滴管水火箭

 

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

教學時間

作者(服務單位) 

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-第四學習階段-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

【圖一】

【圖一】

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。


【圖二】1.將塑膠滴管由尖端處算起6cm剪斷。 

【圖三】2.將塑膠滴管由鈍端處算起6.5cm剪斷。 

【圖四】3.以熱熔膠固定壓電素子和滴管，組裝發射器。 

【圖五】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)。 

【圖六】組合完成圖 

【圖七】試玩 

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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…。 

【圖二】

【圖三】

【圖四】

【圖五】

【圖六】

【圖七】

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 

闖關活動(十分鐘) 

★教師準備：

一、闖關地點預先放置長桌子。

二、實驗準備材料：如上述。必須先完成實驗材料預作。

三、製作工具：如上述。

四、預先製作一件作品當範本。

五、闖關卡。

六、說明板(一)：原理、說明板(二)：製作步驟及注意事項。

 

★學生準備：

一、預先分組。每組5-6人。

 

貳、闖關之前

一、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。

二、預先集合參加同學，以小組隊伍排列。

三、說明關卡配置與發下小組闖關卡。

四、安全宣導，請小朋友注意安全，不可以在場地內奔跑。

五、請學生注意禮貌，進入關關卡和離開關卡都要跟關主問好。

 

参、進入關卡

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。

 

伍、闖關結束

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

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)

1.3cc塑膠滴管/1隻

2.塑膠長管(直徑1cm，長18cm)/1隻

3.壓電素子/1只

4.熱熔膠/自備

5.熱熔槍/1/自備


6.透明膠帶/少許/自備

7.剪刀/1把/自備

8.氫氣、氧氣/(參考：水的電解取氫氧)

總計 / 每人次(或每組)/$20