[國高中組] 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) 

［台北市立兒童育樂營(前)］

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

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。

1.將塑膠滴管由尖端處算起6cm剪斷。

3.以熱熔膠固定壓電素子和滴管，組裝發射器。

2.將塑膠滴管由鈍端處算起6.5cm剪斷。

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）。

左圖(組合完成圖)、右圖(試玩)

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…。

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 

運動與力 Motion & Force

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?page_id=13

動量守恆

http://phy.tw/%E7%A7%91%E5%AD%B8%E5%AF%A6%E9%A9%97/item/129-

2016-06-23-04-30-47

動量守恆-動態動量守恆演示

http://phy.tw/%E7%A7%91%E5%AD%B8%E5%AF%A6%E9%A9%97/item/133-

2016-06-24-07-53-31

我猜牛頓是這樣得到第三運動定律

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=78941

牛頓第三運動定律（Newton’s Third Laws of Motion）

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=18737

闖關活動(十分鐘) 

壹、準備活動

教師準備：

學生準備：

預先分組。每組5-6人。


貳、闖關之前


 叁、進入活動

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。


肆、活動結束

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）

總計 / 每人次(或每組) / $20