教育 物理

  • 科學史與實驗的結合:重現湯姆森「發現」電子的過程

    相對於力學而言,同學往往會覺得電磁學比較抽象與複雜。然而,看似錯綜複雜的電磁學,歸根結底,其實只有四個基本「定律」而已:電場的高斯定律、磁場的高斯定律、安培定律,與法拉第定律。

  • 『觀念物理』: 冷次效應

    提到「冷次定律」,許多人可能都認識,但是,對於冷次定律的意義與用法,或許存有許多似是而非的誤解。諸如:「冷次定律」與「法拉第定律」的關係為何?「冷次定律」所謂的“抵抗”,所指的究竟為何?透過常見的「磁煞」(magnetic damping)現象,讓我們深入探討「冷次定律」的究竟。

  • 你知道亞得里亞海岸旁的「海風琴」嗎?

    樂音與噪音的差別在哪裏?從心理層面來看,也許可以簡單又直接地說成:只要是會讓人心情愉悅的就是樂音,而讓人覺得不舒服的就是噪音。震耳欲聾的搖滾樂,就是一例。但若從物理層面來看,就是另外一番光景了

  • 「知己知彼」的教學設計:以拋體運動為例

    如果我們暫不深究教育心理學的術語與學術上的細節,奧蘇貝爾的這段話,其實和孫子兵法裡的「知己知彼」,可謂異曲同工。我從「知己」開始,介紹一下紐西蘭課程裡的牛頓力學內容,之後再分享一些物理教育研究上的成果,亦即「知彼」的部分,最後以我自己的一個教學活動作為總結。

  • 懸浮酒瓶之平衡

    如何透過一個簡單的斜板,讓酒瓶懸浮在空中呢?透過「平衡」的物理概念,加上細心的微調,可以讓酒瓶穩穩地立在空中。透過以下的問題,讓我們來探討其中的物理概念,包含:力平衡、力圖分析 (力的來源)、重心…等。

  • 杜卜勒效應

    歐依~歐依~救護車就在附近,我的車需要讓路嗎?多虧「杜卜勒效應」,我們可透過警笛音調的高低,快速判斷救護車正在接近或遠離我們。但是,「杜卜勒效應」所包含的概念,可能不僅透過經驗就能掌握。透過以下10題,讓我們一探究竟。

  • 彈力與正向力

    藉由本單元,讓我們一起探討「彈力」與「正向力」這兩種常見但又很難理解的力之性質與功能,包含「力」的來源、大小、方向、效果、及使用限制…等。

  • 慣性與摩擦 (II)

    延續上一單元,讓我們繼續探討「慣性」、「平衡」、「摩擦力」、與「牛頓三大運動定律」的重要概念意義,及彼此的來龍去脈。

  • 慣性與摩擦 (I)

    讀過物理的人,都能琅琅上口的「慣性」與「慣性定律」,究竟是什麼意思呢?「慣性」是一種作用?一種狀態?還是一個物理量?適用的例子又有哪些?為了要釐清其中的來龍去脈,還需對「摩擦力」有所了解。本專欄將透過連續兩單元的實例測試與剖析,讓我們好好地一探「慣性」與「摩擦」的究竟。

  • 『觀念物理』:「螺旋甩球」認識「角動量」

    「角動量」在力學中,屬於較抽象且複雜的概念,學生往往難以掌握此術語的意義,以及「角動量守恆」的適用條件。「螺旋甩球」與「旋轉盤」常常被教科書中引用於「角動量」的單元,本單元則將情境再做修編與延伸,以挑戰大家對於「角動量」及 相關概念的理解。

  • 「牛頓擺」&「完全非彈性擺」

    透過有趣的「牛頓擺」(彈性球)與「完全非彈性擺」,本單元將釐清 「動量守恆」 與 「動能守恆」 的概念與區別。

  • 從平移到轉動

    運動可分為「平移」與「轉動」兩種,而現行課程多半將兩種「力學」分別討論,很少有機會做兩者間的比較與整合。本單元提供兩個看似相似的情境,透過以下問題,讓我們釐清「力學原理」在平移與轉動現象中,彼此間的關聯,包含:「F = ma與τ= Iα、「動量vs.角動量」、「平移動能vs. 轉動動能」…等。

  • 『觀念物理』:「射鏢槍」統整力學原理

    「力學」原理包含了1)運動學、2)力圖分析、3)能量守恆、4)動量守恆,共四項。面對力學問題時,往往需先從選擇適當的原理開始,才能順利得到解答。本單元透過「射鏢槍」主題,設計出不同情境的問題,協助學生比較「力學」中各項原理的差異,並熟悉彼此的連結。

