高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 物理體驗！動手做做 思考  動手 破解 小問題 街頭物理-科學魔術 ㄚ達博士周建和 高雄師大物理系 Adept-Lab 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 綱 大 街頭物理介紹 吸管電梯哪裡走 大肚杯吃迴紋針 玩玩具 體驗科學探究 啄木鳥、跳豆精靈 魔術與科學探究 魔戒魔繩四部曲 印地安人天然鞋 吸管吹箭吹過牆 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

“Street Physics ” A Fun Physics Activity in the Park 街頭物理 “Street Physics ” A Fun Physics Activity in the Park A junior student Interacts with spectators A sophomore watching the activities 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept One kind of informal learning in “Street Physics” Designing a hands-on unit Designing the activities Implementing the activities How to Interaction with participants Photo-communication engineering students Biology students Chemistry students 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 彈簧掉下來？ 吸管哪裡走？ 街頭物理 猜？猜？猜？ 敲鋁管按哪裡？ 創意是嚴肅和遊戲之間的辨證， 政治大學傳播學院鍾蔚文教授 解釋結果 迴紋針吃幾支？ 實驗觀察 先猜答案 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept HOT-POE 街頭物理猜猜猜  體驗科學探究（彈簧） Hot-POE 教學策略 Hands-on toward POE 預測 (Prediction) 觀察 (Observation) 解釋 (Explanation) 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 陣亡了的酷刑，刺破氣球 Bon! Whenever giving a wrong answer. 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept ？ 吸管哪裡走？ Part I 、 Part II、 Part III 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 吸管往哪裡走？ Part I 吸管都塞住一端 粗吸管裝滿水 放入細吸管 倒立、放手 請注意細吸管 塞端 朝下 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

街頭物理ABC：吸管篇Part I 請問放手後， 細吸管往哪裡走？ Ｂ、不動？ C、上升？ 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 吸管往哪裡走？ Part II 吸管都塞住一端 粗吸管裝滿水 放入細吸管 倒立、放手 請注意細吸管 塞端 朝上 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

街頭物理ABC：吸管篇Part II 請問放手後， 細吸管往哪裡走？ Ｂ、不動？ C、上升？ 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 吸管往哪裡走？Part III 粗吸管塞住一端 粗吸管裝滿水 放入細吸管 倒立、放手 請注意這次 細吸管 沒有 塞 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

街頭物理ABC：吸管篇Part III 請問放手後， 細吸管往哪裡走？ Ｂ、不動？ C、上升？ 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

