壹、活動目標 Goal
1.了解彈性位能與動能的轉換:學生可以透過製作彈跳玩具,觀察橡皮筋的拉伸與恢復,以及瓦楞板的彈跳過程,體驗彈性位能與動能之間的轉換原理。
2.探究影響彈跳準度的因素:學生可以透過改變瓦楞板的長度、寬度、造型等變因,進行控制實驗,比較不同條件下的彈跳遠度或跳起落回原點的準度,分析影響彈跳遠度及準度的因素。
3.設計創意的彈跳玩具:學生可以自行設計造型、形狀與大小,使用一條橡皮筋,製作出具有彈跳效果的玩具,並進行彈跳準度或跳遠距離的競賽。
大概念 Big Idea
彈性位能與動能轉換
核心問題(探究問題) Essential Question
甚麼造型的跳跳板可以跳起後容易落回原來的起跳區?
甚麼造型的跳跳板可以彈跳比較遠的距離(發射台的斜坡斜度也是變化的因素,老師可決定要不要納入探究)
教學對象
國小生 3-6年級
教學時間
80分鐘 (約 2 節課)
作者(服務單位)
蔡正立
(蔡正立科學實驗室主持人)
蘇巧畇
(花蓮縣溪口國小教師)
仿生與環境工作坊團隊
(主持人:楊悠娟)
通訊作者e-mail
蘇巧畇 nthueetnu@gmail.com
貳、課程綱要對照 Course Outline
※以十二年國教素養導向綱要呈現
【自然科-學習內容】
INa-Ⅲ-5
不同形式的能量可以相互轉換,但總量不變。
INc-Ⅲ-5
力的大小可由物體的形變或運動狀態的改變程度得知。
【自然科-學習表現】
ai-Ⅲ-1
過科學探究活動,了解科學知識的基礎是來自於真實的經驗和證據。
pe-Ⅲ-2
能正確安全操作適合學習階段的物品、器材儀器、科技設備及資源。能進行客觀的質性觀察或數值量測並詳實記錄。
參、活動原理 Theory
當跳跳板的橡皮筋被反向拉伸時,它儲存了彈性位能。當這個彈性位能釋放(即橡皮筋恢復原狀且閉合瓦楞板)時,它轉換為讓跳跳板彈起的動能。跳跳板會繼續向上彈跳,直到所有的動能都被用完,然後它會落下來。在整個過程中,如果我們不考慮摩擦力等阻力,那麼力學能量(即彈性位能和動能的總和)保持不變。
肆、活動材料 Material
PP塑膠瓦楞板50cmX60cm X 0.3cm一片、橡皮筋30條、PVC布紋膠帶(48mmX12m)1捲。美工刀、剪刀等裁切工具、直尺、切割墊。
伍、活動步驟 Step
第一部分 製作跳跳板(長方形造型)
此處製作過程及圖片引自https://scigame.ntcu.edu.tw/power/power-057.html
1. 取厚0.3公分的瓦楞板,裁切4.5 x 10公分的長方形共二片,如圖二。每一片瓦楞板的底端,以美工刀切出二道等距離深1公分的切口。
2.將二片瓦楞板對齊相疊,如圖二,再用膠帶將二片瓦楞板黏貼固定,膠帶一共黏貼三層。
3.如圖三,將一條橡皮筋套進二片瓦楞板的缺口中,就完成了製作。
玩法如圖四,將瓦楞板二端張開後再往下壓,放在桌上(如圖五),再鬆開手,瓦楞板就會跳很高了!
第二部分 製作不同形狀的跳跳板
1.教師先引導學生思考跳跳板的造型只能是長方形嗎?其他的形狀會不會影響彈跳的情形呢?
2.每位學生設計1-2種不同形狀的瓦楞板,圓形?三角形?多邊型?都可以變成跳跳板玩具嗎?
不同形狀的跳跳板要比較彈跳情形的話?有沒有甚麼變因要控制的呢?(面積大小?橡皮筋數量?)
第三部分 使用自己製作的跳跳板來進行降落準確度比賽與跳遠比賽
降落準確度比賽
每位學生選擇一個自己製作的造型跳跳板,並將其放置於發射區,發射後跳跳板必須彈跳超過15公分,視其降落的位置給予分數,越靠近發射區分數越高,每人三次機會,取最佳成績計算。(如圖所示)
跳遠比賽
每位學生須自行設置發射的斜面,斜度可以自行決定,然後將其跳跳板放在上面後放開令其彈射,測量其跳遠的距離,每個人三次機會,取最佳成績計算。
結果討論
1)帶領學生討論影響降落準確度的因素有哪一些?為什麼某同學的跳跳板可以準確的落回發射區?
2)學生討論影響跳跳板跳遠的因素有哪一些?斜坡的角度會不會影響?
教案學習單
(待調整)
1.我設計的跳跳板形狀是( ),請將你的設計圖畫在下方,並標明各邊長度。
2. 如果要確定跳跳板形狀會不會影響彈跳情形,需要控制哪些變因呢? (寫出1-2個)
(跳跳板面積、厚度、使用的膠帶、橡皮筋數量等)
3. 記錄你設計的跳跳板在降落比賽中的成績。
第一次
第二次
第三次
4. 你的跳跳板在跳遠比賽中的成績紀錄
第一次發射板角度:
第一次距離(cm):
第二次發射板角度:
第二次距離(cm):
第三次發射板角度:
第三次距離(cm):
實作注意事項
實驗安全事項
使用剪刀時須小心。
橡皮筋不可對人彈射。
實驗廢棄物處理
1.一般垃圾處理即可。
教學心得
1.學生使用剪刀剪裁出橡皮筋的卡準時,先用筆畫好距離,以免重複會影響結果
參考資料
2014第二十屆遠哲科學趣味競賽~跳跳板。
https://www.youtube.com/watch?v=Q0kPlnlDqxY
NTCU 科學遊戲實驗室(2018)。彈跳玩具。2018 年 9 月 19 日取 自
闖關活動(十分鐘)
壹、準備活動
★教師準備:
1.事先切割好的不同形狀之瓦楞板(長方形、梯形、圓形、三角形等),或是坊間販賣的造型瓦楞板亦可,但需兩個相同的為一組。
2.剪刀、膠帶、美工刀、切割墊、橡皮筋。
3.利用瓦楞板墊高器材及設置斜面發射台一組,角度約45度。
4.降落準確度比賽:使用粉筆在地面畫一個直徑10公分的圓為目標降落區,發射區即為此圓的正中心。
★學生準備:
無。
貳、闖關之前
1.關主及學生就位,關主負責解說闖關步驟、說明器材,副關主則指導 學生進行操作。
2.約2-3人一組,共用一套工具,叮嚀學生依照關主的指示及步驟進行,使用美工刀或剪刀時務必小心。
参、進入關卡
1.每人選擇一種造型的瓦楞板製作跳跳板。
2.製作完成後,可以先試跳,再調整及修正。
3.拿著自己的跳跳板到降落準確度比賽區比賽,每人三次機會,如有一次落在目標區內則過關。
4.再到跳遠比賽區比賽,每人三次機會,彈跳距離超過15公分則過關。
肆、闖關結束
完成闖關後,向關主敬禮並前往下一關。將自己製作的跳跳板帶回去留念。
每人次/每組的材料及預算(*以一組為單位)