力學演示實驗 牛頓擺(Collision Experiment) 大氣壓力 雙錐體(Double Cone) 隨意平衡(Roberval balance) 雙珠競走(Racing Ball) 羅馬拱橋(Roman Arch Kit) 雲霄飛車(Complete Roller Coaster) 墜落的咖啡杯 離心軌道 Complete Roller Coaster) 珠鍊噴泉 空氣砲彈 (Air Cannon) 平衡腳踏車 二維運動台車 (2-D Kinesthetics Cart) 平衡鳥(Balancing Birds)

牛頓擺 (Collision Experiment) 觀察 觀察彈性碰撞、非彈性碰撞的差異 演示能量轉換及動量守恆。 含有5顆鋼珠的牛頓擺，若將其中一顆鋼珠換成 不同質量的鋼珠，或將其中一顆改成材質不同的珠子(大小相近，但材質不同)。 觀察第一組牛頓擺珠子拉起放下後，位能動能的轉換以及動量守恆的情形。 珠子可拉起一顆、兩顆、三顆或四顆後放下。接著觀察第2組及第3組牛頓擺，是否也有相同的狀況？若沒有，為什麼？ 原理思考 什麼原因使第2, 3組牛頓擺擺動時間縮短？質量的影響為何？材質的影響為何？ 彈性、或非彈性碰撞與觀察到的現象有何關係？你可以用學到的碰撞公式解釋觀察的結果嗎？ 討論 假設，其中有一顆高度略低於其他四顆，這樣能量會守恆嗎？動量呢？為什麼？ 如果5顆都換成滑鼠的滾珠，如第三組被置換的球一般，碰撞的情形是否與第一組一樣？為什麼？

雙錐體 (Double Cone) 觀察 Demonstration: Ascending Cone-Defy gravity as our cone appears to roll upward. This visual demonstrator of the center of gravity consists of a wooden frame with diverging rails and a double-ended cone. The cone appears to roll upward; in actuality, it is the center of mass that is moving downward. 原理思考 (a) The center of mass of the cone is descending. (b) The motion may be described by the energy conservation law for the cone-Earth as follows: (1/2)mv² + (1/2)I ² + mgw = constant I = (3/5)mR² = rotational inertia of double cone with respect to symmetry axis Where m = mass (g), R = radius (cm), v = velocity (m/s2) and  = angular velocity (rad/s), w = instantaneous height of center of mass of double cone over zero level of potential energy. 討論 比較一般圓柱或輪子在斜面上的滾動與本實驗有何不同？ 雙錐錐角大、軌道開角大、軌道斜角小是向上滾的條件嗎？ 如果沒有摩擦力，結果會如何？ 雙錐爬到何處會停止？會再滾回來？ 若雙錐中的一錐為空心，一錐為實心，結果如何？ 如果雙錐以尖端部分相連結來做實驗，結果如何？ 延伸實驗：可以將兩個塑膠漏斗開口部分用膠帶黏住，以筷子做軌道架，在書本上做本實驗。

雙珠競走 (Racing Ball) 目的 展現運動物體的速度與加速度間的關係、向量分解。 觀察 初始速度相同的兩個球在具相同水平位置的起點和終點，但路徑不同的軌道上競走。其中一球不受加速度影響，另一球軌道於鉛直面上高度先下降後再上升。 將兩球放置在發射架上，以磁控開關使兩球的發射條件和初始的運動速率相同。將球發射，觀察哪一顆球先抵達終點。 原理思考/討論 兩球最終速度是否相同？ 較快抵達終點是否意味過程中獲得能量？ 這些能量從何而來？ 兩球的時間差與什麼條件相關？ 下降的球不論多深都回得來？ 加入球轉動的情形將會如何？ 加入摩擦力考慮，結果如何？

雲霄飛車實驗 (Complete Roller Coaster) 原理 直線與圓周軌道運動-能量守恆。 觀察 The Roller Coaster including the track and Mini Cars and some accessories allows the quantitative study of energy and motion. Typical Applications: 1.Conservation of Energy-Release the Mini Car and measure its velocity and height at several points along the track. Use these values to calculate total energy of the Mini Car. Frictional losses are less than 5%. 2.Constant Acceleration-Several straight inclined sections can be used to measure and demonstrate constantly accelerated motion. 3.Projectile Motion/Conservation of Energy -- Use the initial height of the Mini Car to determine its speed as it flies off the end of the track. Using this speed and height above the ground when it leaves the track, predict where the Mini Car will land. ‧將裝有一小重物的塑膠燒杯置放於滑車上，使滑車從含有圓形軌道的最左側軌道上滑落下，觀察滑車在整個軌道上的運動情形