How many clips could be drop into the water in the small cup? Bet at paper clips How many clips could be drop into the water in the small cup? 街頭物理猜猜猜-迴紋針吃幾支？ . You must judgment to for this problem. How can we tell how many clips in? You will discover many interesting things. 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept Let’s have a Hands-On activity Question: How many paper clips could be put into the small cup full with water before overflowing ？ Take a guess, then we’ll do it, finally, we’ll see the results. 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept Can someone help me please Put the clips into water gently, and count the number of clips until the glass overflowing, then tell us your result later. 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 如何預估迴紋針數? 迴紋針數與能突出管口面的水體積大小有關 突出水體體積有多大? 如何得知? 迴紋針體積有多大? 如何得知? 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 測突出水體體積 方法1 量測出每一支迴紋針的體積，再實際操作逐一丟入迴紋針…計數後得知。 方法2 將容器在靠近底部鑽孔，使用注射器由此將水注入，量取注入前後注射筒的質量差，再轉換成水體體積。 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 影響突出部份水體體積因素 表面張力大小 溫度 容器器壁材質 容器器壁厚薄 水質 擲入物品材質 其他 表面張力與接觸角 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 表面張力 一.成因 當液體表面分子或原子失去鍵結時，其能量上升。所以失去的鍵結數愈少，分子(原子)的能量就愈低，能量愈低分子就愈穩定。表面張力形成是為了使物質表面積最小化（代表失去鍵結數最少化），而能使物質保持較為穩定狀態，例如水的表面張力為 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 三.表面張力形成示意圖： 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 接觸角與表面張力 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 表面張力的量測方法 掛環法： 用一個初始浸在液體內的環從液體中拉出一個液體膜同時測量提高環的高度時所需要施加的力 威廉米平板法： 旋轉滴法： 懸滴法： 最大氣泡法： 滴體積法： 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 管徑與突出液體體積形狀關係 當管徑在某臨界值以下時，重力對液體的影響遠小於表面張力的作用，故液滴容易呈現（近似）圓形 當管徑在某臨界值以上時，重力對液體的影響遠大於表面張力的作用，故液滴容易呈現（近似）扁平圓盤形狀 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 管徑與突出液體形狀 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 管徑與迴紋針數 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 管壁厚薄與迴紋針數 經實驗操作紀錄後發現： 迴紋針數僅與容器口外徑大小有關，而內徑大小則不影響。此結果可以使我們做合理推斷出：容器管壁厚薄與迴紋針數無關 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 假設模型 假設使用管徑在臨界值以上即突出液體之液形呈現扁平圓盤狀 側向平均液壓P＝ρgh 液壓作用有效面積A＝πdh 表面張力γ 則液體向外側作用總力F＝P×A 液面破裂臨界值為： 管口處液體向外總力＝表面張力總和，即 (ρgh/2)×πdh＝γ×πd h＝（2γ/ρg）1/2≒0.38㎝ h d 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 計算突出水體體積 突出部份： h h πd/2 可以理想將其視為 h d ＋ 推估突出水體體積： V＝(d/2)2×3.1416×h＋(h/2)2 ×3.1416 2 ×d/2 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 大肚背不同管徑下容納最多迴紋針數 實驗與理論推算值比較 管徑 1.826 2.214 2.612 3.412 4.802 5.960 7.540 10.004 實驗迴紋針數 21 33 48 78 128 210 388 598 推算迴紋針數 24 45 73 138 207 325 562 與實驗值比較 ＋3 ＋0 －3 －8 ＋10 －63 －36 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 大肚杯所能應與管徑大小有直接關係 (＜10㎝，管徑不大時) 容納之迴紋針數≒5.37364×d2＋3.2075×d 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 動手做在演算例題中 建立理論模型 抽紙巾 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 鋼球質量為 m1 金屬板質量為 m2、長度為 2L， 球心距離桌子邊緣為 d。 設動摩擦係數都是 u 平行桌面的力量 F 拉動金屬板， 成功抽出金屬板的同時，使鋼球不會跟著掉落桌下也就是過程中，鋼球移動至少不得超過d。 請問至少要用多少力？ 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 抓住問題核心，根據力學定律 建構理論模型 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 抓住問題核心，根據力學定律 建構理論模型 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 循序推導 分析並解釋 結果 若抽出時間t球心滑動距離x ，金屬板需滑動L+x， 如果x超過d 則鋼球掉落桌下。 代入等加速度運動公式： x=(1/2) a1t2、L+x=(1/2) a2t2， 帶回運動方程式，力量F為 F=um1g+u (m1+m2) g+ um2 g﹝(L+x)/x﹞ 當x=d 時 F 為成功抽出金屬板的最小力量。 從另一個角度看，越大的F會使得鋼球滑動距離x越小， 鋼球的慣性就越突顯。 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 玩玩具  體驗科學探究 分析系統 做假設 沉迷科學探究的開始 從 另一個動手做 找出 假設的驗證 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 描述落下時動作（啄木鳥） 腳座 做成啄木鳥沿木竿直下，一邊扭一邊啄 … 玩具的科學探究（啄木鳥） 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 由哪幾部分組成？（啄木鳥） 頂蓋 其中 哪些是主角？ 哪些是配角？ 各有甚麼功能？ 滑桿 鳥體 套筒 彈簧 底座 玩具的科學探究（啄木鳥） 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 相比下，哪一項影響較大（啄木鳥） A、B、C 請選一項 用拉直繩子替代滑桿。 用一段木條替代彈簧。 用一片紙片替代鳥體。 滑桿 鳥體 套筒 彈簧 玩具的科學探究（啄木鳥） 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

衣夾上有夾上重物前後有何不同？（啄木鳥） 動手做一做：衣夾啄木鳥 1. 將一條棉線穿過衣夾 尾端的洞。 2. 將線拉直，觀察衣夾 會如何掉落。 3. 用衣夾夾住重物(墊圈) ，再次觀察。 玩具的科學探究（啄木鳥） 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 相比下，哪一項影響較大（啄木鳥） 妳現在認為哪一項？ 用拉直繩子替代滑桿。 用一段木條替代彈簧。 用一片紙片替代鳥體。 滑桿 鳥體 套筒 彈簧 玩具的科學探究（啄木鳥） 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 點頭次數最多，掉下時間最長 的啄木鳥 動手做一做：啄木鳥DIY 1.取電線 (鐵絲) 前段做造型當作鳥體。 2.另一端繞成3圈螺線形當作套筒套入滑桿。 3.調整套筒型狀與重心偏移位置控制落下速度。 玩具的科學探究（啄木鳥） 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

