实验游乐园力与美的平衡－－－－－－平衡鸟平衡鸟.PDF

No.1 學習單 實驗遊樂園實驗遊樂園 力與美的平衡力與美的平衡 －－－－平衡鳥平衡鳥 實驗遊樂園實驗遊樂園 力與美的平衡力與美的平衡 －－－－平衡鳥平衡鳥 蕭虹 一、一 、延伸導讀延伸導讀 一一 、、延伸導讀延伸導讀 《科學少年》實驗遊樂園 〈力與美的平衡－－平衡鳥〉 關鍵字 ：1.重心 2.穩定平衡 3.槓桿原理 （力平衡、力矩平衡） 玩具平衡鳥 紙型平衡鳥 黏土平衡鳥 童玩是伴隨著 我們小時候成長時的有趣遊戲 ，因童玩蘊含著科學原理 ，更結合許多 生活上的實際應用 。平衡鳥是童玩的其中一項 ，透過瞭解科學原理，再經由「體驗」與 「動手做」的主動參與 ，引發學生探討科學的興趣和學習科學的正向態度 。 平衡的要素平衡的要素 平衡的要素平衡的要素 平衡是一個基本的物理概念 ，平衡可分為「動態平衡 」和「靜態平衡」。當我們走 路時如何維持平衡 ？鳥在天空飛行要如何維持平衡 ？這是屬於「動態平衡」的狀況；「靜 態平衡 」主要是靜力達到平衡 （力平衡與力矩平衡），以「重心」的角度來看 ，重心越 低，越容易平衡 。重心的位置如果有支撐物（支點），系統較容易維持平衡 。 「平衡狀態」可分為下列三種 ：（如圖一） 1. 不穩定平衡 ：當物體的位置有任何改變時 ，其重心位置皆會降低 。（圖一中的甲球： 只要輕輕一推 ，球可能向左或向右掉落。） 2.穩定平衡 ：必須要做功才能提高物體的重心位置，而最終通常可會自動回到原始位 置。（圖一中的乙球 狀態就是穩定平衡 ；又例如推不倒翁時，推倒了 後它卻又能站起 來也是屬於穩定平衡。） 3.隨遇平衡 ：當物體的位置改變時，其重心位置既不會升高也不會降低。（圖一中的丙 球：放在地上的球滾動時 ，任何一點都能使 球的支點與重心重合而達到平衡 。） 1 圖一 三種平衡狀態的示意圖 No.1 學習單 平衡鳥平衡鳥原理原理 大解密大解密 平衡鳥平衡鳥原理原理 大解密大解密 平衡鳥之所以利用支點搖晃 不會倒下，而能保持 平衡 ，其關鍵就在於 ，靜態平衡其 「重心」位置設計在支撐點的正下方 ，且讓平衡鳥的外觀看起來 ，大部分的體積都在支 撐點的上方 。稍微推動一下平衡鳥 ，它的重心位置會升高，所以是處於第二種的 「穩定 平衡」的狀態 。 搖擺中的平衡鳥能維持 平衡 ，主要是應用 到「槓桿原理」。施力點 、支點和抗力點 三者之間取得槓桿轉動 平衡 。鳥喙前端是它的支點，重心在支點的 垂直延伸線上 ，翅膀 到支點之距離為力臂 ，當兩力臂等長 ，且左右兩邊等重時（重量分布在鳥之雙翼上，重 心下降），合力矩為零讓平衡鳥能維持平衡 。 二、二 、相關教材連結相關教材連結 二二 、、相關教材連結相關教材連結 利用日常生活中隨手可得的材料 ，設計製作簡易的實驗玩具 ，不僅可連結「力矩平 衡與重心 」等原理 ，更可寓教於樂，使學生於快樂中學習科學原理。 1.南一版 自然與生活科技三上 ： 3-3 力矩與轉動 3-4簡單機械 2.翰林版 自然與生活科技三上 ： 2-4 力的轉動效應- 力矩 2.翰林版 自然與生活科技三上 ： 3-5簡單機械 3.康軒版 自然與生活科技三上 ： 3-3槓桿原理與靜力平衡 3.康軒版 自然與生活科技三上 ： 3-4簡單機械 相關聯的主題內容 ： 1.重量就是物體所受到的重力 ，重力會使物體落下。