[國高中組] 滴管水火箭
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壹、活動目標 Goal
使用生活周遭容易取得之材料，製作簡易的物理及化學實驗裝置，觀察現象(能量轉換模式的應用，例如:化學能→動能)，並了解對應的科學概念及原理。
大概念 Big Idea
燃料電池是能源直接轉換裝置。
利用排出物質以製造反作用力而前進的載具。
核心問題(探究問題) Essential Question
如何產生燃料電池反應?
如何推動水火箭?
教學對象
國中生1-3年級
教學時間
20分鐘（1節課）
作者(服務單位)
蔡正立 *
［台北市立兒童育樂營(前)］
仿生與環境工作坊團隊
通訊作者e-mail
m0918311036@kimo.com
貳、課程綱要對照 Course Outline
※十二年國教素養導向綱要
【自然科-學習表現 】
po -Ⅳ-1
能從學習活動、日常經驗及科技運用自然環境書刊網路媒體中，進行各種有計畫的觀察而能查覺問題。
pa-Ⅳ-2
能運用科學原理、思考智能、數學等方法，從（所得的）資訊或數據，形成解釋、發現新知、獲知因果關係、解決問題或是發現新的問題。
ai-Ⅳ-1
動手實作解決問題或驗證自己想法，而獲得成就感。
ai-Ⅳ-2
透過與同儕的討論，分享科學發現的樂趣。
參、活動原理 Theory
一、使用氫氣和氧氣當燃料，啟動壓電素子後，產生火花、聲音、熱量和膨脹的水蒸氣，滴管彈頭隨著膨脹的水蒸氣飛出。
3cc的滴管頭質量小，以空氣壓縮，飛行距離近。以氫氧氣點火爆飛，距離稍遠。
加入2cc的水堵在噴氣口，反作用力加大，飛行距離更遠。
二、利用排出物質以製造反作用力而前進的載具，原理：動量守恆定律及牛頓第三定律 (作用力與反作用力)。
動量守恆：當一個系統在外力和為0或是不受外力的情形下，總動量(p=mv)不變。
牛頓第三定律 (作用力與反作用力)：兩個物體作接觸力的互相作用時，作用力和反作用力的大小相等，方向相反及相同的作用時間。
三、燃料電池原理及應用：參考：取氫取氧合成水
肆、活動材料 Material
器材
3cc塑膠滴管、塑膠長管(直徑1cm，長18cm)、壓電素子、熱熔膠槍、透明膠帶、剪刀
藥品
酒精、氫氣、氧氣
伍、活動步驟 Step
第一部分 實驗材料預作 (10分鐘)
壓電素子點火單元本體：首先將塑膠長管由頂端往下5.5cm處鑽一小孔(剛好置入壓電素子之底部)，再用熱熔膠槍固定壓電素子於塑膠長管上。用剪刀將3cc塑膠滴管由尖端處起算6cm剪斷，穿過上述壓電素子的點火線後，再用透明膠帶固定於塑膠長管上。小火箭彈頭：將剩下的3cc塑膠滴管由鈍端處起算6.5cm剪斷。
1.將塑膠滴管由尖端處算起6cm剪斷。
3.以熱熔膠固定壓電素子和滴管，組裝發射器。
2.將塑膠滴管由鈍端處算起6.5cm剪斷。
4.將電解水產生的氫、氧混合氣體，灌入彈頭（參考：水的電解取氫氧）。
左圖(組合完成圖)、右圖(試玩)
第二部分
氫氣、氧氣混合氣體(參考：水的電解取氫氧)，各取3cc/10cc/15cc灌入滴管，將滴管套到電線上，壓下壓電素子，觀看發射狀況，比較發射距離、方向…。
教案學習單
（待調整）
1. 點火後，為何滴管套被噴出?
參考答案：
氫氣是燃料，氧氣助燃，密閉空間內，燃燒瞬間產生大量熱能並推動滴管套。水
變成水蒸汽體積大約增大為1600倍。
2. 如何控制滴管套的飛行距離?
參考答案：
調整氫氣及氧氣用量，但是維持氫氣:氧氣=2:1。以動量守恆定律及牛頓第三定律
(作用力與反作用力)來解釋實驗結果。
實作注意事項
實驗安全事項
控制氫氣、氧氣或酒精用量，發射時請朝向牆壁或面板。
實驗廢棄物處理
回收可利用材料。
教學心得
以簡易材料自製微型裝置，可操作，少藥品，易觀察，能協助學生認識燃料電池反應、動量守恆定律及牛頓第三定律 (作用力與反作用力)，並兼具綠色化學及環保概念。
參考資料
運動與力 Motion & Force
http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?page_id=13
動量守恆
http://phy.tw/%E7%A7%91%E5%AD%B8%E5%AF%A6%E9%A9%97/item/129-
2016-06-23-04-30-47
動量守恆-動態動量守恆演示
http://phy.tw/%E7%A7%91%E5%AD%B8%E5%AF%A6%E9%A9%97/item/133-
2016-06-24-07-53-31
我猜牛頓是這樣得到第三運動定律
http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=78941
牛頓第三運動定律（Newton’s Third Laws of Motion）
http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=18737
闖關活動(十分鐘)
壹、準備活動
教師準備：
闖關地點預先放置長桌子。
實驗準備材料：如上述。必須先完成實驗材料預作。
製作工具：如上述。
預先製作一件作品當範本。
闖關卡。
說明板(一)：原理、說明板(二)：製作步驟及注意事項。
學生準備：
預先分組。每組5-6人。
貳、闖關之前
闖關負責關主及學生就位。約需兩人，關主負責解說指導，副關主負責指導與通過與不通過判定。
預先集合參加同學，以小組隊伍排列。
說明關卡配置與發下小組闖關卡。
安全宣導，請小朋友注意安全，不可以在場地內奔跑。
請學生注意禮貌，進入關關卡和離開關卡都要跟關主問好。
叁、進入活動
1、 關主利用說明板(一)說明實驗原理。
2、 關主利用說明板(二)說明製作步驟及注意事項。
3、 學生實作。關主要掌握時間和隨時給予指導、提醒。
4、 完成作品的學生可以測試，視通過人數給予集點小貼紙。
5、 若尚有時間，可請未通過學生參考組員或請組員幫忙，改進錯誤後，再試一下。
6、 請未通過組員及通過組員說明製作的訣竅或有什麼新發現。
7、 關主總結實驗概念及生活應用。
8、 關主在闖關卡上簽名或蓋通過章。
肆、活動結束
一、鼓勵學生繼續闖下一關，或到服務台交回闖關集點卡。
二、請學生說明參加闖關的心得感想與各關卡的相關科學原理。
三、鼓勵學生設計與製作更多有創意的DIY玩具。
預算表
預算表
每人次／每組的材料及預算（*以一組為單位）
- 3cc塑膠滴管/1隻
- 塑膠長管(直徑1cm，長18cm)/1隻
壓電素子/1只
熱熔膠 / 自備
熱熔槍1支 / 自備
少許透明膠帶 / 自備
剪刀1把 / 自備
氫氣、氧氣 / (參考：水的電解取氫氧)
總計 / 每人次(或每組) / $20
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