離心軌道(Complete Roller Coaster) 原理 直線與圓周軌道運動-能量守恆。 觀察 使小鋼球從左側斜面軌道不同的高度處下滑，觀察鋼珠滑至右側圓周軌道時的運動情形。 是否能讓小鋼珠在圓周軌道繞一整圈，而不會從軌道的頂端掉下？ 什麼情況下，才能使小鋼珠不會從圓周軌道中脫離？ 大小不同的球是否會有差異? 原理思考/討論

空氣砲彈 (Air Cannon) 空氣槍 (Airzooka Air Gun) 將膜往後拉後放開-一空氣衝擊波即射向您的目標。 不須電池或電， Airzooka使用彈性空氣發射裝置。由於它射擊空氣，您不會用盡彈藥! 空氣槍 (Airzooka Air Gun) 音效 速度控制 5.發射板機 4.蒸氣控制桿 (注入蒸氣室) 3.power 壓桿 2.蒸氣液體室 6.空槽 1.電池室 喇叭 蒸氣室 For best result: push “power level” lightly until the blue light just goes on. Hold for 6 to 9 seconds (this gives the vapor generator time to heat up) then firmly depress the “vapor lever”

二維運動車 (2-D Kinesthetics Cart) Cart Diameter: 76 cm With this circular, 6-wheeled cart, students can “feel” the forces and accelerations that occur during twodimensional motion such as circular and trajectory motion. Do not stand

平衡鳥 (Balancing Birds) And…Try as many ways as you can! Balancing bird is a colorful bird curiously balances on its small pointed beak.  The masses of the balancing birds are strategically distributed on their wings so that the masses of the wings equal to the masses of their tails and bodies. The even distribution of mass at their beaks makes the beaks the center of masses. The birds will balance and rotate on any solid object until its torque restores it to its stationary position. Put the balancing bird‘s beak on the tip of your finger. Move your hand up and down; you’ll have a vision of a flying hawk. And…Try as many ways as you can! 簡介：外型似如展翅飛翔的平衡鳥是一個可用以探討質量中心和闡釋對稱力矩能維持物體隨意平衡 的最佳演示品。 演示方法：只需以平衡鳥尖尖的鳥喙(鳥嘴)作為支撐點，就能使之隨意且輕地頂力在任何地方，即 使是一個小尖點上。如圖所示。 物理原理：原因是平衡鳥的兩翼翅膀的質量被設計地和她其他的身體部分及尾巴的總質量一樣重。 所以如此將質量平均分配的結果，讓整支平衡鳥的重心成立在它的鳥喙。它可以在一個 固定的物體上旋轉且維持平衡，直到回到原來的平衡狀態。 如何玩？ 將平衡鳥的鳥喙放置在指尖上或任何地方，試試看你可以找到多少種玩法！

大氣壓力 149 一般女生指甲面積大小約，，如圖一所示。在一大氣壓 的環境中，此面積大小所承受的空氣重量就約有1公斤 重！ 圖二為典型馬德堡半球的應用。若將吸盤與桌面或吸 盤與吸盤之間的空氣擠出，使其類似兩馬德堡半球間是 真空狀態後，便可清楚地顯示氣壓的存在。 若圖二圓盤之半徑為r，我們需要用多大的力氣，才能 將圓盤拔起呢！？ 149 圖三 http://www.lh604.net/f211madbo.htm F

隨意平衡 (Roberval balance) 原理:含有六個活動支點的矩形框架，在左右兩邊固定兩支等長的横臂。框架中央的兩個支點架在地上直立的支撐桿上，利用力矩平衡的原理使其框架維持平衡。 做法: 兩邊等長的横臂上可隨意放置等重的法碼。 長式調整任一邊的法碼相對位置，觀察框架形狀是否有改變? 在任一橫臂上多加一枚砝碼，觀察框架形狀是否有變? 想一想: 所有重力和結構合力作用在哪個位置? 參考的支點是哪一點? 參考資料: University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility http://demo.phy.tw/experiments/dynamics/platform-balance

羅馬拱橋(Roman Arch Kit) 原理： 拱橋中央弧形，楔形石彼此接合的部分能夠彼此向外擠壓，是由於拱橋兩邊的石牆所提供的力。羅馬拱橋最常用的建造方法就是用厚重的橋墩，用來確保拱橋的水平力平衡。如果拱橋的兩邊會受外力移動，那麼楔形石彼此接合部分就壓力就會鬆散，拱橋很容易就會倒塌。所以拱橋實際上靠的是楔形石彼此的擠壓力量跟摩擦力的支撐。 羅馬拱橋DIY： 看看能用生活中的何種物品來搭建拱橋？ 參考網站： http://www.twghkywc.edu.hk/~cyp/tf/bridges/arch/arch.htm http://photos22.flickr.com/28741915_14eeef566f_o.jpg http://llandeilo.org/bge_stonearch.php http://web.ticino.com/multilingual/personal_info.htm

墜落的咖啡杯 原理： DIY： 參考網站：

珠鍊噴泉 原理： DIY： 參考網站：

平衡腳踏車 原理： DIY： 參考網站：