 杯 子 內 倒 不 掉 的 水 旨 趣 本 實 驗 旨 在 演 示 裝 滿 水 的 底 片 盒, 在 倒 放 的 時 候, 大 氣 壓 力 使 水 不 會 流 下 科 學 概 念 1. 大 氣 壓 力 2. 力 的 平 衡 實 驗 器 材 底 片 盒 1 個 人 小 紙 片 1 張 人 動 手 做 做 看 1. 一 手 持 底 片 盒, 開 口 朝 上, 並 裝 滿 水 ( 備 註 : 水 是 否 裝 滿, 均 可 做 此 實 驗 ) 2. 取 一 張 小 紙 片, 蓋 住 底 片 盒 的 開 口 ( 如 圖 一 ) 3. 另 一 手 按 住 小 紙 片, 雙 手 一 起 翻 轉 底 片 盒 180 度, 使 紙 片 及 底 片 盒 封 口 朝 下, 翻 轉 期 間, 須 保 持 小 紙 片 與 開 口 密 切 接 觸 ( 如 圖 二 ) 倒 置 ( 圖 一 ) ( 圖 二 ) 4. 移 開 按 住 小 紙 片 的 手 後, 紙 片 及 水 均 停 留 在 開 口 朝 下 的 底 片 盒 ( 如 圖 三 ) 紙 片 平 行 移 開, 水 卻 不 會 流 下 來 ( 圖 三 ) 35

37 問 題 討 論 1. 在 底 片 盒 翻 轉, 開 口 朝 下 之 後, 為 何 小 紙 片 及 水 均 仍 停 留 在 底 片 盒 內? 36

38 實 驗 11 讓 水 只 進 不 出 的 杯 子 旨 趣 開 口 處 黏 貼 一 層 紗 網 的 杯 子, 裝 水 後, 若 將 杯 子 倒 拿, 則 水 不 會 經 過 紗 網 流 出, 仍 停 留 在 杯 子 中, 更 進 一 步 顯 示 大 氣 壓 力 的 存 在 科 學 概 念 1. 大 氣 壓 力 2. 力 的 平 衡 實 驗 器 材 1. 塑 膠 杯 1 個 人 2. 塑 膠 紗 網 ( 或 療 傷 用 紗 布 塊 ) 1 片 人 3. 寫 字 用 墊 板 1 塊 人 準 備 工 作 1. 以 預 熱 後 的 電 鉻 鐵 在 塑 膠 杯 底 部 融 化 一 個 小 孔 2. 在 塑 膠 杯 的 杯 口 罩 上 一 紗 布, 再 用 橡 皮 筋 將 紗 布 加 以 束 緊, 使 紗 布 固 定 在 杯 口, 如 圖 ( 如 圖 一 ) ( 圖 一 ) 3. 一 個 讓 水 只 進 不 出 的 杯 子, 便 告 完 成 動 手 做 做 看 1. 一 手 持 紗 布 塑 膠 杯, 杯 底 以 一 手 指 堵 住, 保 持 杯 子 正 立 2. 將 水 倒 入 杯 子 3. 另 一 手 持 墊 板 蓋 住 杯 口 並 按 住 不 放, 雙 手 一 翻 轉 杯 子 180 度, 使 杯 口 及 墊 板 朝 下 翻 轉 期 間, 杯 底 小 洞 隨 時 堵 住 ( 如 圖 二 ) 倒 置 37 ( 圖 二 )

39 4. 將墊板水平移開杯口後 水仍停留在杯口朝下的杯子中 並不會經 紗布的網目流出 (杯底小孔須按住) 5. 保持杯口朝下 觀察罩住杯口的紗布彎曲形狀 如圖三 紗 布 向 內 凹 (圖三) 6. 保持杯口朝下 若放開按住杯底的小孔 則見水便流出 若再按住 小洞 則又可使水不流出 如此可重複數次加以觀察 如圖四 (圖四) 備註 在此實驗中 也可以廚房紙巾或面紙或蚊帳網取代紗布 問題討論 1. 當手堵住小洞 杯口朝下時 (1)為何水不會經紗布的網目流出 (2) 此時紗布的形狀如何 (3)為何紗布會作此變形 2. 當杯口朝下時 若手指放開堵住杯底的小孔 則水會流出 這個現 象我們可如何加以解釋? 38

40 實 驗 12 壓 力 艙 中 的 棉 花 糖 旨 趣 將 棉 花 糖 放 在 密 閉 的 注 射 筒 內, 抽 拉 或 推 擠 活 塞, 小 氣 球 或 棉 花 糖 的 體 積 隨 注 射 筒 內 壓 力 大 小 的 變 化, 可 一 覽 無 遺 實 驗 器 材 注 射 筒 (50cc) 1 個 人 棉 花 糖 (marshmallows) 2 顆 人 動 手 做 做 看 1. 取 一 注 射 筒 2. 取 下 活 塞 及 塑 膠 頭 套 3. 將 一 顆 棉 花 糖 放 入 筒 身 內 以 便 實 驗, 另 一 顆 置 於 桌 上, 以 供 對 照 4. 放 回 活 塞 並 推 進 至 約 30cc 處 5. 將 塑 膠 頭 套 封 住 注 射 筒 的 接 口, 如 圖 一 圖 一 6. 抽 拉 ( 或 推 壓 ) 活 塞, 觀 察 注 射 筒 內 的 棉 花 糖 作 何 反 應?( 如 圖 二 ) push 7. 重 複 步 驟 6 數 次 圖 二 39

41 8. 取 出 注 射 筒 內 的 棉 花 糖, 觀 察 棉 花 糖 最 後 成 了 什 麼 樣 子?( 如 圖 三 ) ( 並 與 在 筒 外 的 另 一 顆 棉 花 糖 作 比 較 ) 筒 內 的 棉 花 糖 筒 外 的 棉 花 糖 圖 三 問 題 討 論 1. 當 抽 拉 或 推 壓 活 塞 時, 棉 花 糖 所 作 的 反 應, 我 們 可 如 何 加 以 解 釋? ( 參 考 答 案 : 棉 花 糖 的 製 造 過 程, 將 空 氣 困 在 糖 中, 因 此 糖 中 含 有 許 多 微 小 的 氣 室, 這 些 小 氣 室 隨 著 外 加 壓 力 的 增 減 而 縮 小 或 膨 脹 ) 2. 最 後 棉 花 糖 自 注 射 筒 取 出 時 變 得 萎 縮 且 皺 皺 的, 我 們 可 如 何 加 以 解 釋?( 參 考 答 案 : 在 棉 花 糖 歷 經 數 次 的 收 縮 或 膨 脹, 一 些 空 氣 逃 脫, 棉 花 糖 便 萎 縮 了 ) 40

42 實驗 13 自動爬升的吸管 旨趣 若無任何支撐 一個物體受重力作用 就自然而然往下掉 但在 本實驗中 一根試管雖仍受重力的作用 大氣壓力卻可使其往上 升 科學概念 1. 大氣壓力 實驗器材 兩支口徑稍微不同的飲料塑膠吸管(口徑較小的吸管恰能插入口徑較大 的吸管) 動手做 1. 將口徑較小的吸管的一端 以紙塞住 2. 取一洗臉盆 裝半滿的水 3. 將口徑較大的吸管 整支沒入水中 讓水流入並佔滿整支吸管 4. 手指頭伸進水中 先堵住大吸管的一端開口 再將大吸管自水中提 起 同時手指隨時堵住開口 大吸管保持封口在上 開口朝下的垂 直方向 如圖一 注意不能有空氣 圖一 5. 將小吸管自大吸管下方的開口插入 再向上推進一些 使大吸管內 的水流出一些後 便會見到小吸管在大吸管內自動上升 如圖二 圖二-1 圖二-2 41

43 問 題 討 論 1. 小 吸 管 在 大 吸 管 內 會 自 動 上 升, 我 們 可 如 何 解 釋 這 個 現 象? ( 參 考 答 案 : 就 小 吸 管 所 受 的 力 量 而 言, 其 上 方 雖 有 水 將 小 吸 管 向 下 推, 但 大 氣 壓 力 卻 將 小 吸 管 向 上 推, 當 小 吸 管 上 方 的 水 流 出 時, 向 下 的 推 力 漸 減, 但 大 氣 施 予 小 吸 管 的 向 上 推 力 卻 始 終 保 持 固 定, 若 小 吸 管 所 受 向 下 的 推 力 減 小 到 小 於 大 氣 所 施 予 向 上 的 推 力 時, 小 吸 管 便 開 始 上 升 一 旦 小 吸 管 上 升 以 後, 更 多 的 水 繼 續 流 出, 向 上 與 向 下 的 力 量 差 也 隨 著 加 大, 小 吸 管 上 升 也 隨 之 加 快 ) 42

