馬格努斯滑翔機

 

壹、活動目標  Goal 

製作一馬格努斯滑翔機，體驗與瞭解馬格努斯效應。 

大概念 Big Idea 

無

核心問題(探究問題) Essential Question 

無

教學對象

教學時間

作者(服務單位) 

曾賢德(國立東華大學物理系) 

通訊作者e-mail 

sdtzeng@mail.ndhu.edu.tw

貳、課程綱要對照 Course Outline 

無

參、活動原理 Theory 

當球體(或圓柱體)一邊轉動一邊在空氣中移動時，由下圖中氣流的流線可以看出，順著球體轉動方向的那一面，氣流因為被物體表面帶動，因此流速較快； 逆著球體轉動方向的那一面，流速則較慢。依流體力學中的白努利方程式，可知 流速較快的一側壓力較小，流速較慢的一側壓力較大。此一壓力差會使物體表面 有一受力，稱作馬格努斯力，如下圖所示。

根據轉動的方向不同，此力的方向亦改變。當此力的方向向上，可以讓物體 因為有升力而飛得更久、更遠；當此力的方向向下，可以讓物體下墜得更快；而當此力往運動方向的側邊，則可以讓物體飛行方向改變。 

肆、活動材料 Material 

實驗器材

塑膠杯、橡皮筋、膠帶、剪刀、示範教材、解說圖卡。 

實驗藥品

無 

伍、活動步驟 Step 

[第一部分] 

1.本實驗可多名學生同時進行闖關。學生就位後先向關主問候，並開始聽取關主 講解及示範。

2.關主可先講解如何製作馬格努斯滑翔機，並用自己的滑翔機示範，讓學生看到 馬格努斯現象。

3.以圖卡簡單解說馬格努斯效應。

4.解說闖關成功條件：自行製作出馬格努斯滑翔機，並成功以發射條射出，產生 滯空效果即過關。

(此部分預估花 3-4 分鐘) 

[第二部分]

1.每位同學領取所需的材料：每人塑膠杯 2 個，橡皮筋 3 條。 關主桌上準備膠帶數捲及安全剪刀數把(數量依每次闖關人數而定)，提供學生

使用。

2.學生將兩個小塑膠杯的底部對接，以一段膠布沿接縫固定，即完成馬格努斯滑 翔機，如下圖。

3.將 3 條橡皮筋串接，形成一彈性發射條。

4.將彈性發射條在塑膠杯接縫處一邊拉伸一邊纏繞。

 

5.一手拉住彈性發射條一端，另一手拉住上緊發射條的馬格努斯滑翔機，如下 圖。放手射出塑膠杯。

(此部分預估花 2-3 分鐘) 

參考資料 IYPT 2015,  Problem No. 6 “Magnus glider "

[第三部分]

1. 至關主指定位置，往斜上方射出手上的滑翔機(注意不可對人)。若滑翔機產 生緩慢下降效果，即成功。

2. 請關主判定學生是否完成此關，並給予證明。

 

3. 學生感謝關主指教，即完成此關。

 

(此部分預估花 2-3 分鐘) 

教案學習單

（待調整）

可依學生程度，選擇下列問題於闖關單或學習單上詢問學生：

1. 若要杯筒在空氣中產生馬格努斯效應， (1)只需要有轉動，(2)只需要有移動，(3)需要同時有轉動與移動。 [答案：(3)向上]

2. 舉例說明，哪種球類運動可以看到馬格努斯效應？

[答案：桌球、棒球、足球、高爾夫球、網球、排球…  等等] 

實作注意事項 

實驗安全事項

 

請勿朝向他人發射。 

 

實驗廢棄物處理

可讓學生帶回成品，或加以分類、回收。 

 

教學心得

 此一闖關實驗簡單，變化多而有趣。可以讓大家自由嘗試不同的發射方式， 以產生不同的變化，如漂浮、轉彎、下墜等不同效果。 


參考資料 

1. 馬格努斯效應 https://en.wikipedia.org/wiki/Magnus_effect

 

2. 轉動圓柱的升力 http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/cyl.html;

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Kutta-Joukowski_theorem

3. 此亦為 2015 年國際青年物理辯論賽 (International Young Physicists' Tournament,  IYPT)的題目之一。 http://ilyam.org/SD_2015_IYPT_Reference_kit.pdf

闖關活動(十分鐘) 

無

預算表

每人次／每組的材料及預算（*以一組為單位）

項目.材料 / 數量/金額 (元)

1.塑膠杯 / 每人 2 個/$1.2

2.橡皮筋 / 每人 3 條/$0.3

3.透明膠帶 / 一小段 (註 1)/$0.5

4.剪刀 / 一支 (註 2)/$0

總計 / 每人次/$2


(註 1)  關主桌上準備數捲透明膠帶(寬度  18 mm 左右)。數量依此關每次進行的學生人數而定。

(註 2)  自備數把安全剪刀。數量依此關每次進行的學生人數而定。