棉花球發射器

盡你所能施展最大能量,看看你的棉花球能彈多遠?

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核心概念​
  • 物理
  • 位能​
  • 動能​
  • 能量守恆​

  • 簡介

    你有沒有拉過橡皮筋並發射它?在這個有趣的活動中,我們來製造一個由橡皮筋驅動的棉花球發射器,並且應用這樣的能量。

  • 背景

    當您拉伸橡皮筋時,它會儲存彈性位能– 這就是當材料被拉伸、擠壓、彎曲或​​扭曲時,儲存在材料內部的能量。這與重力位能不同,重力位能是儲存在離開地面的物體中。這兩種位能都可以轉化成動能—運動的能量。所有正在運動的物體都有動能,而靜止的則沒有。當能量在不同形式之間轉換時,能量的總量保持不變。換句話說,能量是守恆的。 (然而,一些能量也可能因摩擦而轉化為熱能—這也是一種能量形式。)


    在這項活動中,您將使用自製發射器來發射棉花球,並測量射出的距離,來探索位能和動能的守恆!
  • 實驗準備

    1. 準備好您的材料,放在一個乾淨、開闊的區域。​
    2. 用捲尺量出大約1公尺的距離,或是用一張紙標出30公分。把你的尺放在第一張紙前面,作為發射站。您認為您可以將棉花球發射多遠?​
    3. 用剪刀小心地將其中一根衛生紙軸縱向剪成兩半。​
    4. 稍微將捲筒向內捲使其變窄(大約是原始直徑的一半),然後用膠帶固定。​
    5. 使用剪刀或打洞器在這個窄管上打兩個孔。 (如果你用的是冰棒棍,就用剪刀剪出與冰棒棍形狀相同的較扁的孔。)兩個孔需彼此相對,距離紙管末端大約2公分,這樣你就可以把鉛筆或冰棒棍戳進並穿過紙管。
    6. 小心地將鉛筆或冰棒棍穿過兩孔。​
    7. 拿起第二根衛生紙管,在管子的一端剪出兩條縫,長約0.5公分,相距1.5公分。​
    8. 在管子的同一端,在剛剛剪出的兩條縫的相對位置,再剪兩條縫。​
    9. 取一根橡皮筋,小心地穿過一側的縫隙,使其懸掛在兩縫中間的紙板上。在狹縫上黏一條膠帶來固定。​
    10. 將另一根橡皮筋穿過管子另一側的狹縫。完成後,管子的兩側都應該各有一條橡皮筋。​
    11. ​立起紙管,使橡皮筋位於頂部,將較窄的管子套入較寬的管子,鉛筆那端在底部。​
    12. 小心地將兩條橡皮筋各繞在鉛筆的一端。​​
    13. 握住發射器,使鉛筆位於底部。然後在頂部放置一個棉花球,使其位於中間較窄的管子上。​
  • 步驟

    • 前往您的發射站,並站在尺的零點前面。現在您已經做好了您的發射器,您認為您的棉花球會飛多遠? ​
    • 稍微水平握住發射器(不要讓棉花球掉下來)。請您的夥伴將捲尺拉開放在您的發射器旁邊。​
    • 把鉛筆向後拉,使內管從發射器向後伸出約5公分。小心地瞄準你的棉花球(注意不要對著人)。​
    • 放開鉛筆,就能看著你的棉花球飛出去!
    • 用捲尺測量棉花球飛出去的距離。​
    • 重複前面的步驟,但每次將都發射器向後多拉2公分。觀察棉花球什麼時候飛的距離最短?它什麼時候飛得最遠?​
    • 延伸實驗 : 試試不同寬度的橡皮筋,看看哪個發射距離最遠!
       
  • 觀察與結果

    在這個活動中,您使用了兩種能量來裝載和發射棉花球。當您把鉛筆往回拉時,您正在為這個系統加載位能。您把鉛筆拉得越遠,所儲存的位能就越多。當您放開鉛筆時,位能轉變成了動能,棉花球就在空中飛了!

    您在發射器上施力,當您拉得越遠,您給系統添加的位能就越多(也就是儲存的能量越多)。當您發射棉花球時,能夠釋放的動能就越多。因此,您在發射器上拉得越長,棉花球就能飛得越遠。

  • 安全第一與成人監督

    • 請小心按照實驗說明進行操作。​
    • 每個實驗應有負責監護的成年人協助。
    • 儘管在家裡進行科學實驗是令人興奮的學習和實踐科學的方法,但必須注意,有些實驗可能要求參與者採取額外的安全措施,以及/或者會把地方弄得髒亂。
    • 成年人應負責或協助處理可能有危險的材料或尖銳物品。
    • 在進行實驗前,成年人應檢視實驗內容,並決定學童的年齡是否適合參與該項活動。​