44 實 驗 14 自 動 膨 脹 氣 球 旨 趣 在 密 閉 容 器 內, 與 氣 體 壓 力 大 小 有 關 的 因 素, 除 了 體 積 與 溫 度 兩 變 因 之 外, 還 有 更 基 本 的 因 素 便 是 氣 體 分 子 的 多 寡, 若 分 子 數 目 越 多, 則 氣 體 的 體 積 或 壓 力 就 越 大 本 實 驗 先 將 化 學 反 應 物 封 裝 在 密 閉 容 器 內, 利 用 該 反 應 所 產 生 的 二 氧 化 碳 來 呈 現 氣 體 壓 力 的 增 加 與 體 積 的 膨 脹 科 學 概 念 1. 化 學 反 應 2. 壓 力 隨 分 子 數 增 加 實 驗 器 材 氣 球 1 個 人 小 蘇 打 粉 1 匙 人 醋 1 匙 人 動 手 做 做 看 1. 取 一 氣 球 囊 2. 在 氣 球 內 裝 填 一 匙 小 蘇 打 粉 3. 再 加 入 一 匙 醋 至 氣 球 中, 隨 後 快 速 在 氣 球 吹 口 處 打 結 綁 緊 4. 觀 察 氣 球 會 有 什 麼 現 象 發 生? 這 現 象 可 如 何 加 以 解 釋? 問 題 討 論 1. 小 蘇 打 粉 與 醋 一 起 放 入 氣 球 囊 後, 氣 球 會 有 什 麼 現 象 發 生?( 參 考 答 案 : 脹 大 ) 這 現 象 可 如 何 加 以 解 釋?( 參 考 答 案 : 氣 球 囊 內 的 氣 體 分 子 數 目 增 加 了 ) 2. 小 蘇 打 粉 與 醋 的 化 學 反 應 會 產 生 何 種 氣 體?( 參 考 答 案 : 二 氧 化 碳 CO 2, 市 面 販 賣 一 種 自 我 膨 脹 充 氣 包 (self-inflatable balloon), 廠 商 在 製 作 該 氣 球 時, 先 將 醋 封 裝 在 一 薄 弱 的 小 塑 膠 袋 ( 子 袋 ) 中, 再 將 該 子 袋 連 同 一 些 小 蘇 打 粉 一 起 封 裝 在 另 一 較 大 且 堅 韌 的 塑 膠 袋 ( 母 袋 ) 中, 將 母 袋 的 外 表 加 以 美 化 後, 便 是 販 售 的 成 品, 使 用 前 成 品 扁 而 薄, 不 佔 體 積 顧 客 欲 使 用 該 充 氣 包 時, 先 須 隔 著 母 袋 將 裝 醋 的 子 袋 捏 破, 使 醋 與 小 蘇 打 在 母 袋 內 發 生 化 學 反 應 而 產 生 二 氧 化 碳 (CO 2 ), 二 氧 化 碳 氣 體 便 使 母 袋 膨 脹 而 形 成 一 個 脹 飽 氣 體 的 充 氣 包 ) 43

45 實驗 15 化學地雷與燙手山芋 旨趣 將會產生氣體的化學反應在密閉的容器內進行 容器內所產生氣 體的數量逐漸累積 壓力也隨著增加 當壓力增加到一臨界值 容器內的氣體便會沖爆容器同時發出聲響 本實驗所採用的反應 物皆為製造食品的用料 不具有危險性 但生動性極高 科學概念 1. 化學反應 2. 壓力隨分子數增加 實驗器材 1. 底片盒 1 個 人 2. 小蘇打粉 1 匙 人 3. 醋 1 匙 人 動手做做看 1. 取底片盒一個 放置於桌上 2. 在底片盒中裝填一匙小蘇打粉 如圖一 (圖一) 3. 再加入一匙醋 隨後快速將底片盒蓋緊 如圖二 化學反應 馬上蓋蓋子 爆掉 (圖二) 4. 靜候一會兒 觀察底片盒會有什麼現象發生 44

46 5. 把 底 片 盒 重 新 裝 填 小 蘇 打 及 醋, 加 蓋 後, 再 將 底 片 盒 置 於 裝 水 的 臉 盆 中, 觀 察 會 如 何? 6. 為 增 加 上 課 的 生 動 性, 課 堂 上 可 進 行 如 下 的 燙 手 山 芋 活 動 : 甲 將 全 班 同 學 予 以 分 組, 每 組 10 人 乙 每 組 準 備 底 片 盒 一 個, 裝 妥 小 蘇 打 粉 丙 再 加 入 一 匙 醋 後, 快 速 將 底 片 盒 蓋 緊 丁 請 同 組 同 學 傳 遞 上 述 底 片 盒, 看 看 底 片 盒 傳 到 誰 的 手 中 會 爆 開 問 題 討 論 填 裝 小 蘇 打 粉 及 醋 的 密 閉 底 片 盒, 靜 候 一 會 兒 會 有 什 麼 現 象 發 生? ( 參 考 答 案 : 底 片 盒 蓋 會 被 爆 開 飛 出 同 時 發 出 聲 響 ) 我 們 可 如 何 解 釋 此 現 象?( 參 考 答 案 : 密 閉 的 底 片 盒 內 填 裝 小 蘇 打 粉 及 醋, 兩 者 反 應 後 會 產 生 二 氧 化 碳 氣 體, 使 盒 內 的 壓 力 逐 漸 增 加, 當 壓 力 增 加 至 底 片 盒 所 能 忍 受 的 極 限, 盒 蓋 便 會 炸 開 市 面 販 售 一 種 玩 具 叫 做 水 果 炸 彈 (fruit bomb), 如 圖, 該 玩 具 強 韌 的 母 袋 內 裝 有 小 蘇 打 粉 及 一 塑 膠 子 袋, 子 袋 內 另 裝 有 醋, 所 包 裝 小 蘇 打 粉 及 醋 的 劑 量 很 大, 當 隔 著 母 袋 捏 破 子 袋 使 小 蘇 打 與 醋 混 合 後, 所 產 生 二 氧 化 碳 的 量 遠 超 過 母 袋 所 能 容 納, 故 二 氧 化 碳 氣 體 擠 爆 母 袋 便 發 出 一 聲 足 以 嚇 人 的 聲 響 ) 45

47 實驗 16 簡易內燃機-酒精炮 旨趣 在密閉容器內 若氣體分子的數目增加 則壓力隨著增加 如果 氣體分子數目的增加 是在瞬間發生 則氣體的壓力便可發揮具 震撼性的威力 本實驗利用酒精蒸氣在密閉養樂多瓶內燃燒 瞬 間產生大量的二氧化碳氣體 將養樂多瓶射出數公尺之遠 深具 震撼力 本實驗也同時讓學生瞭解內燃機最基本的原理 科學概念 1. 蒸發 2. 內燃機 實驗器材 1. 養樂多瓶 1 個 人 2. 瓦斯槍 1 根 人 3. 酒精 數 cc 人 4. 橡皮塞 1 個 人 動手做做看 1. 取一 9 號橡皮塞 中心鑽孔 孔徑大小以橡皮塞恰能緊緊套住瓦斯 槍頸部 2. 人員攜至戶外場所 3. 先將瓦斯槍的安全閥鎖住 使其喪失點燃功能 4. 滴一滴酒精入養樂多瓶 絕對不能超過一滴 否則威力太大 5. 將養樂多瓶套住橡皮塞 酒精炮便告完成 如圖一 (圖一) 6. 解開瓦斯槍的安全閥 7. 使瓦斯槍點火 養樂多瓶便被轟離橡皮塞 觀察一滴酒精所造成的 威力多大 如圖二 (圖二) 46

48 問 題 討 論 養 樂 多 瓶 被 轟 離 橡 皮 塞 的 威 力, 從 何 而 來? ( 參 考 答 案 : 滴 進 瓶 內 的 酒 精 先 蒸 發, 便 成 酒 精 蒸 氣, 當 瓦 斯 槍 點 火, 引 燃 酒 精 蒸 氣, 酒 精 蒸 氣 燃 燒 後, 在 密 閉 的 養 樂 多 瓶 內 瞬 間 產 生 大 量 的 二 氧 化 碳 氣 體, 瓶 內 突 然 增 加 的 氣 體 壓 力, 便 將 瓶 快 速 抽 離 橡 皮 塞 故 養 樂 多 瓶 被 轟 出 的 威 力, 來 自 瓶 內 數 目 突 然 增 加 的 二 氧 化 碳 氣 體 分 子 ) 備 註 此 實 驗 雖 不 具 殺 傷 力, 但 不 宜 在 教 室 內 進 行, 應 至 室 外 空 曠 的 場 所 進 行, 以 策 安 全 47

49 實驗 17 氣流造成低氣壓 旨趣 當氣體流動時 在流速較快的地方 壓力較小 而在流速較慢的 地方 則壓力較大 若一物體置於壓力不等的兩位置之間 便會 受到力量的推移 產生許多意想不到的事件 科學概念 1. 白努利定律 實驗器材 序號 品名 規格 單位 數量 白紙 張 1. A4 2 動手做做看 1. 如圖 兩手各持一張白紙 並將白紙貼於臉頰的兩邊 使兩白紙保 持平行 如圖一 圖一 2. 嘴向兩白紙之間吹氣 觀察兩白紙移動的方向 如圖二 用力吹 2 張 A4 紙 緊貼在一起 圖二 48

50 問 題 討 論 1. 嘴 向 兩 平 行 白 紙 之 間 吹 氣 時, 兩 白 紙 會 如 何 移 動?( 參 考 答 案 : 兩 白 紙 會 彼 此 靠 攏 ) 如 何 解 釋 此 現 象?( 參 考 答 案 : 向 兩 紙 之 間 吹 氣 時, 兩 紙 之 內 的 氣 流 速 度 增 大, 壓 力 降 低 ; 而 兩 紙 之 外 側 幾 乎 無 氣 流, 壓 力 仍 保 持 一 大 氣 壓, 因 此 兩 外 側 的 壓 力 大 於 中 間 的 壓 力, 所 造 成 向 內 推 的 壓 力 差 將 兩 紙 彼 此 靠 攏, 且 吹 氣 越 猛, 兩 紙 便 越 靠 近, 甚 至 相 互 撞 擊 發 出 啪 啪 聲 ) 49

51 實驗 18 吹不走的乒乓球 旨趣 利用氣流在流速不同的位置所形成的壓力差 乒乓球不但吹不 走 反緊貼住漏斗 科學概念 1. 白努利定律 實驗器材 序號 品名 單位 數量 塑膠漏斗 個 1. 2 乒乓球 或等大的 個 2. 1 保麗龍球 吹風機 梳理頭髮 具 3. 1 用 動手做做看 1. 漏斗兩端各有一開口 下面我們要稱呼開口較大的一端為入口端 而開口較小的一端為出口端 2. 將漏斗瘦細的出口端含在嘴裡 3. 將乒乓球 或保麗龍球 以手指頂住漏斗的入口端 4. 用力由出口端向漏斗吹氣 隨後移開手指頭 觀察乒乓球是否會被 吹走 如圖一 圖一 5. 利用吹風機將一漏斗的出口端加熱使其軟化 6. 將另一漏斗的出口端插入上述漏斗加熱軟化的出口端 使兩漏斗結 合成沙漏狀 如圖二 50

