國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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投石器

看過古代的戰爭片嗎?攻城的士兵利用投石器將一顆顆巨大的石頭拋向高聳的城堡。除了要拋得高,還要拋得遠。我們以曬衣夾來做一個簡易的拋射器,比比看誰能將球拋的最遠或最準。

操作步驟與現象

準備器材:大型曬衣夾、膠帶、塑膠湯匙、乒乓球、圓板凳一張(僅做固定用)

1.先將塑膠湯匙握柄的一端以膠帶固定於曬衣夾,再將曬衣夾以膠帶固定於傾放的椅腳上。(如下圖)

2.調整椅子的角度,可以修正乒乓球彈出去的仰角。因為曬衣夾的彈力是固定的,調整湯匙彈射的角度即可改變乒乓球彈射的距離。

3.將乒乓球置於湯匙上,按壓曬衣夾,將球彈出。

4.若想改變曬衣夾彈出的力道,可以控制曬衣夾打開的程度,如此也可以控制彈力。

5.改變湯匙的長度(即,改變抗力臂的長短)亦可以改變乒乓球彈出的力道。

原理

此投石器所利用的科學原理包含

1.槓桿原理:「施力點」壓下去的地方,「支點」就像翹翹板中間支撐地板處,也就是曬衣夾中間鐵絲,「力臂」即施力點和支點的距離,「抗力點」投石器放乒乓球的地方

第三類槓桿,即施力點在中間的第一種槓桿。投射桿(抗力臂)越長,彈丸越輕,射得越遠。

2.能量守恆:彈力位能轉化為動能,使乒乓球彈射出去。並分為垂直動能與水平動能。垂直動能使乒乓球彈到高位置,得到位能;水平動能使乒乓球獲得水平方向的初速度,決定彈射的距離。

叮嚀的話

透過製作投石器,引導小朋友觀察槓桿原理當中的施力點、支點、抗力點之間的相互關係。

玩這簡易投石器時,按壓的力道及曬衣夾傾斜的角度都會影響射程及高度,利用此投石器探討拋擲物體時,重力對被拋體的影響。當被拋體以拋物線的方式被拋出時,可探討在相同的力道下,何種角度可拋的最遠?何種角度可拋的最高?

為了增加趣味性,還可以製作九宮格,寫上1-9的數字,再來就可以進行投擲大賽,看誰得分最高,投得最準。