Jumping Beans some Low Cost Hands-On Concepts of Sci. C.M. Equilibrium momentum 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 玩具的科學探究（跳豆）

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 魔術與科學 選取具有科學內涵魔術， 利用簡易器材進行活動。 觀察分析現象  確立問題，提出假設  推論，或實驗驗證  形成結論，推廣應用 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 探究的美麗果實

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 魔術與科學 破解魔術秘密。 由僥倖轉為精熟穩定， 因為了解而變化多端， 專業的魔術秀。 另外科學魔術作為挑戰和練習， 當場嘗試探索與破解， 體驗到科學探究的技能。 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 探究的美麗果實

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 玩弄魔術  體驗科學探究 （魔戒） 探究的果實 讓你的魔術操作 從 僥倖成功 變為 操弄自如、變化多端 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 科學探究過程 觀 察 發現問題 產生新問題 應用推廣 提出假設 形成結論 理論推導 或實驗驗證 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 玩弄魔術  體驗科學探究 （魔戒） 魔戒居然自動打結套住。 解開其中的奧秘，成為科學魔術高手？ What？ 看 How？ 做 Why？ 想 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 四 部 曲 戒 魔 玩弄魔術  體驗科學探究 左醉拳 (微笑拳、優雅指、彎腰駝背) 右醉拳 (左醉拳、 ) 不握拳 (左醉拳、右醉拳、 ) 釣勾式 (放、 )   右   轉  瞬間 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 探究與魔術（魔戒） One More Question 到底轉了幾圈 ? 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 玩弄魔術  體驗科學探究 （魔戒） 探究的果實 讓你的魔術操作 從 僥倖成功 變為 操弄自如、變化多端 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 玩弄魔術  體驗科學探究 （魔戒） 魔戒居然自動打結套住。 解開其中的奧秘，成為科學魔術高手？ What？ 看 How？ 做 Why？ 想 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 四 部 曲 魔 戒 玩弄魔術  體驗科學探究 左醉拳 (微笑拳、優雅指、彎腰駝背) 右醉拳 (左醉拳、 ) 不握拳 (左醉拳、右醉拳、 ) 釣勾式 (放、 )   右   轉  瞬間 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 探究與魔術（魔戒） One More Question 到底轉了幾圈 ? 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 生活取材  尖端科技清輕鬆感覺 生活中體驗高科技 （碎形拼圖） 從 青花菜、過貓 聯結到 土星呼拉圈 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 生活中體驗高科技 一段小故事 印地安人的天然鞋與固特異輪胎 體驗自然美 液體或固體、輕功水上飛 從 蚵仔煎、刷油漆 聯結到 噴墨印表機 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept Liquid or solid? Non-Newton Fluid: The magical experience of corn( or potato) starch 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept Liquid or solid? Non-Newton Fluid, The magical experience of corn starch 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 200年前，人類知道原子的結合主宰化學反應， 最近幾十年，才對大分子的了解與合成， 高分子龐大結構複雜，性質不。 最近，合成聚合物， 天然聚合物古早就在身邊了。 印地安人腳沾樹脂，穿天然的鞋子。 一雙穿一天就會壞掉的鞋子， 1844年固特異發明性質良好的橡膠。 加硫取代空氣中的氧的角色， 聚合物從此就深入我們生活的週遭。 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 塑膠、高分子、樹酯、聚合物 不沾鍋、人工鮭魚卵、水果網袋、胸罩、 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 日常生活不可或缺的各種塑膠 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 保護各種 物品的塑膠 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 改變世界的神奇塑膠 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 快箭總教練 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept

高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept 運用物理定律體驗科學探究（慣性托球） 第 1次： 米 第 2次： 米 第 3次： 米 第 4次： 米 第 5次： 米 最遠射程距離 改良的策略 塞住吹箭口 增大吹氣量 增大氣流速 改變角度 後仰前擺身 增長吹管 減輕吹箭 增加尾翼 ………… 依據的定律 慣性定律 運動定律 反作用定律 高雄師大物理系Adept-Lab www.phy.nknu.edu.tw/~adept