52 圖二 7. 沙漏一邊以手指頂住一乒乓球 另一邊頂住吹風機的出風口 如圖 三 圖三 8. 打開吹風機電源 隨後移開頂住乒乓球的手指頭 觀察乒乓球的動 作 問題討論 1. 在此實驗中 為何越用力吹 乒乓球反而越被吸住 參考答案 根據白努利定律 氣流流速越大的地方 壓力越小 而 氣流流速越小的地方壓力越大 不同位置之間形成一壓力差 此壓 力差便推壓乒乓球使其依附在漏斗內 51

53 實驗 19 吹不掉的紙片 旨趣 通常我們利用吹氣可將輕微的東西吹走 但本實驗卻顯示與這個 經驗完全相反的現象 不但吹不走一張小紙片 且越吹紙片卻貼 得越緊 科學概念 1. 白努利定律 實驗器材 序號 品名 單位 數量 底片盒 個 1. 1 圖釘 個 2. 1 動手做做看 1. 在底片盒底部以電鉻鐵 或熱熔膠槍 熔一個小孔 2. 剪取一片略大於底片盒橫切面的紙片 3. 將圖釘穿過紙片的中心 並以膠帶將圖釘固定在紙片上 4. 將底片盒的開口頂住嘴唇 5. 讓連在紙片上的圖釘穿過底片盒的中心 並以手指頭頂住紙片 使 其靠住底片盒下方的底面 如圖一 背面圖 圖一 6. 用力向底片盒吹氣 隨後放開手指頭 觀察底片盒下方的紙片 是 否會被吹落 如圖二 52

54 圖二 問題討論 1. 當吹氣時 在放開手指頭後 底片盒下方的紙片是否會被吹落 參 考答案 否 我們可如何解釋此現象 參考答案 嘴向底片盒 吹氣 氣流經過底面的小孔後 便在底面與紙片間向四面八方呈輻 射狀流出 因此紙片上方壓力減小 而紙片下方幾乎沒空氣的流動 仍保持在一大氣壓 紙片上下的壓力差 便將紙片向上方推 使紙 片緊靠住底片盒的底部 2. 此實驗為什麼要用圖釘 參考答案 防止紙片與底片盒底面作橫向平行移動 53

55 實驗 20 吹 BB 彈 旨趣 本實驗利用極簡單的材料 設計一生動有趣的實驗 來展現 白努利氣體動力學的奧秘 科學概念 1. 白努利定律 實驗器材 序號 品名 單位 數量 飲料吸管 可打折 支 1. 1 BB 彈 粒 2. 1 動手做做看 1. 取一可打折吸管 以剪刀將一端的管口剪開成 8 個開叉 再利用原 子筆力頂開口 使開叉向外張開成漏斗狀 如圖一 圖一 2. 將吸管彎折 以嘴含吸管的另一管口 如抽煙者含煙斗狀 如圖二 圖二 3. 將 BB 彈置於吸管開口端的開叉上 4. 以適度的力道吹氣 使 BB 彈持續飄浮在吸管開口上方而不飛離 若停止吹氣 則 BB 彈便下落 掉在張開的開叉上 如圖三 54

56 吹 氣 圖三 問題討論 1. 吹氣時 BB 彈為何能持續飄浮在吸管開口的正上方 參考答案 由於吹出的向上氣流速度較快 而氣流外圍氣體的速 度較小 根據白努利定律 在氣流所經過之處 其壓力較氣流的 外圍處來得小 形成外圍壓力大而中央壓力小的壓力強弱分布 一旦 BB 彈稍有偏離 壓力便立刻將它推回中央區 故 BB 彈飄浮 的位置可持續保持在管口的正上方 55

57 實 驗 21 變 化 球 的 模 擬 旨 趣 在 棒 球 乒 乓 球 或 網 球 運 動 中, 常 常 出 現 外 角 球 內 角 球 下 墜 球 上 飄 球 抽 球 切 球 等 變 化 球 的 展 現, 這 些 變 化 球 的 球 路, 我 們 可 用 本 實 驗 加 以 模 擬 科 學 概 念 1. 變 化 球 2. 白 努 利 定 律 實 驗 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 紙 杯 個 2 2. 橡 皮 筋 條 4 3. 膠 帶 段 1 動 手 做 做 看 1. 將 兩 紙 杯 的 底 部 緊 靠, 杯 口 朝 外 2. 以 膠 帶 貼 住 紙 杯 底 部, 使 兩 紙 杯 結 為 一 體 3. 以 橡 皮 筋 串 接 成 一 長 條 4. 將 串 接 後 的 橡 皮 筋 一 端 以 拇 指 按 住 在 兩 紙 杯 中 央 的 接 合 處 上, 再 將 橡 皮 筋 在 接 合 處 的 周 圍 纏 繞 數 圈 5. 一 手 持 紙 杯, 另 一 手 捏 住 橡 皮 筋 的 另 一 端, 將 紙 杯 向 空 中 彈 出, 觀 察 被 彈 出 後 紙 杯 的 運 動 及 其 所 走 的 路 徑 問 題 討 論 1. 被 彈 出 後, 紙 杯 作 何 種 運 動? ( 參 考 答 案 : 紙 杯 一 方 面 旋 轉, 一 方 面 移 動 ) 2. 紙 杯 所 走 的 路 徑 為 何? ( 參 考 答 案 : 紙 杯 所 走 的 路 徑, 會 有 轉 彎 的 現 象, 轉 彎 的 方 向 與 旋 轉 的 方 向 如 圖 所 示 ) 56

58 實驗 22 半截的火焰 熱傳導 旨趣 打火機點燃時 我們所看到的是一完整的火焰 利用金屬網的熱 傳導作用 我們可讓打火機點燃 但只出現火焰的上半部或下半 部 科學概念 1. 熱的傳導 2. 物體的燃點 3. 蒸發 實驗器材 序號 品名 單位 數量 金屬網 片 1. 1 打火機 個 2. 2 動手做做看 1. 一手持打火機 另一手持金屬網 將金屬網水平放在打火機的正上 方 如圖一 上半部不燃燒 圖一 2. 點燃打火機並壓住按鈕不放 讓火焰持續燃燒 以另一手控制金屬 網的高度 使金屬網在火焰上下移動 觀察火焰的燃燒情形 3. 甲人仿步驟 1 4. 甲人慢慢按下按鈕 使可燃氣體自打火機逸出 但不引燃 並壓住 按鈕不放 5. 乙人持另一打火機並將打火機移至金屬網上方後加以打燃 以引燃 甲人打火機所逸出的氣體 觀察火焰的形狀 如圖二 下半部不燃燒 圖二 57

59 問 題 討 論 1. 利 用 金 屬 網, 只 能 引 燃 半 截 的 火 焰, 我 們 可 如 何 解 釋 此 現 象? ( 參 考 答 案 :(1) 要 將 某 物 體 燃 燒, 溫 度 必 須 達 到 一 特 有 的 臨 界 溫 度 以 上, 該 溫 度 稱 為 該 物 體 的 燃 點 (2) 金 屬 材 料 的 傳 導 性 能 甚 佳, 在 金 屬 網 某 一 邊 燃 燒 的 半 截 火 焰 所 產 生 的 熱 被 金 屬 網 快 速 傳 導 散 開, 致 使 金 屬 網 另 一 邊 的 溫 度 無 法 上 升 達 到 自 打 火 機 逸 出 的 氣 體 的 燃 點, 因 為 金 屬 網 的 隔 絕, 故 火 焰 只 能 在 金 屬 網 的 某 一 邊 燃 燒 ) 應 用 實 例 1. 家 用 瓦 斯 爐 的 爐 芯 都 是 用 傳 導 性 佳 的 金 屬 材 料 所 作 用, 點 燃 瓦 斯 後, 火 焰 所 產 生 的 熱 受 到 金 屬 爐 蕊 的 隔 絕, 方 能 使 瓦 斯 不 會 於 輸 送 管 內 燃 燒 2. 在 礦 坑 中 的 工 作 人 員, 使 用 一 種 特 殊 設 計 的 安 全 煤 油 燈 ( 如 圖 三 ), 燈 的 四 周 罩 上 金 屬 網, 燈 的 內 部 燃 燒 煤 油, 雖 然 金 屬 網 內 煤 油 在 燃 燒, 由 於 金 屬 網 的 熱 傳 導 作 用, 網 外 的 溫 度 就 不 會 上 升 到 礦 坑 內 易 燃 氣 體 的 燃 點, 才 不 會 引 發 礦 坑 災 變 圖 三 58

60 實驗 23 旋轉的紙蛇 旨趣 利用空氣受熱而上升的對流現象 可驅使一紙線圈繞一垂直軸轉 動 科學概念 熱的傳播 對流 實驗器材 序號 品名 單位 數量 蠟燭 支 1. 1 縫紉線 段 2. 1 鐵線 段 3. 1 紙 張 4. 1 膠帶 段 5. 1 動手做做看 1. 如圖一 將白紙仿所畫圓弧線剪開 圖一 2. 將裁縫線的一端以膠帶黏住紙線圈的中心 裁縫線的另一端綁在鐵 線的端點 如圖二 當以鐵線提起紙線圈時 紙線圈像是一條蛇 圖二 3. 點燃蠟燭 並將蠟燭豎立於淺碟上 59

