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功與能的簡易動手做~吸管吹箭與做功

我的活動習慣是完全開放,略講大致方法,其餘由他們自己試。根據經驗,不是那麼容易就成功的活動可以玩比較久,也會讓學生有挑戰性。

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2019-11-04 08:54:12 最後編修
2016-11-03 10:12:05 By zfang
 

『星期三的理化課,帶粗吸管、細吸管各一根,我們要來做簡單的小活動。』
『老師,要做什麼實驗?』『嘿嘿,秘密。』

國三理化比較枯燥,目前的進度是進入功與能單元,介紹能量轉換。原本打算在講到彈力位能時帶學生用粗吸管、橡皮筋製作發測器,用細吸管、黏土製作箭,來玩吸管箭。後來想一想,乾脆連橡皮筋、黏土都省下來,來玩吸管吹箭。(懶得買黏土,又不環保,衛生紙沾水雖難看,但很好用。)

準備材料: 細吸管、粗吸管、衛生紙與適量水。
1.將細吸管剪成合適長短,第一次作約5公分,這是吸管吹箭。放入當作吹箭筒的粗吸管內,看看用嘴吹氣,能小吸管能被吹出多遠?
2.在小吸管前端塞進一小團沾水的衛生紙,再吹看看,有沒有比剛剛更遠?
3.自己嘗試調整,看看如何才能讓吸管吹箭飛得最遠?

學生開始嘗試,一開始是吹的技巧,後來嘗試改造吹箭箭身。增減配重,修剪長短。甚至有些學生會在尾端剪花,這個我沒有教喔~~。我的活動習慣是完全開放,略講大致方法,其餘由他們自己試。根據經驗,不是那麼容易就成功的活動可以玩比較久,也會讓學生有挑戰性。害羞的女生,則開放提供橡皮筋用彈力跟男生的吹力一較高下。


為什麼要在尾部剪花?學生說,可以增加受風量。

衛生紙阻住前端,防止漏氣,讓吹氣更容易推動小吸管作功,也能調整重心,使吹箭飛得穩定。衛生紙也不能太多,吹不動。學生說,如果尾部剪了花,可以使吹氣盡量進入細吸管中,不會因漏氣太多而吹不動。有的是隨便剪剪,也有的是調整尾部使剪開的吸管翻開來能貼合粗吸管。

 

這樣有效嗎?還真的有效呢!我自己是認為,除了受風大之外,在吹筒內滑行的摩擦也要考慮。有剪花,只有頭部尾部幾點接觸筒壁;沒有剪花,則是整根小吸管滑行,與粗吸管筒身間有較大的阻力。

有些學生會主動討論,順便就引導他們利用剩下材料,嘗試改變變因:相同配重,小吸管長一點好,還是短一點?相同長度吸管,配重對飛行距離的影響?相同長短配重,尾部剪花的模式、數目、長度,是否影響飛行?

也有學生動腦筋在調整粗吸管吹筒的開口,他們設計前窄後寬,試試效果?

『粗吸管吹筒長一點好,還是短一點?吹箭的放置位置要再粗吸管出口處前一點,還是接近嘴的位置?』過程到一半,在黑板上畫幾個圖引導學生思考,哪一種效果最好?這就可以用功來解釋了。如果要做更定量化的觀察,吹氣不能以人來吹,得試試用塑膠瓶按壓出氣!


原本我在黑板上畫了一個豬頭當靶,希望學生從教室尾發射,看看能否正中靶心。
一位女學生自告奮勇,要來畫靶~ 說真的,她的豬臀畫得比我好太多。

1-4,哪一種吹的最遠?

 

參考解釋請反白:(吹箭是藉著吹氣推動箭從吹管中射出。『物體順著力的方向運動時,位移愈大則被作的功愈多,動能也會愈大。』因此,選長吹管的目的是為了作功,也要讓吹箭在吹管內有足夠的加速距離:『動能愈大、出口的速率較大,射程就會較遠、準直性也較佳。』吹管與吹箭之間的大小也要考慮,差異太大,吹氣易散失,而太貼近則會因箭與管的摩擦力,耗損能量。) 詳細原理見這一篇: 弓與箭(9) 吹箭與吸管吹箭DIY @zfangの科學小玩意

另外在網路上看到[吳哥的空間]的這一篇,實際探訪原住民,裡頭有精彩的相片。如我們所實驗發現,吹箭要靠近唇邊。也看到原住民會在尾端塞松蘿吹氣製造密閉以便讓吹出的空氣不致流失,並且經壓縮而有比較大的壓力,壓力越大,對吹箭產生的作用力也越大!

 

比賽開始囉!

這樣的動手做,每個同學都覺得好玩嗎?未必。這又不是在玩,重要的是藉由活動學習與應用,試著解釋結果,也製造機會讓學業成就低的學生有機會大展身手。我更趁機觀察學生們相互之間的學習討論。最後一定要留幾分鐘帶同學討論剛剛的發現與觀察。

每一個學生都會參與嗎?也是未必。因為在教室,幾個認真唸書的女孩就坐著讀起自己的書(複習考快到了~難免),偶而抬頭看看同學,偶而幫同學撿起射過來的吹箭。會逼她們通通來做嗎?不會。因為這是在教室,雖然看起來沒有參與,但就像看我或同學演示,她們看著也聽著,用她們自己的方式參與。如果真要全班一起操作,就要移到室外或是實驗室,阻絕其他科目的誘惑。

本來只打算進行15-20分鐘的小活動,最後變成一節課。好好去操作探索~ 去吧!管他的進度。

 

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我有話要說


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