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PASCO 無線智慧滑車與軌道組

MAY 29 ,2019

可以進行實驗

PART1-不需軌道

認識速度與加速度

  • 目的:透過簡單的滑車運動,搭配滑車內感應器的量測,認識速度與加速度的定義
  • 方法:使用書本製造出簡單的斜面,觀察滑車上升與下滑時的速度與加速度變化
  • 延伸思考
    1. 速度的定義是什麼?上升與下滑的過程中,速度有沒有改變?速度的變化代表什麼意義?
    2. 加速度的定義是什麼?上升與下滑的過程中,加速度有沒有改變?加速度的變化代表什麼意義?

摩擦力

  • 目的:使用滑車推動書本,觀察摩擦力的大小
  • 方法:使用滑車推動書本,量測推動前後的推力大小,並嘗試增加書本重量,觀察施力的變化
  • 延伸思考:
    1. 比教推動物體前後,施力大小有什麼變化?施力大小與摩擦力的關係是什麼?
    2. 增加書本的重量後,推動書本的施力大小有什麼變化?

作用力與反作用力

  • 目的:使用兩台滑車相互拉扯,觀察作用力與反作用力的現象
  • 方法:透過細繩連接兩台滑車的掛鉤端,固定一台滑車,對另一台滑車施力拉扯,量測兩台滑車的受力大小與方向
  • 延伸思考:
    1. 比較兩台滑車的受力大小與方向,有什麼異同處?

虎克定律

  • 目的:使用滑車並搭配彈簧,驗證虎克定律
  • 方法:將彈簧一端固定,另一端連接於滑車的掛鉤,透過量測力與滑車位置的變化,觀察彈力與彈簧伸長量的關係
  • 延伸思考:
    1. 根據結果,彈力與彈簧伸長量呈現什麼數學關係?和理論相不相符?
    2. 如果彈簧一直被拉長,能讓受力與伸長量的數學關係一直維持穩定嗎?

PART2-需要軌道

等速度運動與等加速度運動分析

  • 目的:比較各種類型的運動,其X-t圖、V-t圖與a-t圖的變化
  • 方法:將軌道架設成平面與斜面的狀態,以模擬等速度運動與等加速度運動,觀察其X-t圖、V-t圖與a-t
  • 延伸思考:
    1. 比較等速度運動與等加速度運動,各種圖形的差異性
    2. 在圖形中的直線斜率各代表的物理意義是什麼?V-t圖中如何觀察滑車移動的距離
  • 參考教案: https://drive.google.com/file/d/1Twg9KzEKZrWDH16vIrk_oKTLhC1dqP-q/view?usp=sharing

牛頓第二運動定律

  • 目的:改變拉動滑車的力量,觀察滑車的運動學變化
  • 方法:搭配砝碼、掛勾組、滑輪與細繩,改變不同的砝碼重量拉動滑車,量測滑車的位置、速度與加速度,並觀察圖形
  • 延伸思考:
    1. 透過運動學圖形結果的分析,探討隨著砝碼的重量增加,發生了什麼變化?
    2. 根據實驗結果,砝碼的重量與滑車的加速度呈現什麼數學關係?
  • 參考教案:https://drive.google.com/file/d/1ZJQcdVoTw6icjaAs1gja46vSDoyD1ppJ/view?usp=sharing

衝量與動量

  • 目的:將滑車衝撞防撞桿,觀察衝量與動量變化的關係
  • 方法:將滑車衝撞防撞桿,量測撞擊前後的速度變化以及衝撞間累積的受力,計算出撞擊前後的動量變化與衝量大小
  • 延伸思考:
    1. 根據實驗結果,衝量大小和動量變化是否相等?代表的物理意義是什麼?
  • 參考教案:https://drive.google.com/file/d/1rt2rW86Vb0AKPhPDy6HqlfEj-5ld0RqK/view?usp=sharing

碰撞與動量守恆

  • 目的:將兩台滑車相互碰撞,觀察碰撞前後產生的物理學變化
  • 方法:將兩台滑車相互碰撞,透過量測兩台滑車的速度,計算碰撞前後的動量變化與動能變化
  • 延伸思考:
    1. 透過實驗結果,要如何說明碰撞前後動量維持守恆
    2. 透過實驗結果,要如何說明碰撞前後能量維持守恆
  • 參考教案:https://drive.google.com/file/d/1LQyo0H-alQzHDKg6pYkZN4gtmiC8SdZs/view?usp=sharing

功能定裡

  • 目的:改變拉動滑車的力量,觀察滑車的動能變化
  • 方法:搭配砝碼、掛勾組、滑輪與細繩,改變不同的砝碼重量拉動滑車,量測滑車的位置、速度與受力,計算外力作功與動能變化大小
  • 延伸思考:
    1. 透過結果,描述力與作功,以及動能變化的關係
    2. 力的作功與動能變化值是否相等?代表什麼物理含意?
  • 參考教案:https://drive.google.com/file/d/1HvcMTzFuuUHY6hyOXpfDL6ap__KXRwzO/view?usp=sharing

能量守恆

  • 目的:透過簡單的斜面運動,驗證力學能維持不變的現象
  • 方法:將軌道架設成簡單的斜面,在滑車進行斜面運動時量測不同位置的速度,計算出各點的動能與位能大小
  • 延伸思考:
    1. 滑車在哪個位置分別具有最高的位能與動能?兩個值的大小是否相等?
    2. 滑車在運動中的任一點動能與位能總合是否和其他點相等?若沒有,探討可能的原因
  • 參考教案:https://drive.google.com/file/d/1FG7zHdQVHhCa_crQci07r68GfYWbjiz-/view?usp=sharing

彈簧與阻尼震盪

  • 目的:搭配震盪器與彈簧,觀察滑車受到彈簧拉動所產生的物理學現象
  • 方法:搭配震盪器與彈簧,使滑車進行簡諧振盪,透過量測位置與速度,觀察滑車的運動過程
  • 延伸思考:
    1. 在震盪的過程中,震盪器的輸出的電壓與頻率和滑車運動的位移與速度有什麼關聯性?

參考教學影片