61 4. 手 提 鐵 線 將 紙 線 圈 移 至 蠟 燭 的 正 上 方, 觀 察 紙 線 圈 會 如 何? 問 題 討 論 1. 當 紙 蛇 移 至 點 燃 蠟 燭 的 正 上 方 時, 紙 蛇 會 如 何 運 動? 為 什 麼? ( 參 考 答 案 : 紙 蛇 會 繞 著 裁 縫 線 轉 動 因 為 點 燃 的 燭 火 將 其 上 方 的 空 氣 予 以 加 熱, 由 於 熱 空 氣 的 密 度 較 周 圍 的 冷 空 氣 小, 因 而 熱 空 氣 上 升, 上 升 的 熱 氣 流 推 動 紙 蛇 便 使 其 繞 著 裁 縫 線 旋 轉 ) 60

62 實驗 24 熱對流 旨趣 液體 或氣體 底部受熱 密度減小而向上升 四周密度較大的 液體便補充至該處而形成熱對流 這是眾所週知的現象 反過來 說 如果液體底部冷而上方熱 就不會發生熱對流的現象 這倒 是少有罕見的現象 本實驗將兩種現象以對照比較的方式呈現 科學概念 1. 熱對流 實驗器材 序號 品名 單位 數量 寶特瓶 支 1. 4 小墊板 片 2. 1 紅墨水 瓶 3. 1 熱水 4. 冷水 5. 動手做做看 1. 將兩支寶特瓶裝滿冷水 另兩支寶特瓶裝滿熱水 再滴入數滴紅墨 水 讓熱水以紅顏色為記號 2. 在一支熱水瓶口蓋上墊板 一手握瓶另一手托住墊板 將熱水瓶倒 翻 使倒立熱水瓶的瓶口剛好對放置在正立冷水瓶口之上 如圖一 熱 冷 圖一 3. 緩慢抽出夾在兩瓶口間的墊板 讓兩瓶內的水能互通 如圖二 61

63 熱 冷 圖二 4. 同步驟 2 與 3 但冷水瓶在上 熱水瓶在下 如圖三 冷 熱 圖三 5. 稍待數分鐘後 觀察冷熱水在每一組合的兩瓶內流動的現象 並比 較兩組合的差異 如圖四 熱 冷 冷 熱 圖四 問題討論 1. 熱水在下冷水在上的組合中 是否可看見明顯的對流現象 參考答案 是 2. 冷水在下熱水在上的組合中 對流現象是否明顯可見 參考答案 否 3. 我們如何解釋上述兩現象的差異 參考答案 物體幾乎都有熱脹冷縮的現象 液體受熱膨脹 密度 減小而向上浮升 若熱水在下冷水在上 便可形成上下熱對流 反 之 若冷水在下而熱水在上 便無法形成上下對流了 62

64 實驗 25 溫水在注射筒中沸騰 旨趣 平常在家煮開水 水的沸點約 100 但水的沸點會隨壓力而 變 若壓力降低 則水的沸點也隨著降低 利用注射筒裝溫水 當筒內壓力減少時 溫水也會沸騰 科學概念 1. 沸騰 2. 波義耳定律 實驗器材 1. 50cc 塑膠注射筒 2. 溫水 40 以上 3. 溫度計 動手做做看 1. 取一杯溫水 並測試溫水的溫度 2. 取一塑膠注射筒 吸取溫水進入筒內 如圖一 圖一 3. 將注射筒豎直 接口在上活塞在下 並將筒內的氣體推出注射筒 如圖二 排氣 圖二 63

65 4. 取密封塑膠套 將注射筒的接口罩住 5. 抽拉活塞並觀察筒內溫水所發生的狀況 如圖三 向 下 拉 圖三 問題討論 1. 抽拉活塞 裝於注射筒內的溫水會發生什麼狀況 參考答案 氣泡自水的內部產生並冒出水面 此即水沸騰的現象 64

66 實 驗 26 簡 易 水 果 電 池 旨 趣 將 兩 種 不 同 金 屬 置 於 電 解 液 中 便 可 產 生 電 流, 日 常 生 活 所 用 的 電 池 便 是 根 據 此 原 理 所 做 成, 在 本 實 驗 中, 我 們 利 用 銅 片 與 鋅 片 為 電 極, 以 水 果 為 電 解 液, 來 製 作 一 簡 易 的 乾 電 池 科 學 概 念 1. 伏 打 電 池 2. 金 屬 的 化 學 反 應 性 3. 電 路 實 驗 器 材 品 名 單 位 數 量 銅 片 ( 約 1 cm 3 cm) 片 1 鋅 片 ( 約 1 cm 3 cm) 片 1 附 銅 夾 導 線 條 2 水 果 ( 檸 檬 或 蘋 果 或 西 瓜 等 擇 一 ) 個 1 發 光 二 極 體 個 1 動 手 做 做 看 1. 將 銅 片 與 鋅 片 分 別 插 入 水 果 的 不 同 位 置 ( 避 免 銅 片 與 鋅 片 直 接 接 觸 ), 成 為 一 水 果 電 池 備 用 2. 取 出 發 光 二 極 體, 以 附 銅 夾 導 線 將 二 極 體 的 兩 端 分 別 接 在 水 果 電 池 的 銅 板 與 鋅 板 上, 觀 察 二 極 體 是 否 會 發 光 問 題 討 論 1. 插 入 銅 片 與 鋅 片 的 水 果, 具 有 什 麼 功 能? ( 參 考 答 案 : 電 池 的 功 能, 如 圖 ) 2. 插 入 水 果 中 的 銅 片 與 鋅 片, 何 者 為 正 極? 何 者 為 負 極? ( 參 考 答 案 : 如 圖, 此 水 果 電 池 為 最 簡 易 的 鋅 銅 電 池, 因 鋅 與 電 解 質 中 陰 離 子 的 化 學 反 應 性 比 銅 高, 故 當 電 池 放 電 時, 鋅 片 失 去 電 子 而 溶 解 於 電 解 質 中, 此 電 子 經 外 部 電 路 傳 抵 銅 片, 電 解 質 中 的 陽 離 子 便 被 吸 附 到 銅 片, 電 子 便 由 銅 片 再 流 入 電 解 質 中, 形 成 一 迴 路, 故 鋅 為 負 極, 銅 為 正 極 ) 65

67 3. 如果插入水果的兩金屬片同為銅片 或者同為鋅片 則所做出來的 電池有電嗎 參考答案 否 因兩片相同的金屬板與水果內電解質的化學反應 性相同 故兩極驅動電荷流動的勢力相等 便無法產生電流 66

68 實驗 27 木炭鋁箔電池 旨趣 市售乾電池會發出電力是大眾習以為常的事 至於乾電池的構造為 何及乾電池為什麼會發出電力等問題 是許多人所不知的事 本實驗只 利用木炭與鋁箔便可製作出電力不小的簡易電池 科學概念 1. 伏打電池 2. 正極 負極 3. 電路 實驗器材 序號 品名 單位 數量 木炭 備長炭效果佳 長度約 段 1. 1 為 22 公分 周圍長約 10 公分 鋁箔 廚房用 片 2. 1 廚房紙巾 張 3. 3 鹽 4. 橡皮筋 條 5. 1 玩具馬達 具 6. 1 導線 兩端附銅夾 條 7. 2 動手做做看 1. 沖泡一瓶飽和食鹽水備用 2. 撕取三張廚房紙巾 包覆木炭 3. 將飽和食鹽水澆濕紙巾 4. 將鋁箔包覆住濕紙巾 鋁箔外再以橡皮筋加以固定 電池便告完成 如圖一 沾 食 鹽 水 的 廚 房 紙 巾 (圖一) 67

69 5. 取一導線 將其一端的銅夾夾住電池中的木炭端 另一端夾住玩具 馬達的正極 6. 取另一條導線 將其一端夾住包住電池的鋁箔 另一端夾住玩具馬 達的負極後 便形成一電流迴路 馬達開始轉動 且轉動時間可達 8 分鐘之久 如圖二 玩 具 馬 達 (圖二) 問題討論 1. 在本實驗中 木炭 鋁箔 食鹽水分別扮演什麼功能 參考答案 木炭扮演電池的正極 鋁箔扮演負極 食鹽水則扮演 電解質的角色 68

70 實驗 28 電流的磁效應 旨趣 通有電流的導線會產生磁場 可使放在導線附近的磁針偏轉 這個 發現使原來被認為電與磁互不相干的兩種現象交連起來 本實驗組合自 己動手繞成的線圈 乾電池便可產生磁場 若將此組合放在投影機 OHP 上 更可看到磁針受載流線圈所產生磁場的作用而偏轉的現 象 科學概念 1. 電流造成磁場 2. 磁力 3. 電路 實驗器材 序號 品名 單位 數量 漆包線 段 1. 1 乾電池 個 2. 1 磁針 個 3. 1 投影機 具 4. 1 壓克力板 塊 5. 1 接線頭 個 6. 4 動手做做看 1. 取透明壓克力板 在四個角落鑽洞 2. 在四個洞上安裝接線頭 3. 將漆包線繞著四個接線頭 纏 10 圈 如圖一 圖一 4. 在漆包線兩端刮除表面所塗的漆 使銅線裸露 以便連接電源 如 圖二 69

71 漆 包 線 圖二 5. 將壓克力板連線圈一同放在投影機上 6. 將磁針置於線圈的附近 7. 將乾電池的正負極 接於線圈兩端 形成載流迴路 並觀察線圈通 電瞬間磁針的反應 如圖三 磁 針 電 池 圖三 問題討論 1. 線圈通電的瞬間 磁針作何反應 參考答案 若將磁針放在南北方向的導線上方 且電流由南向北 則線圈通電前後 磁針會由與導線平行的方向 向 N 極向西 S 極 向東的方向 70

