中华民国第49届中小学科学展览会作品说明书41091

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1、中華民國第49屆中小學科學展覽會作品說明書國小組物理科第三名080114背叛地心引力~尋找球往上滾的秘密學校名稱：臺北縣板橋市江翠國民小學作者：指導老師：小六汪祐毅張萬居小六石宇宸葉麗香小六張維恩小六程明輝關鍵詞：球往上滾、重心、地心引力摘要摘要摘要本實驗的目的在尋找球往上滾的秘密，到底球為什麼能由低的地方往上滾？剛開始我們先利用木桿當軌道，分別改變軌道的形狀、粗細、材質、表面摩擦力，來找出讓球往上滾最容易成功的軌道；接著，我們試了各式各樣的球，並且探討了球的大小、重量、重量分布及重心位置對球往上滾的影響,最後找出了球往上滾最容易成功的器材條

2、件及人為條件，並建議可應用到教學、益智遊戲，或訓練手眼協調及復健之用。壹壹壹、壹、、、研究動機研究動機研究動機研究動機記得去年暑假時參加學校的科學營，其中有一個科學遊戲叫做「球往上滾」，老師將兩根木桿放在墊高的書本上當做斜面，乒乓球放在木桿較低的一端，結果球竟然可以由下往上滾，當時我就很好奇，於是就和大家提議做了這個實驗。在六年級上課的時候，老師也說過任何物體都會受到地心引力的吸引而往下掉，但是會不會有例外的時候呢？為了解答這個問題，於是在老師的指導下，經過了不斷的設計、實驗、修正、再實驗，我們終於完成了這個「背叛地心引力」的任務。貳貳貳、貳

3、、、、研究研究目的研究目的目的目的一、探討不同條件的軌道對球往上滾的影響二、探討不同條件的球在斜坡上的滾動情況三、尋找球往上滾容易成功的秘密參參參、參、、、研究研究設備及研究設備及設備及器材設備及器材器材器材可調角度式木板平台、各種形狀、粗細木桿(90cm)、圓形塑膠桿(90cm)、圓形鐵桿(90cm)、爽身粉、潤滑油、書面紙、白膠、砂、乒乓球、硬塑膠球、保利龍球、籃球、輪軸裝置、自製的大型量角器、數位相機、塑膠環。1肆肆肆、肆、、、研究過程及研究過程及結果研究過程及結果結果結果◎球往上滾的原理分析球往上滾的原理分析首先，製作可調角度式的木板

4、平台，取兩根圓桿(90cm)當作軌道，然後將保利龍球置於軌道的最低處(如圖0-1，圖0-2)，慢慢張開兩根圓桿，在球還沒掉落到桌面時，迅速將圓桿收合，則球會從軌道的最低處，滾到最高處。斜坡軌道角角圖0-1球往上滾實驗裝置(俯視圖)圖0-2球往上滾實驗裝置(側面圖)當球在最低處時，從側面拍攝「當圓桿還未張開時」的球與圓桿的接觸點(如圖0-3)，另外拍攝「當圓桿剛張開時」之球與圓桿的接觸點，做為比較(如圖0-4)。整個球往上滾的過程可分成兩個階段，第一階段，在圖0-4可以發現，當圓桿剛張開的時候，球與桿的接觸點往左移動，此時球的重心垂直線就超過了

5、接觸點，於是受地心引力的影響，產生了一個轉動的力矩，球開始滾動。重重心心垂垂直直線線接接觸觸點點圖0-3當圓桿還未張開時圖0-4當圓桿剛張開時第二階段，操作者收合圓桿，球被往上夾擠，側邊的力量形成了一個上升力量，而球本來就在滾動狀態，於是靠著慣性繼續往上滾動到頂端。2◎球球球球重心重心重心的重心的的的連連續軌跡續軌跡(照片合成圖照片合成圖)第第第二二二階階階段段段第一階段第七張第六張照片第五張照片第一張第四張照片照片第二張第三張照片照片照片◎研究問題一：不同的軌道形狀對球往上滾的影響(一)做法：1、收集各種形狀，直徑大小相近的木桿，如圓形(直

6、徑9mm)、三角形、正方形、長方形(如圖1-1)。2、先將兩根木桿當作軌道，兩桿間距為1.5cm，將保利龍球(直徑6.8cm)置於軌道最低處，先張開兩根木桿使球滾動後，再收合木桿，過程中須使球不掉落在桌面上，並能繼續往上爬到碰觸軌道頂端才視為成功。軌道的斜坡角從2度開始，重複同樣的操作方式做25次，並將此成功的次數換算為成功百分率記錄在表格上。操作者圖1-1各種形狀的木桿圖1-2實驗操作示範3(二)實驗結果：成形圓形木桿三角形木桿正方形木桿長方形木桿功狀(直徑9mm)率斜度斜坡角2°100%100%100%100%斜坡角3°100%4%20%

7、20%斜坡角4°96%0%0%0%斜坡角5°0%0%0%0%100%80%圓形木桿60%三角形木桿40%正方形木桿長方形木桿20%0%斜坡角2°斜坡角3°斜坡角4°斜坡角5°(三)我們發現：1、當斜坡角越大，球往上滾的成功率會越來越小。2、不同形狀的木桿，以圓形的木桿可挑戰最陡的斜坡角(4°)，讓球成功的往上滾(成功率96%)；而長、正方形次之，三角形最差。◎研究問題二：不同的軌道粗細對球往上滾的影響(一)做法：1、根據研究問題一研究問題一研究問題一，得知不同軌道形狀的木桿以圓形研究問題一圓形圓形的為佳，故收集各種粗細的圓形圓形木桿，直徑分別

8、為21mm、15mm、9mm、6mm(如圖2-1)。2、將不同粗細的木桿當作軌道，實驗步驟如同研究問題一的做法2。圖2-1各種粗細的圓形圓形圓形木桿圓形4(二)實驗