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※實作現象 |
將養樂多瓶裝滿米,用手掌壓住瓶口米粒,把筷子插入瓶子中,如圖1。握住筷子,即可把整瓶米跟著筷子一起提上來喔!如圖2。
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※原理: |
1.米粒和米粒間、米粒和筷子間及米粒和容器間都具有摩擦力。當米粒被壓得越紮實,則米粒、筷子及容器三者間的摩擦力就會越大,阻止彼此間的相對運動,使得插在容器中的筷子可以將整杯的米都提上來。 2.以米粒和筷子間的摩擦力為例,一個米粒就有一個摩擦力,如圖3。 3.米粒被壓得越紮實,則摩擦力就可能越大,阻止彼此間的相對運動。摩擦力=g1+g2+g3+…,如圖4。 4.當g1+g2+g3+…> G(米的重量),如圖5,就能將整杯米提起來了。
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※探究問題 |
本實作可進行的探究問題,建議如下: (一)、探究問題1:筷子插入的深度不同,對於能否成功提起瓶子有何影響? 假說:筷子插入的深度越深,則越容易提起瓶子。 理由:筷子插入的深度越深,與米粒接觸的總面積越大,摩擦力總和越大,所以越容易提起瓶子。 (二)、探究問題2:筷子的材質不同,對於能否成功提起瓶子有何影響? 假說:筷子的表面越粗糙,則越容易提起瓶子。 理由:筷子的表面越粗糙,與米粒的摩擦力越大,所以越容易提起瓶子。 (三)、探究問題3:填充物顆粒的大小不同,對於能否成功提起瓶子有何影響? 假說:內容物的顆粒越小,則越容易提起瓶子。 理由:內容物的顆粒越小,與筷子接觸的總面積越大,摩擦力總和越大, |
※實驗設計 |
器材:養樂多瓶、米粒、竹筷、尺、簽字筆、淺盤子 操作步驟 1.將養樂多瓶裝滿米,用手蓋住瓶口並輕敲桌面,使米粒紮實。如果米粒低於瓶口,再繼續加入米粒,反覆幾次,直到無法再加入米粒(如圖6)。 2.用手掌壓緊瓶口,把筷子從指縫間用力插入(如圖7)。
3.握住筷子上端,觀察是否能將整瓶米一起提上來。 注意事項: 1.實驗時,建議使用淺盤子墊在裝米的瓶子下面,以免萬一瓶子掉下來,米粒灑得滿地都是,清理很費時。 2.要成功的把整瓶米提起來,主要是要讓容器中的米紮實,增加摩擦力,因此插入竹筷前,要用手掌壓緊米粒(如圖7)。 3.市售免洗竹筷的粗細不一,建議選購圓柱形,直徑略大一點的竹筷。而竹筷有分頭尾兩端,以頭部(較粗)的一端插入米粒,成功率較佳。 4.筷子插入的角度也會影響成功率(斜插成功率較佳),實驗時必須統一垂直插入。 5.為了方便測量筷子插入的深度,可事先在筷子畫線做記號。 |
※實驗結果: |
以下三個探究問題的實驗,共同的控制變因為:瓶子大小(養樂多瓶)、筷子插入的角度(垂直)、筷子的粗細。 (一)、探究問題1:筷子插入的深度不同,對於能否成功提起瓶子有何影響? 操縱變因:筷子插入的深度(1、2、4cm) 應變變因:瓶子可否提起 控制變因:筷子的材質(竹筷)、顆粒的大小(米粒)
由實驗結果發現,筷子插入的深度大於2cm就可以成功提起瓶子,而筷子插入的深度1cm不可提起。因此筷子插入的深度越深,有助於成功提起瓶子。因此應接受研究假說:「筷子插入的深度越深,則越容易提起瓶子」。 (二)、探究問題2:筷子的材質不同,對於能否成功提起瓶子有何影響? 操縱變因:筷子的材質(竹筷、不鏽鋼筷)、插入的深度(2、3、4cm) 應變變因:瓶子可否提起 控制變因:筷子粗細、顆粒的大小(米粒)
由實驗結果發現,以竹筷子都可以成功提起瓶子,而不鏽鋼筷子插入的深度為2cm時,無法提起瓶子,3cm以上則可以提起瓶子,因此在2cm時竹筷子比不鏽鋼筷子的成功率更高。所以研究假說「筷子的表面越粗糙,則越容易提起瓶子」,只有在筷子插入特定深度的時候才能成立。 (三)、探究問題3:填充物顆粒的大小不同,對於能否成功提起瓶子有何影響? 操縱變因:顆粒的大小(小米、米粒、綠豆、黃豆)、插入的深度(2、3、4cm) 應變變因:瓶子可否提起
由實驗結果發現,如果瓶子裝顆粒最小的小米,無論竹筷或不鏽鋼筷,在所有深度都可以成功提起瓶子。而顆粒越大,二種筷子的成功率都有降低的現象。另一方面,只要筷子插入深度達4cm,不論筷子的種類或顆粒大小,都可以成功提起瓶子。 此外,實測裝滿不同顆粒的重量,發現米粒(99.3克重)>小米(96.3克重)>綠豆(95.4克重)> 黃豆(81.1克重)。顯示黃豆的重量最輕,但是成功率低於米粒與小米,因此可知顆粒大小的影響大於重量的影響。所以我們應接受研究假說「內容物的顆粒越小,則越容易提起瓶子」。 |
※參考資料 |
1.許良榮(2016)。一柱擎天。玩出創意:120個創新科學遊戲(2-3頁)。台北:五南圖書公司。 2.許良榮(2018):一柱擎天二部曲。玩出創意5:50個魔法科學實作(26-30頁)。台北:五南圖書公司。 |