  • 白努力定理的誤解與錯誤應用

    在許多與流體相關的現象與物理演示中,最常被使用來解釋的定理就是白努力定理;常見的(演示)實例包含:「乒乓球的漂浮」、「變化球」、「紙片相吸」、及「飛機飛行」…但有許多的研究文獻已經指出這演示實例採用「白努力定理」的不當之處。這樣的錯誤說明充斥在教科書與許多網路資料中

  • F = ma 之概念推理與盲點

    本項「觀念物理」單元,引用了一項在一般實驗器材店都可購得的教具(如圖1)。此一軌道教具通常用於演示「力學能守恆」,但若拿來設計「牛頓定律」的觀念試題,包含「力圖分析」、「力」、與「加速度」,更可包裝出許多挑戰性的觀念題。

  • 驗電器

    國中理化講到電學的時候,會先介紹靜電、驗電器。高中課程的靜電學從庫侖靜電力開始,雖然不講驗電器了,但是還是可以利用驗電器先複習一下靜電的性質。一般驗電器的製作都會使用金箔、鋁箔等,金箔不太容易取得,也找到比較薄的鋁箔也要花點功夫。在此介紹利用廚房用的鋁箔即可製作驗電器的一種方法。

  • 兩波源的干涉

    高三課程講到波動時,有水波的兩個點波源發出的波的干涉,在黑板上要畫許多同心圓,再畫出節線、腹線,但沒有用波的形狀來講解。在此利用簡單的東西可以以波的形式解說,也可用在雙狹縫干涉的講解。

  • 折射與全反射

    最近高三課程上到折射現象、全反射,想起在網路上及北京清華大學演示教學資料中有個有趣的實驗。將濃鹽水(有人用糖水)與清水分別裝入魚缸內,以雷射筆的光束可以演示折射、全反射等現象。雖然可以演示全反射現象的實驗很多,這個演示因為食鹽水會逐漸擴散,可以看到折射率漸進的變化,而且每天都有點不同。

  • 假想力

    在教學過程中講到假想力的時候,常常是用電梯上升下降時所感受的體重增加減少,或者是繞著地球運轉的太空梭裡的太空人來說明,但都僅限敘述。比較少可以用簡單的方式在課堂中真實的觀察,這次來做個簡單的教具,可以實際演示給學生看。

  • 力矩平衡與重心

    幾年前在中央大學假日科學廣場的活動中,看到一位老師利用簡單的材料以魔術手法表演了力矩平衡與重心的演示,回到學校練習幾次後在課堂上使用,效果不錯,在此介紹給大家。

  • 水平拋射與自由落體

    十幾年前參加物理教學及示範研討會,開始接觸教具製作,十年前負責高中物理學科中心業務,以推廣演示教學為重點工作。陸續接觸到很多教具的開發、製作,也收集了很多教具。但是有許多的教具製作困難,需要很好的工藝技術及經驗,而且做好後需要很多空間收藏。要推廣有點困難,老師們上課使用的機會也不多。因此開始找一些隨手可用的材料製作教具,這些教具使用過後如果不保存起來,下次要用時還可以很快的再做一個。這樣就可以方便的運用在教學上了。

  • 液體的熱對流

    此教學內容適用於國小「熱」的相關單元之教學。

  • 自製彈簧秤

    此教學內容適用於國小高年級「力」的相關單元之教學。

  • 「連通管」原理

    此教學內容適用於國小中年級「連通管」的相關單元之教學。

  • 磁鐵磁極檢測—磁鐵指南針、電磁鞦韆與直流馬達

    學習磁鐵磁極檢測與電磁鞦韆有關科學原理

  • 水壓力握力器與浮沉子救生員

    本期「水壓力握力器與浮沉子救生員」科學實作的編寫架構與前兩期不同,以STEP BY STEP逐步的歷程相互融合在科學實作的學習過程。

  • 3D虛擬影像觀測箱與看聲音在跳舞

    「3D虛擬影像觀測箱」,這是一個利用光的反射與折射定律而形成的一個3D視覺虛擬環境;在「看聲音在跳舞」實驗裡,筆者透過雷射光的振動來觀察聲波。

  • 振動鐵線蟲vs. 振動刷毛蟲

    國小學生若是能從認識這些現象開始,思考各種現象間的關係後,再經過與老師間的提問討論、最後再由老師講解,學生就能建立科學實作操作與產生現象間的關聯性。

  • 固定式電磁跳動線圈與浮接式電磁振盪線圈

    認識電磁力或磁極交互作用、電流磁效應、安培右手定則等科學知識,並比較與僅由科學知識教學學習這些科學知識學生的差異!

  • 水振動波紋觀測器與橡皮筋振動波形觀測器

    本期科學實作作品介紹水振動波紋觀測器與橡皮筋振動波形觀測器,這兩項作品與前期介紹的振動刷毛蟲與振動鐵線蟲都是利用重心變化作用,只是在不同材料及環境產生不同現象,這也是科學實作的一種創意變化,提供給讀者另一種學習參考!