72 實驗 29 簡易傳統馬達 旨趣 載有電流的線圈在磁場中會受到磁力的作用 磁力使線圈旋轉 旋轉的線圈再帶動輪軸 這便是馬達的基本原理 由於實際的馬 達構造複雜 初學者難以瞭解 本實驗利用很簡單的器材 便可讓 學生親自做出一個簡易而神奇的馬達 且學生在製作的過程中 還 可學到電磁學的相關知識 科學概念 1. 電流磁效應 2. 磁力 3. 電路 實驗器材 序號 品名 單位 數量 磁鐵 個 1. 1 漆包線 段 2. 1 乾電池 個 3. 1 迴紋針 只 4. 2 筆桿或圓木條 支 5. 1 動手做做看 1. 取一直徑約 2 公分的圓柱體 如筆桿 圓木條等 2. 將漆包線在圓柱體上纏繞約 10 圈 兩端拉出直引線 如圖一 圖一 3. 將漆包線一端引線的四週的漆全部以砂紙予以刮除 4. 將漆包線另一端引線的漆 刮除半邊 保留另半邊 如圖二 線圈 四週刮除 圖二 71 刮除半邊

73 5. 以 手 指 將 兩 根 迴 紋 針 分 別 按 住 在 乾 電 池 的 正 負 極 上 6. 將 線 圈 的 兩 端 引 線 跨 在 兩 迴 紋 針 上, 如 圖 三 圖 三 7. 將 磁 鐵 置 於 桌 上 備 用 8. 將 電 池 迴 紋 針 及 線 圈 所 構 成 的 組 合, 一 起 移 至 磁 鐵 的 正 上 方 9. 稍 微 撥 動 線 圈, 讓 線 圈 可 持 續 轉 動 問 題 討 論 1. 此 實 驗 中 為 何 要 將 線 圈 兩 端 的 漆 加 以 刮 除? ( 參 考 答 案 : 漆 包 線 是 以 銅 線 為 蕊, 銅 線 的 表 面 塗 敷 一 層 漆 而 成, 漆 的 功 用 是 作 為 絕 緣 體, 把 線 圈 兩 端 的 漆 加 以 刮 除, 是 為 了 線 圈 可 透 過 迴 紋 針 與 電 池 構 成 一 載 流 迴 路 ) 2. 此 裝 置 中 的 線 圈 為 何 會 轉 動? ( 參 考 答 案 : 因 載 流 導 線 在 磁 場 中 受 磁 力 的 作 用 而 形 成 一 力 矩, 此 力 矩 使 得 線 圈 在 磁 場 中 轉 動 ) 3. 線 圈 的 一 端 為 何 要 將 漆 刮 除 半 邊 保 留 半 邊? ( 參 考 答 案 : 讓 線 圈 每 轉 半 圈 有 電 流 而 每 轉 另 外 的 半 圈 沒 有 電 流, 如 此 才 能 讓 線 圈 所 受 到 的 力 矩 維 持 同 向, 線 圈 才 能 朝 同 一 方 向 持 續 旋 轉 ) 72

74 實 驗 30 簡 易 另 類 馬 達 旨 趣 一 般 所 見 到 的 馬 達, 幾 乎 都 是 根 據 載 流 線 圈 在 磁 場 中 受 磁 力 作 用 而 轉 動 的 原 理, 製 作 而 成 本 實 驗 所 欲 製 作 的 簡 易 馬 達, 非 常 另 類, 與 一 般 馬 達 的 構 造 全 然 不 同, 一 則 沒 用 到 一 般 馬 達 所 必 備 的 線 圈, 二 則 另 類 馬 達 運 轉 時, 會 轉 動 的 物 體 是 磁 鐵 簡 易 另 類 馬 達 的 製 作 比 簡 易 傳 統 馬 達 還 更 簡 單 更 神 奇! 科 學 概 念 1. 電 流 的 磁 效 應 2. 電 流 在 磁 場 所 受 的 力 3. 電 路 實 驗 器 材 乾 電 池 (AA,1.5V, 負 極 以 鐵 皮 做 成 者 ) 強 力 磁 鐵 ( 圓 盤 形 狀 者 ) 鐵 釘 ( 長 約 6 公 分 ) 導 線 動 手 做 做 看 1. 剪 取 一 段 導 線, 剝 去 兩 端 的 塑 膠 外 皮, 露 出 銅 蕊 2. 取 一 顆 強 力 磁 鐵 及 一 支 鐵 釘, 以 鐵 釘 的 釘 頭 吸 住 磁 鐵 3. 取 一 乾 電 池, 以 左 手 拿 住, 保 持 正 極 在 上 負 極 在 下 懸 於 半 空 4. 將 吸 附 著 磁 鐵 的 鐵 釘 的 尖 端 向 上 頂 在 乾 電 池 下 方 的 負 極 板 上, 讓 鐵 釘 及 磁 鐵 吸 附 在 電 池 的 正 下 方, 且 電 池 鐵 釘 及 磁 鐵 都 在 同 一 條 鉛 垂 線 上 5. 左 手 將 導 線 的 一 端 按 住 在 電 池 上 方 的 正 極, 右 手 持 導 線 的 另 一 端 ( 電 刷 ), 輕 輕 碰 觸 磁 鐵 的 腹 部, 當 電 流 通 過 迴 路 時, 鐵 釘 連 同 磁 鐵 便 一 起 繞 著 一 鉛 垂 線 轉 動 問 題 討 論 1. 原 來 無 磁 性 的 鐵 釘, 在 釘 頭 吸 附 磁 鐵 後, 鐵 釘 的 尖 端 為 何 會 吸 住 電 池 的 負 極? ( 參 考 答 案 : 因 磁 鐵 吸 住 鐵 釘, 將 鐵 釘 予 以 磁 化, 使 鐵 釘 的 兩 頭 形 成 N 或 S 極, 此 時 鐵 釘 就 是 另 一 個 磁 鐵, 可 吸 住 電 池 下 方 的 磁 鐵 ) 2. 磁 鐵 與 鐵 釘 為 何 會 旋 轉? ( 參 考 答 案 : 當 接 上 導 線 形 成 一 迴 路 時, 讓 我 們 注 意 電 流 在 由 電 刷 經 磁 鐵 流 到 鐵 釘 的 這 一 段 路 程, 電 流 的 方 向 是 在 近 乎 水 平 面 上 且 指 向 磁 鐵 的 中 心, 這 段 電 流 受 到 磁 鐵 的 磁 場 的 作 用, 磁 場 的 方 向 與 磁 鐵 盤 面 垂 直 ( 沿 鉛 垂 線 向 上 或 向 下 ), 根 據 必 歐 - 沙 伐 定 律 (Biot-Savart law), 這 段 電 流 會 受 到 一 磁 力 的 作 用, 73

75 電 池 導 線 B F 鐵 釘 電 流 磁 鐵 磁 力 的 方 向 與 電 流 垂 直 同 時 也 與 磁 場 垂 直, 也 就 是 說 磁 力 的 方 向 在 水 平 面 上, 與 磁 鐵 圓 盤 面 的 徑 向 垂 直, 就 是 此 磁 力 使 磁 鐵 與 鐵 釘 繞 著 鉛 垂 線 轉 動 ) 74

76 實驗 31 電磁感應 旨趣 若一個迴路所包圍的磁通量發生變化 則此迴路便會產生一電動勢 與電流 本實驗將燈泡連接一段導線構成一迴路 置於打開的電磁爐 上 燈泡便可發光 來體現電磁感應的現象 科學概念 1. 電磁感應 2. 電路 實驗器材 序號 品名 單位 數量 家用電磁爐 具 1. 1 小燈泡 個 2. 1 導線 段 3. 1 布 塊 4. 1 實驗步驟 1. 將小燈泡的正 負兩極分別連接在一導線的兩端 構成一迴路 如 圖一 圖一 2. 取一電磁爐 在爐面上舖蓋一塊保麗龍或布料等 再將迴路置於其 上面 如圖二 圖二 3. 開啟電磁爐的電源並調整電力 觀察燈泡的發光情形 如圖三 75

77 一閃一閃的燈泡 圖三 問題討論 1. 迴路與電磁爐之間有電絕緣體加以隔開 但燈泡仍會發光 燈泡發 光的原因何在 參考答案 電磁爐本身乃利用交流電發出隨時間變化的磁場 當 迴路置於此磁場中 迴路所包圍的磁通量便也跟時間作同步的變 化 根據冷次定律 當一迴路所包圍的磁通路隨時間而改變時 迴路內便會形成一電動勢與電流 故迴路內的燈泡便發光 76

78 實驗 32 揭開魔術的面紗 旨趣 魔術的表演是以偽裝 隱瞞或聲東擊西以分散觀眾注意力等不實的 手法 在眾人面前製造戲劇性效果 雖然其手法不實 但其取悅大眾的 社會功能 仍具有不可抹殺的正面意義 魔術表演所運用的手法 常常 是利用從科學裏所找到的題材 一位成名的魔術師 也必須精通某些科 學的道理才行 本實驗以淨化水質為例 利用二塊小磁鐵間的磁力 再配合一些道 具及假動作的修飾 便可上場表演一齣精采的魔術秀 同時也可瞭解魔 術是如何應用巧妙的花招 科學概念 1. 魔術與科學的差異 實驗器材 品名 單位 數量 備註 小塑膠罐連罩 個 1 黑色海報紙 張 1 磁鐵 個 2 紙片 片 二面全白 1 紙片 片 一面白一面黑 1 道具製作 1. 將黑色紙裁成與塑膠罐等高 摺疊後 頂面加一磁鐵 2. 塑膠蓋上貼一磁鐵 3. 裁兩張白紙 將其中一張的一面塗黑 動手做做看 一 表演前道具的安置 1. 塑膠罐裝礦泉水 插入摺疊後的黑色紙片 使塑膠罐看起來如裝 滿髒水 如圖一 圖一 2. 桌上平擺兩張紙片 一張兩面全白 另一張一面白一面黑 黑色 的一面朝下不得曝光讓人看到做了手腳 二 驗水 77

