振盪波
壹、活動目標 Goal
1. 能夠動手操作馬達並產生駐波
2. 能夠使厚紙板水平轉動
3. 知道馬達產生駐波的原理
4. 知道使厚紙板水平轉動的原理
5. 知道繩子愈長波數愈多的原理
大概念 Big Idea
駐波馬達的運作原理
核心問題(探究問題) Essential Question
如何將駐波馬達應用在日常生活中?
教學對象
國中生1-3年級
教學時間
45分鐘（1節課）
作者(服務單位)
蔡正立 蔡正立科學實驗室主持人
王晨琳 國立東華大學科教所碩士
洪湘評 國立東華大學物理系學士
仿生與環境工作坊團隊
通訊作者e-mail
王晨琳 yamimomo@kimo.com
貳、課程綱要對照 Course Outline
學習表現
tr-Ⅲ-1
能將自己及他人所觀察、記錄的自然現象與習得的知識互相連結，察覺彼此間的關係，並提出自己的想法及知道與他人的差異。
pc-Ⅲ-2
能利用簡單形式的口語、文字、影像（如攝影、錄影）、繪圖或實物、科學名詞、數學公式、模型等，表達探究之過程、發現或成果。
ah-Ⅲ-1
利用科學知識理解日常生活觀察到的現象。
ai-Ⅲ-3
參與合作學習並與同儕有良好的互動經驗，享受學習科學的樂趣。
學習內容
PKa-Ⅴa-2
介質振動會產生波。
PKa-Ⅴa-4
波遇到不同的介質時會反射和透射，例如：繩波。
PKa-Ⅴa-6
線性波相遇時波形可以疊加。 兩個振幅、波長、週期皆相同的波相向行 進會經由干涉形成駐波。
核心素養
自-E-A2
能運用好奇心及想像力，從觀察、閱讀思考所得的資訊或數據中，提出適合科學探究的問題或解釋資料並能依已知的科學知識、概念及探索方法去想像可能發生事情，以及理解科學事實會有不同的論點、證據或釋方式。
自-E-C2
透過探索科學的合作習，培養與同儕溝通表達、團隊及和諧相處的能力。
參、活動原理 Theory
1.繩長=駐波數目*波長/2
故繩長愈長,波數愈多
2.使厚紙板產生水平轉動的原因為何?
角動量
力矩=轉動慣量*角速度
肆、活動材料 Material
器材:
馬達、電池盒、電池、厚紙板、細繩
伍、活動步驟 Step
第一部分
引起動機(學習目標)
自然中的科學現象-波(水波、跳繩、彩虹彈簧)。
介紹波的種類(橫波-繩波、地震S波、水波；縱波-地震P波、聲波)。
駐波現象:兩個波長、週期、頻率和波速皆相同的正弦波相向行進干涉而成的合成波。
第二部分
發展活動(學習內容)
1. 如何人為透過馬達產生繩波?此繩波是否為駐波?
2. 討論觀察到的現象。
3. 討論如何增加駐波的數量。
4. 使厚紙板產生水平轉動。
實驗步驟:
1. 馬達的轉軸，栓上塑膠管，將棉線綁在塑膠管上。
2. 電池盒裝上電池，一人抓棉線一人抓馬達。
3. 馬達啟動後，馬達轉軸快速轉動時，棉線會產生波。
4. 打開電池開關,觀察駐波產生的情形。
闖關者挑戰:
1. 關主協助闖關者，將厚紙板剪成長度小於10公分的任意形狀。
2. 棉線一端綁在馬達轉軸，另一端綁厚紙板。
3. 馬達舉起，開關開啟後，闖關者嘗試使厚紙板呈現水平狀態旋轉
(角動量作用)。
第三部分
綜整活動(學習表現)
透過馬達產生駐波。
使厚紙板產生水平轉動的原因為何?
如何增加駐波數目?
觀察繩子的長短產生駐波的數目有何不同?
如何使厚紙板產生水平轉動?
教案學習單
（待調整）
Q:產生駐波的秘訣?
A:調整繩長至適當的長度、調整厚紙板至適當重量。
Q:討論變因對駐波的影響:繩子長度、厚紙板重量。
A:繩子愈長，駐波數愈多、厚紙板重量愈重，駐波數愈少。
Q:生活中有那些駐波的例子?
A:繩波、水波、泛音。
實作注意事項
實驗安全提醒
勿接近眼睛,轉動時厚紙板旋轉快速,容易傷到眼睛。
通電時,厚紙板會快速旋轉,此乃正常現象。
使用剪刀剪厚紙板須小心，若小朋友不熟悉剪刀使用方式，請關主協助。
實驗廢棄物處理
電池放入電池專用回收桶。
厚紙板放入紙類回收桶。
教學心得
繩波是生活中可見且易觀察的波，藉由此實驗能具體呈現橫波的形狀、觀察駐波的產生位置。
實驗中，馬達轉動時，繩子一端繫著馬達，繩子另一端以馬達方向轉，若馬達轉過快，以至於馬達另一端無法跟著旋轉，繩子可能會捲起，影響實驗觀察。
駐波的變因還有繩子種類、繩子粗細、馬達轉速。可以置換不同輸出功率的電池，或使用可變電阻，來達成馬達變速的現象。
參考資料
駐波-維基百科-自由的百科全書
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A7%90%E6%B3%A2
繩波-國立台中教育大學 NTCU-科學教育與應用學系
http://scigame.ntcu.edu.tw/power/power-042.html
繩波-中大科教
http://phy.tw/%E7%A7%91%E5%AD%B8%E5%AF%A6%E9%A9%97/item/168-item-title
闖關活動(十分鐘)
壹、準備活動
★教師準備：
電池、厚紙板、棉線、電池、電池盒
【圖一】
★學生準備：
無
貳、闖關前
準備實驗材料
参、進入關卡
活動一
1. 介紹自然中的科學現象-波(水波、跳繩、彩虹彈簧)。
2. 介紹波的種類(橫波-繩波、地震S波、水波；縱波-地震P波、聲波)。
3. 駐波現象:兩個波長、週期、頻率和波速皆相同的正弦波相向行進干涉而成的合成波。
活動二
1. 馬達的轉軸，栓上塑膠管，將棉線綁在塑膠管上。
2. 電池盒裝上電池，一人抓棉線一人抓馬達。
3. 馬達啟動後，馬達轉軸快速轉動時，棉線會產生波。
4. 打開電池開關,觀察駐波產生的情形。
闖關者挑戰:
1. 關主協助闖關者，將厚紙板剪成長度小於10公分的任意形狀。
2. 棉線一端綁在馬達轉軸，另一端綁厚紙板。
3. 馬達舉起，開關開啟後，闖關者嘗試使厚紙板呈現水平狀態旋轉
(角動量作用)。
Q&A:
Q:產生駐波的秘訣?
A:調整繩長至適當的長度、調整厚紙板至適當重量。
Q:討論變因對駐波的影響:繩子長度、厚紙板重量。
A:繩子愈長，駐波數愈多、厚紙板重量愈重，駐波數愈少。
Q:生活中有那些駐波的例子?
A:繩波、水波、泛音。
伍、闖關結束
記錄是否繩子愈長,駐波波數愈多
【圖一】
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)
- 馬達,電池盒、電池、厚紙板,細繩/1組/$30