2019年11月7日 星期四

利用Phyphox 聲學碼表進行功能轉換實驗~抓住飛行的紙彈

經由黃子欣老師的分享,看到何莉芳老師這邊的吹箭探究功能轉換課程,覺得很棒,如果可以量化的話就更好了,然後再加入一些學生的生活經驗,就著手設計器材。

活動名稱:抓住飛行的紙彈
活動目的:觀察到做功越多,能量越高,部分學生進階處理數據,以及能量轉換效率的概念。
活動內容:利用橡皮筋對紙彈做功,發射紙彈。測量紙彈質量、橡皮筋拉力、做功距離、紙彈飛行距離、飛行時間,可以算出橡皮筋做功與紙彈動能。

領取裝置:紙彈發射器、捲尺、拉力秤、紙彈材料(建議用 1/4張與 1/8張)、紀錄表。

自製發射裝置如圖,就是紙板對折,中間剪開約3公分寬,但是不要完全剪斷,留一短邊與紙板連結,貼上列印直尺或權充直尺固定架,用長尾夾夾住直尺即可。
長邊兩端用長尾夾作為橡皮筋固定以及調整鬆緊度的裝置,讓橡皮筋保持適合的長度。
開口兩片紙片的功用是發射瞬間,橡皮筋撞擊時複製發聲用,但是即便如此聲音還是略小,有機會再改良,目前只能將手機手持於發射器旁收音,效果較好。
至於為何要這樣處理橡皮筋,是因為拉力方向問題,需要儘量限制橡皮筋拉力平行於紙彈位移。



紀錄表格:下載

組員分工:
 彈射手X1、碼表計時手X2並輔助觀察拉長量、紀錄手X1
注意事項:實驗前要說明下列事項

(1)紙彈寬度:不要超過發射孔一半寬度比較不會卡住,長度太長後面容易卡住。
(2)發射方式:握住紙彈後拉長橡皮筋,然後穩住記下拉長長度,鬆開手指即可,避免手部額外動作。
(3)瞄準方式:眼睛透過發射孔瞄準,紙彈、橡皮筋、孔、目標物呈一直線。
(4)收音問題:雖然已經設計發聲片,但是加上紙彈後,發射聲音會小很多,因此手持手機緊鄰發射器旁,效果較佳
(5)目標物:紙箱即可。

拉力不同,各測兩次Phyphox的計時畫面類似這樣







實驗完意外的點有兩個,一是 1Kgw的彈簧秤拉力竟然不夠大,橡皮筋拉長 10公分拉力就超過1Kgw了。 另一是拉力大時紙彈速度可達50~60km/hr,不過學生的紙彈我覺得都有點過大過重。


實驗影片:觀察完前兩個班級的操作,在第三個班級先說明了上述問題,實驗終於流暢一些。




功能轉換分析:數據處理是進階工作,彈力位能的部分要說明一下。
彈力位能軟換成動能的效率頗低,有一半都低於50%的轉換率。


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