79 1. 左手舉起裝滿髒水的塑膠罐 無蓋 示眾 偽裝罐子裏的水很髒 2. 右手舉起一面白一面黑的紙片示眾 切記讓觀眾只能看見白的一 面 而黑的一面絕不能讓觀眾看到 3. 將上述紙片浸入水中 並將紙片在水中加以旋轉 180 使黑色 一面朝觀眾而白色一面朝觀眾看不到的方向 4. 將紙片自水中提起示眾 偽裝原為白色的紙片已被污水染黑 5. 將使用過後的紙片擺回桌面 黑的一面朝上 三 淨水 6. 右手取蓋 蓋上罐子 確信蓋子吸住黑色紙片 如圖二 圖二 7. 罩上一塊布 認真的做些假動作 如對罐子吹一口氣等 四 揭示淨化後的成果 8. 拿掉蓋布 提起瓶罩並會連帶將黑色塑膠布一起 讓觀眾看清一 罐清淨的水 如圖三 圖三 9. 取出兩面皆白的紙片 當眾驗水表示淨化後的水質無虞 10.表演者可再將淨化後罐內的水喝下 以增加戲劇性效果 問題討論 本實驗偽裝能淨化水質 其關鍵在那裏 參考答案 (1)罐子內利用黑色紙使乾淨的水被誤看成髒水 (2)檢測水質的紙片 已事先做了手腳 將一面塗黑 (3)淨水的偽裝動作 其實是利用兩不同磁極間的吸引 力 將黑色紙吸附在罐蓋上 78

80 第 二 篇 動 手 做 科 學 的 探 究 79

81 探 究 1 測 量 工 具 的 設 計 與 製 作 旨 趣 科 學 的 探 究 工 作, 常 需 要 將 所 探 討 的 對 象 加 以 量 化, 以 便 找 出 變 項 間 的 數 量 關 係, 再 經 由 此 關 係 建 立 有 關 所 研 究 現 象 的 理 論 欲 測 量 一 個 量, 首 先 須 有 測 量 的 工 具, 一 般 人 雖 都 知 道 如 何 使 用 常 用 的 量 具, 但 對 於 量 具 是 如 何 製 作 出 來 的, 則 少 有 概 念 本 實 作 活 動 就 如 何 製 作 物 體 重 量 的 測 量 工 具, 以 桿 秤 與 水 秤 為 例 來 說 明 製 作 測 量 工 具 的 概 念 與 步 驟, 其 中 單 位 的 選 擇 與 刻 度 校 準 (calibration) 是 所 欲 說 明 的 重 要 環 節 實 作 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 竹 筷 根 1 2. 小 螺 帽 個 1 3. 紙 杯 個 1 4. 棉 線 捲 1 5. 十 元 硬 幣 個 8 6. 小 刀 把 1 7. 試 管 個 1 8. 量 筒 個 1 動 手 做 做 看 一 如 圖, 桿 秤 為 測 量 物 體 重 量 的 工 具 請 你 利 用 所 提 供 的 材 料, 製 作 一 桿 秤 ( 並 設 定 此 桿 秤 適 用 的 重 量 範 圍 為 0~8 個 拾 元 硬 幣 重 之 間 ) 秤 桿 秤 星 把 手 秤 鉤 秤 錘 圖 桿 秤 80

82 二 請 繳 回 所 有 拾 元 硬 幣 後, 再 請 你 利 用 所 製 作 的 桿 秤 測 量 兩 物 體 A 與 B 的 重 量 : 重 物 A 為 硬 幣 重 ; 重 物 B 為 硬 幣 重 三 利 用 桿 秤 測 物 體 重 量 時, 因 為 物 重 與 力 臂 具 有 一 對 一 的 函 數 關 係, 故 校 準 力 臂 ( 也 就 是 秤 星 ) 的 刻 度, 可 指 示 待 測 物 體 的 重 量 根 據 上 述 理 念, 請 你 利 用 試 管 與 量 筒, 再 設 計 與 製 作 測 量 重 量 的 另 一 工 具 ( 水 秤 ) 四 除 了 重 量 的 測 量 以 外, 請 你 舉 出 測 量 其 他 物 理 量 的 測 量 工 具 與 其 設 計 原 理 ( 事 例 越 多 越 好!) 81

83 學 生 姓 名 : 二 重 物 A 為 硬 幣 重 ; 重 物 B 為 硬 幣 重 三 ( 一 ) 水 秤 的 製 作 程 序 為 : : : ( 二 ) 以 水 秤 測 量 重 物 A 為 個 硬 幣 重 ; 重 物 B 為 硬 幣 重 四 其 它 物 理 量 測 量 工 具 的 事 例 : 待 測 物 理 量 測 量 工 具 名 稱 設 計 原 理 82

84 探 究 2 利 用 自 由 落 體 測 定 反 應 時 間 旨 趣 行 駛 高 速 公 路 的 安 全 距 離 是 以 秒 計 算, 小 型 車 與 前 車 須 保 持 2 秒 的 行 車 距 離 以 學 生 自 己 本 身 的 反 應 時 間 為 研 究 的 樣 本, 可 引 發 學 習 者 高 度 的 關 切 性 (relevance), 本 實 作 活 動 旨 在 讓 學 生 了 解 並 測 量 自 己 從 接 受 視 覺 訊 息 到 執 行 動 作 反 應 的 時 間 差, 及 此 時 間 差 對 某 些 緊 急 狀 況 ( 如 交 通 事 故 等 ) 的 關 鍵 性 其 次, 學 生 可 從 此 活 動 中 體 驗 自 由 落 體 的 運 動 第 三, 彙 集 本 活 動 所 有 學 生 的 反 應 時 間 測 量 結 果, 可 產 生 一 組 資 料, 提 供 敘 述 統 計 教 學 之 用 實 作 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 塑 膠 尺 (45 公 分 ) 把 1 動 手 做 做 看 1. 將 全 班 予 以 分 組, 每 組 2 人, 其 中 一 人 為 受 試 者, 另 一 人 為 助 手 一 拇 指 與 其 它 四 指 閉 合 的 反 應 時 間 測 定 1. 如 圖, 助 手 持 尺 並 讓 尺 保 持 鉛 垂 方 向 ; 受 試 者 將 手 擱 丘 於 桌 面 上 並 打 開 拇 指 與 四 指 的 2.5 公 分, 跨 在 尺 的 兩 邊, 作 出 欲 捏 住 尺 的 手 勢, 記 下 受 試 者 手 指 在 直 尺 的 位 置 2. 在 無 預 警 下, 助 手 鬆 手 讓 塑 膠 尺 自 由 落 下, 受 試 者 見 直 尺 落 下, 應 立 刻 閉 合 拇 指 與 四 指 以 捏 住 尺 ( 手 的 位 置 須 保 持 在 桌 面 上 ), 記 下 受 試 者 捏 住 直 尺 的 位 置, 在 學 習 單 上 記 下 從 助 手 鬆 手 到 受 試 者 捏 住 尺 的 時 距 內, 尺 落 下 的 距 離 H 為 多 少 公 分? 3. 利 用 自 由 落 體 的 時 距 與 落 下 距 離 對 照 表, 求 出 受 試 者 的 反 應 時 間 T 為 幾 秒? 填 入 學 習 單 中 4. 重 覆 步 驟 1~3 做 5 次 實 驗 5. 求 取 受 試 者 的 平 均 反 應 時 間 6. 受 試 者 換 另 一 隻 手, 重 覆 上 述 貧 驗 7. 受 試 者 與 助 手 角 色 對 調, 重 覆 步 驟 l~6 的 實 驗 83

85 直 尺 助 手 受 試 者 圖 手 指 的 反 應 時 間 測 定 實 驗 二 模 擬 煞 車 的 反 應 時 間 1. 選 取 一 處 鉛 垂 的 牆 面, 受 試 者 將 腳 伸 出 擺 在 距 離 牆 面 約 10 公 分 處, 腳 掌 平 放 地 板 2. 助 手 將 直 尺 貼 緊 牆 面 並 保 持 鉛 垂 方 向 3. 在 無 預 警 下, 助 手 鬆 手 讓 尺 沿 牆 面 自 由 掉 落 受 試 者 一 發 現 直 尺 落 下, 須 立 刻 以 腳 踩 直 尺, 讓 直 尺 懸 空 貼 住 牆 上 4. 記 下 從 助 手 鬆 手 到 受 試 者 踩 住 尺 的 時 距 內, 直 尺 下 落 的 距 離 H 為 多 少 公 分?( 若 直 尺 觸 及 地 板 後, 受 試 者 才 踩 住 直 尺, 則 不 予 採 計 ) 5. 利 用 自 由 落 體 的 距 離 與 時 間 對 照 表, 求 出 受 試 者 腳 的 反 應 時 間 T 為 幾 秒? 6. 重 覆 步 驟 l~5 做 5 次 實 驗, 求 取 腳 反 應 時 間 的 平 均 值 7. 受 試 者 改 換 以 另 一 隻 腳, 重 覆 步 驟 l~5 做 上 述 實 驗 註 : 在 本 實 驗 中, 受 試 者 不 可 以 有 猜 測 助 手 何 時 將 鬆 手 的 心 理 而 事 先 採 取 動 作, 若 出 現 此 " 偷 跑 " 的 狀 況, 則 該 數 據 不 予 採 計 問 題 討 論 1. 就 同 一 個 人 而 言, 右 手 的 反 應 時 間 與 左 手 是 否 有 區 別? 2. 當 你 駕 車 在 高 速 路 以 每 小 時 100 公 里 的 速 度 行 駛 時, 若 突 然 看 到 前 方 發 生 狀 況 必 須 馬 上 踩 煞 車, 則 從 眼 睛 看 到 路 況 到 抬 腳 接 觸 到 煞 車 板 之 前, 車 子 已 走 了 多 少 公 尺? 這 個 距 離 相 當 於 幾 個 車 身? 3. 就 妳 的 求 學 經 驗, 在 課 堂 上 自 老 師 在 台 上 講 解 到 你 腦 袋 能 瞭 解 吸 收 老 師 的 講 解 內 容, 是 否 有 反 應 時 間? 約 多 久?( 回 答 時 請 舉 一 實 例 作 說 明 ) 4. 你 認 為 你 的 反 應 時 間 比 其 他 人 長 或 短? 5. 就 性 別 而 言, 反 應 時 間 是 否 男 女 有 別? 6. 手 與 腳 的 反 應 時 間 是 否 相 同? 84

