牛頓不扭頓

壹、活動目標  Goal 

1.協助學生了解落下高度與末速的關係。

2.協助學生了解ㄧ維碰撞能量轉換的關係。

3.協助學生判斷擺長與週期的關係，以及不同週期的運動擺在一起的比教。


大概念 Big Idea 

1.能量守恆

從高處落下動能與位能之間的轉換，高度越高，末速越快。


2.一維碰撞

碰撞前後水平方向不受外力，可以視為動量守恆系統。過程中是否能視為完全彈性碰撞？


3.周期問題

小角度單擺；周期與擺長有平方根正比的關係，大角度單擺呢？

核心問題(探究問題) Essential Question 

1.高度與速度的關係成正比嗎？

2.如何確認是否為完全彈性碰撞？

3. 周期與擺長的關係是甚麼？

教學對象

教學時間

50分鐘 （1 節課） 

作者(服務單位) 

龔意耘  東華大學物理系博士生

邱岱瑤  東華大學物理系碩士生

蔡立正  蔡正立科學實驗室主持人

楊悠娟  國立東華大學自然資源與環境學系副教授 

通訊作者e-mail 

龔意耘

Yykung0419@gmail.com 

貳、課程綱要對照 Course Outline 

學習表現

tr-Ⅴc-1

能運用簡單的數理演算公式及單一的科學證據或理論，理解自然科學知識或理論及其因果關係，或提出他人論點的限制，進而提出不同的論點。

 

pe-Ⅴc-1

能辨明多個自變項或應變項並計劃適當次數的測試、合理地預測活動的可能結果和可能失敗的原因。藉由教師或教科書的指引或展現創意，能根據問題特性、學習資源（設備、時間、人力等）、期望之成果（包括信效度）、對社會環境的影響等因素，規劃最佳化的實作（或推理）探究活動或問題解決活動。

 

pa-Ⅴc-2

能運用科學原理、思考智能、數學、統計等方法，從探究所得的資訊或數據，形成解釋、理解、發現新知、獲知因果關係、理解科學相關的社會議題、解決問題或是發現新的問題。並能將自己的探究結果和同學的結果或其他相關的資訊比較對照，相互檢核，確認結果。

學習內容

PBa-Ⅴa-5

一般性的力學能守恆律與實例。

PEb-Ⅴa-10

力質點的動量等於質點的質量乘以速度，其時間變化率等於質點所受作用力。衝量等於動量的變化。

 

PEb-Ⅴa-15

許多生活上和工程上的問題都可用牛頓三大運動定律來解釋或計算，例如：靜力、平衡、摩擦力、一維碰撞問題。

 

PEb-Ⅴc-5

摩擦力、正向力、彈力等常見的作用力。 

核心素養

自S-U-A2

能從一系列的觀察、實驗中取得自然科學數據，並依據科學理論、數理演算公式等方法，進行比較與判斷科學資料於方法及程序上的合理性，進而以批判的論點來檢核資料的真實性與可信性，提出創新與前瞻的思維來解決問題。

 

 

自S-U-B2

能從日常經驗、科技運用、社會中的科學相關議題、學習活動、自然環境、書刊及網路媒體中，適度運用有助於探究、問題解決及預測的資訊，進而能察覺問題或反思媒體報導中與科學相關的內容，以培養求真求實的精神。

 

 

自S-U-C2

能從團體探究討論中，主動建立與同儕思考辯證、溝通協調與包容不同意見的能力，進而樂於分享探究結果或協助他人解決科學問題。 

參、活動原理 Theory 

肆、活動材料 Material 

牛頓擺

伍、活動步驟 Step 

活動準備

兩種不同的牛頓擺

架設攝影機

Tracker軟體準備 

[活動一]

1. 控制物體質量以及擺長。調整不同的高度落下，觀察物體末速。

2. 控制物體質量以及擺長，調整不同高度，觀察來回週期。

[活動二]

調整落下高度，觀察碰撞前後高度差。 

[活動三]

不同擺長間的單擺同時進行，觀察週期。

[結論]

活動ㄧ

1. 預期觀察到不同高度落下速度不同。

2. 預期週期與擺長有關，觀察什麼時候與預期矛盾。

3. 改變擺長與時間相比；擺長開根號與時間有關。

 

活動二

觀察碰撞前後高度是否一樣，檢驗是否為完全彈性碰撞。

 

活動三

不同擺長導致不同周期的單擺是否在某段時間後同調。


教案學習單

（待調整）

1. 觀察不同擺長，週期是否相同？

2. 為什麼一段時間過後又會恢復原來的狀態？

Ａ：

1. 擺長不同週期不同，在小角度單擺的時候週期正比於擺長的平方根。

2. 不同擺長不同週期，不同週期之間會有公倍數。如：若3個不同週期分別是2,3,4秒；則12秒過後三個不同週期的單擺會回到原來狀態。 

實作注意事項 

實驗安全事項

注意樞紐間夾縫 


教學心得

國中教材與高中教材在這個單元的涉獵教少，學生隱約知道擺長與週期間的關係，但往往因為沒有處理過類似的問題，卻忽略了最簡單的公倍數問題。由這樣最基本的觀察可以讓學生增廣視野。 

參考資料 

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）

總計 / 每人次(或每組)/$334 /人