86 自由落體落下時距與落下距離對照表 如圖 一圓球由靜止釋放自由落下 其落下時距與落下距離關係如下表 t=0 H t=t 圖 自由落體在 T 秒內落下 距離為 H 時距(秒) 落下距離(公分) 時距(秒) 落下距離(公 分)

87 利 用 自 由 落 體 測 定 反 應 時 間 學 習 單 姓 名 : ID 字 號 : 系 級 : 年 制 系 年 班 你 習 慣 用 那 一 手 寫 字 : 右 左 反 應 時 間 的 測 量 次 數 直 尺 落 下 距 離 H( 公 分 ) 反 應 時 間 T( 秒 ) 平 均 值 ( 秒 ) 1 2 右 手 3 4 一 手 指 左 手 右 腳 3 4 二 腳 左 腳

88 1. 就 同 一 個 人 而 言, 右 手 的 反 應 時 間 與 左 手 是 否 有 區 別? 2. 當 你 駕 車 在 高 速 路 以 每 小 時 100 公 里 的 速 度 行 駛 時, 若 突 然 看 到 前 方 發 生 狀 況 必 須 馬 上 踩 煞 車, 則 從 眼 睛 看 到 路 況 到 抬 腳 接 觸 到 煞 車 板 之 前, 車 子 已 走 了 多 少 公 尺? 這 個 距 離 相 當 於 幾 個 車 身? 3. 就 妳 的 求 學 經 驗, 在 課 堂 上 自 老 師 在 台 上 講 解 到 你 腦 袋 能 瞭 解 吸 收 老 師 的 講 解 內 容, 是 否 有 反 應 時 間? 約 多 久?( 回 答 時 請 舉 一 實 例 作 說 明 ) 4. 你 認 為 你 的 反 應 時 間 比 其 他 人 長 或 短? 5. 就 性 別 而 言, 反 應 時 間 是 否 男 女 有 別? 6. 手 與 腳 的 反 應 時 間 是 否 相 同? 87

89 探 究 3 吹 箭 旨 趣 本 探 究 實 作 以 極 簡 單 的 器 材 但 很 生 動 有 趣 的 吹 箭 實 驗, 提 供 學 生 演 練 科 學 探 究 的 整 個 過 程, 培 養 學 生 的 科 學 過 程 技 能 如 指 認 變 因 提 出 假 設 指 出 操 作 型 定 義 測 量 與 分 析 數 據 下 達 結 論 等 實 作 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 飲 料 吸 管 ( 一 大 一 小 ) 支 2 2. 量 角 器 ( 半 圓 形 ) 片 1 3. 螺 帽 個 1 動 手 做 做 看 一 裝 置 : 如 圖 1. 取 兩 支 口 徑 不 等 的 吸 管, 以 口 徑 較 小 者 作 為 飛 箭 ; 口 徑 較 大 者 作 為 發 射 筒 2. 在 小 吸 管 飛 箭 的 一 端, 塞 進 紙 片 加 以 堵 住 3. 在 大 吸 管 上 繫 綁 量 角 器 4. 將 小 螺 帽 以 細 線 綁 在 量 角 器 的 圓 心, 以 測 量 吹 箭 的 仰 角 θ 5. 將 小 吸 管 飛 箭 套 入 大 吸 管 發 射 筒 6. 在 大 吸 管 發 射 筒 的 另 一 端 用 力 吹 氣, 便 可 將 小 吸 管 飛 箭 吹 出 二 研 究 問 題 的 界 定 如 果 我 們 希 望 將 吹 箭 射 出 越 遠 越 好, 則 水 平 射 程 與 仰 角 有 何 關 係 三 指 出 變 因 : 若 以 小 吸 管 飛 行 的 水 平 距 離 為 因 變 困, 指 出 此 因 變 因 受 那 些 操 縱 變 因 的 影 響 四 提 出 假 設 就 所 列 舉 每 一 操 縱 變 因, 試 擬 假 設, 以 推 測 水 平 距 離 如 何 受 該 操 縱 變 因 的 影 響 若 以 發 射 角 θ 為 操 縱 變 因, 你 試 擬 的 假 設 為 何? 五 測 量 操 作 型 定 義 小 吸 管 被 吹 出 後, 飛 行 的 水 平 距 離 如 何 測 量? 小 吸 管 被 吹 出 時 的 發 射 角 如 何 測 量? 六 設 計 實 驗 88

90 那 些 控 制 變 因 應 加 以 固 定 指 出 你 所 要 進 行 的 實 驗 步 驟 七 收 集 數 據 八 製 作 數 據 圖 與 數 據 表 九 變 因 間 關 係 的 描 述 十 下 達 結 論 89

91 探究4 運動量對肺活量的影響 旨趣 在科學現象的探究中 會影響現象的結果且可加以改變的所有因 素 都稱為變因 在同一現象中所牽涉到的變因可能會有很多個 研究者為了確切瞭解其中每一個變因對結果的影響 所以常常每次 實驗只改變某一個變因 而保持其餘的因素固定不變 來探討該單一 變因對實驗結果的影響 則在此實驗中 被加以改變的變因稱為操縱 變因 其餘固定不變的稱為自制變因 會隨操縱變因而改變的實驗結 果稱為應變變因 本實作活動 旨在探討運動量對肺活量的影響 故操縱變因為運動 量 應變變因為肺活量 因研究的樣本是學生自身 故此活動對引發學 生的學習意願應有相當的激勵作用 就科學的學習而言 本實作活動旨在培養學生測量 製作數據表 格 變項間的函數關係圖 及達成結論等方面的科學過程技能 實作器材 序號 品名 單位 數量 寶特瓶 2 公斤裝 支 1. 2 橡皮塞 個 2. 1 橡皮軟管 段 3. 2 壓克力管 截 4. 2 動手做做看 本活動包括兩部分 第一部分為測肺活量量具的製作 第二部分為 運動量對肺活量影響的測量 一 量具製作 1. 如圖 取兩寶特瓶 其一作為控制瓶 另一作為收集瓶 圖 簡易肺活量測量裝置 90

92 2. 控 制 瓶 裝 水 3. 在 控 制 瓶 口 塞 進 一 個 兩 孔 橡 皮 塞 4. 將 一 長 一 短 的 壓 克 力 管 分 別 插 入 橡 皮 塞 的 兩 個 孔 5. 將 兩 壓 克 力 管 分 別 套 上 橡 皮 軟 管 6. 將 一 橡 皮 軟 管 的 尾 端 牽 引 到 收 集 瓶 的 上 方, 以 便 可 接 納 橡 皮 管 將 流 出 的 水 7. 取 一 衛 生 紙 套 蓋 在 另 一 橡 皮 管 的 尾 端 作 為 口 器 8. 盡 力 吸 足 氣 體 後, 以 口 含 住 口 器 同 時 盡 力 呼 出 氣 體, 讓 控 制 瓶 內 的 水 受 壓 而 流 向 收 集 瓶 9. 以 量 筒 測 量 收 集 瓶 所 收 集 的 水 的 體 積, 該 體 積 便 是 你 的 肺 活 量 近 似 值 二 運 動 量 對 肺 活 量 的 影 響 若 患 有 氣 喘 或 心 臟 或 血 管 疾 病, 請 勿 進 行 此 運 動 實 驗 1. 在 安 靜 狀 態 下, 測 量 你 的 肺 活 量 2. 登 上 你 的 座 椅 再 下 回 地 面 連 續 5 次, 立 刻 測 量 你 的 肺 活 量 3. 充 分 休 息 後, 上 下 座 椅 連 續 10 次, 立 刻 測 量 你 的 肺 活 量 4. 上 下 座 椅 次, 分 別 測 量 你 的 肺 活 量 5. 列 出 數 據 表 格 6. 列 出 函 數 關 係 圖 7. 就 運 動 量 對 肺 活 量 的 影 響, 寫 出 你 的 結 論 91

93 姓 名 : 系 級 : 日 期 : 年 月 日 ( 星 期 ) 運 動 量 對 肺 活 量 的 影 響 學 習 單 請 注 意 : 患 有 氣 喘 心 臟 或 血 管 等 疾 病, 或 行 動 不 便 者, 請 不 要 做 此 運 動 實 驗! 一 在 安 靜 狀 態 下, 你 的 肺 活 量 多 大? cc 二 肺 活 量 與 運 動 量 的 關 係 運 動 量 ( 次 數 ) 肺 活 量 (cc) 三 請 列 出 你 的 結 論 92

94 探 究 5 放 射 性 衰 變 過 程 的 模 擬 旨 趣 本 探 究 活 動 旨 在 透 過 模 擬 過 程, 產 生 一 組 數 據, 供 學 生 練 習 數 據 表 格 與 函 數 關 係 圖 的 製 作, 並 瞭 解 放 射 性 衰 變 的 意 義 放 射 性 元 素 的 原 子 核 結 構 是 處 於 不 穩 的 狀 態, 會 自 發 性 的 釋 出 輻 射 線 後 而 變 成 另 一 種 元 素, 此 過 程 稱 為 衰 變 衰 變 的 速 率 可 以 半 衰 期 來 表 示, 半 衰 期 定 義 為 原 子 的 數 目 衰 變 為 原 來 的 一 半 所 需 的 時 間, 也 就 是 說, 若 t=0 時 有 N 個 放 射 性 原 子, 在 經 過 一 個 半 衰 期 之 後, 原 來 的 放 射 性 原 子 剩 下 1 N 2 個, 另 外 1 N 2 個 原 子 變 為 別 種 元 素 了 若 半 衰 期 以 τ 表 示, 原 來 原 子 數 以 N 0 表 示, 經 過 t 年 後 仍 未 衰 變 的 原 子 數 以 N(t) 表 示, 則 1 t /τ N ( t) = N 0 ( ) 2 實 作 器 材 序 號 品 名 單 位 數 量 1. 硬 幣 個 紙 盒 個 1 動 手 做 做 看 1. 將 全 班 加 以 分 組 2. 每 組 將 100 個 硬 幣 放 在 盒 子 中, 搖 晃 數 次 3. 將 硬 幣 倒 在 桌 上 後, 分 開 成 正 面 朝 上 與 反 面 朝 上 的 兩 堆 4. 計 算 正 面 朝 上 的 硬 幣 個 數 並 填 入 數 據 表 格 中 5. 將 正 面 朝 上 的 硬 幣 收 集 起 來 並 重 新 放 回 盒 子, 加 以 搖 晃 6. 重 複 步 驟 3,4,5 直 到 沒 有 出 現 正 面 朝 上 的 硬 幣 為 止 實 驗 次 數 正 面 朝 上 硬 幣 個 數 7. 教 師 在 黑 板 版 面 規 畫 下 表, 以 供 各 組 填 寫 其 結 果 93

95 學 生 組 別 實 驗 次 數 小 計 平 均 8. 請 各 組 學 生 代 表 上 台, 將 該 組 每 次 模 擬 結 果 填 入 黑 板 表 格 的 欄 位 中 9. 合 併 同 一 實 驗 次 數 所 有 各 組 的 數 據, 填 入 小 計 的 欄 位 中, 再 就 每 一 實 驗 次 數 求 取 全 班 的 平 均 值 10. 利 用 全 班 平 均 值 的 數 據 做 一 數 據 表 11. 利 用 全 班 數 據 做 一 數 據 圖 12. 比 較 各 組 的 數 據 與 全 班 的 數 據, 有 何 差 異 13. 找 出 適 用 全 班 數 據 的 最 佳 廻 歸 線 14. 找 出 適 用 全 班 數 據 的 最 佳 廻 歸 方 程 式 1 x ( y = 100 ( ) ) 2 94

96 探 究 6 脈 搏 速 率 隨 運 動 量 的 關 係 旨 趣 本 探 究 活 動 旨 在 培 養 學 生 的 科 學 過 程 技 能, 以 學 生 自 己 的 脈 搏 速 率 為 探 究 的 樣 本, 運 用 科 學 方 法 探 究 脈 搏 速 率 如 何 隨 其 運 動 量 而 變 科 學 方 法 1. 指 出 變 因 2. 操 作 型 定 義 3. 控 制 變 因 4. 測 量 5. 數 據 表 製 作 6. 數 據 圖 製 作 7. 變 因 間 關 係 的 描 述 8. 下 達 結 論 實 作 器 材 只 需 學 生 自 備 行 動 電 話 手 機, 此 外 無 需 任 何 其 他 器 材 動 手 做 做 看 一 指 出 變 因 1. 影 響 脈 搏 速 率 的 變 因 有 那 些? 2. 若 我 們 想 要 探 討 脈 搏 速 率 隨 運 動 量 的 關 係, 則 何 者 為 操 縱 變 因? 何 者 為 應 變 變 因? 何 者 為 控 制 變 因? 二 操 作 型 定 義 3. 如 何 就 運 動 量 與 脈 搏 速 率 下 操 作 型 定 義? ( 參 考 答 案 : 運 動 量 可 定 義 為 受 試 者 雙 腳 先 後 踩 上 椅 面 再 先 後 回 到 地 面 的 次 數 ; 脈 搏 速 率 可 定 義 為 受 試 者 手 腕 部 動 脈 管 在 1 分 鐘 內 跳 動 的 次 數 ) 三 測 量 4. 全 班 予 以 分 組, 兩 人 一 組, 一 人 為 受 試 者, 另 一 人 為 助 手 5. 如 圖, 助 手 將 手 掌 握 住 受 試 者 的 手 腕 部 位, 並 以 中 指 輕 輕 按 住 受 試 者 手 腕 的 淺 表 動 脈 管, 確 認 可 感 覺 到 受 試 者 脈 搏 的 跳 動 95

97 助 手 受 試 者 6. 讓 受 試 者 靜 坐 5 分 鐘 以 進 入 平 靜 狀 態 後, 由 助 手 測 量 15 秒 內 其 正 常 的 脈 搏 次 數 7. 受 試 者 起 立, 雙 腳 先 後 踩 上 其 座 椅 再 下 來, 連 續 5 次 後 坐 下, 由 助 手 測 量 15 秒 內 其 脈 搏 的 次 數 8. 讓 受 試 者 休 息 5 分 鐘 待 其 脈 搏 速 率 恢 復 正 常 9. 受 試 者 雙 腳 先 後 上 下 座 椅 連 續 10 次 後, 助 手 測 量 15 秒 內 其 脈 搏 的 速 率 10. 受 試 者 上 下 座 椅 次 數 增 為 15,20, 及 25 次, 重 複 上 述 步 驟 11. 交 換 受 試 者 與 助 手 的 角 色, 重 複 上 述 步 驟 四 數 據 表 格 製 作 12. 請 將 測 量 結 果, 製 作 成 表 格 操 縱 變 因 ( 上 下 椅 面 次 數 ) 五 關 係 圖 製 作 13. 請 將 測 量 數 據 繪 製 關 係 圖 脈 搏 速 率 ( 次 / 分 ) 運 動 量 脈 搏 速 率 ( 次 分 ) 六 變 因 間 關 係 的 描 述 ( 下 達 結 論 ) 14. 脈 搏 速 率 與 運 動 量 之 間 有 何 關 係? 96

98 探 究 7 運 動 後 心 跳 速 率 的 恢 復 旨 趣 運 動 致 使 心 跳 加 快 後, 若 休 息 不 動, 則 心 跳 速 率 便 逐 漸 恢 復, 這 段 心 跳 速 率 隨 時 間 恢 復 的 歷 程, 是 許 多 自 然 現 象 衰 變 (decay) 的 寫 照 本 探 究 活 動 以 學 生 自 己 的 心 跳 為 研 究 樣 本, 本 活 動 旨 在 透 過 科 學 探 討 的 歷 程 增 進 學 生 對 體 能 的 自 我 瞭 解 實 作 器 材 本 活 動 只 需 用 到 計 秒 器, 而 現 今 學 生 都 已 人 手 一 機 ( 手 機 ), 手 機 都 有 計 秒 功 能, 此 外 則 無 需 其 他 器 材 動 手 做 做 看 1. 兩 人 一 組, 一 人 為 受 試 者, 另 一 人 為 助 手 2. 在 安 靜 狀 態 下, 測 量 自 己 在 一 分 鐘 內 脈 搏 的 次 數, 如 圖 3. 雙 腳 先 後 踏 上 椅 子 並 再 返 回 地 面, 連 續 共 30 次 4. 立 刻 回 座 並 保 持 安 靜 狀 態, 同 時 測 量 自 己 的 脈 搏, 每 一 個 15 秒 內 計 數 一 次, 在 4 分 鐘 內 共 讀 取 16 次, 每 次 只 算 其 15 秒 內 的 次 數, 如 圖 時 刻 軸 剛 完 成 上 下 椅 子 30 次 的 時 刻 第 一 個 15 秒 第 二 個 15 秒 第 三 個 15 秒 紀 錄 第 一 個 15 秒 內 脈 搏 次 數 紀 錄 第 二 個 15 秒 內 脈 搏 次 數 紀 錄 第 三 個 15 秒 內 脈 搏 次 數 第 16 個 15 秒 紀 錄 第 16 個 15 秒 內 脈 搏 次 數 97

99 5. 在 此 實 驗 中 何 者 為 自 變 量? 何 者 為 因 變 量? 6. 請 將 你 的 實 驗 結 果 製 作 成 數 據 表 格 7. 製 作 數 據 圖 8. 以 文 字 描 述 兩 變 量 間 的 變 化 關 係 9. 運 動 後 多 久, 你 的 心 跳 恢 復 正 常 所 需 的 時 間 為 分 鐘 98

100 姓 名 : 系 級 : 日 期 : 年 月 日 ( 星 期 ) 學 習 單 2. 安 靜 狀 態 下, 每 分 鐘 脈 搏 的 次 數 : 次 5. 為 自 變 量, 為 因 變 量 時 刻 序 起 迄 號 ( 分 秒 ) ( 分 秒 ) 1 : : 2 : : 3 : : 4 : : 5 : : 6 : : 7 : : 8 : : 9 : : 10 : : 11 : : 12 : : 13 : : 14 : : 15 : : 16 : : 每 個 15 秒 內 脈 搏 的 次 數 相 當 每 分 鐘 脈 搏 的 次 數 99

101 8. 9. 分 鐘 10. 就 本 單 元 的 教 學 內 容 上 課 方 式 師 生 互 動 等, 你 有 何 建 議? 11. 在 本 教 學 活 動 中 你 學 到 什 麼? 100

102 參 考 書 目 Rezba, R. J., Sprague, C., & Fiel, R. L. Learning and assessing science process skills, 4 th ed. Iowa: Kendall/ Hunt Publishing Company, Liem, T. L., Invitations to science inquiry, 2 nd ed. Califonia: Science Inquiry Enterprises, Murphy, P. & S. Shimek, Science Snackbook, The Exploratorium,

103 誌 謝 本 書 之 完 成, 承 蒙 劉 秀 英 小 姐 之 編 排 與 劉 意 涵 同 學 之 繪 圖, 在 此 深 謝 102