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國三上理化⏱ 約 20 分鐘PhETEb-IV-8

1.2 位移與路徑長

任務簡報:跑步機上原地跑步時,儘管跑者移動的路徑長很長,但位移卻幾乎為零,這說明了位移與路徑長是不同的物理量。準備好了嗎?跟著步驟動手探究,一關一關破解它!

小欣老師
1讀故事情境先進入狀況
2動手玩實驗先看步驟再操作
3記錄與闖關填數據、答問題
4自我驗證最後回頭打勾⭐
1

情境引導

小惠同學
🧭 探險情境

跑步機上原地跑步時,儘管跑者移動的路徑長很長,但位移卻幾乎為零,這說明了位移與路徑長是不同的物理量。這一節,我們要透過模擬實驗,探究位移與路徑長的差異。

2

實驗工作站:PhET Interactive Simulations — Moving Man

先把 5 個步驟讀完,再動手做!

💻 電腦版:同一個框框裡,左邊讀步驟、右邊做實驗,實驗畫面會一直陪著你。📱 手機版:先讀步驟,往下就是實驗艙。

🧑‍🏫 操作指導語(請依序完成)

小欣老師
  1. 1

    進入模擬後,選擇「Intro」畫面,將人偶移動到起始位置(例如座標0公尺)。

  2. 2

    讓人偶向右移動到某個位置,記錄其位移(起點到終點的直線距離與方向)。

  3. 3

    讓人偶先向右移動一段距離,再向左移動回到原點,記錄整個過程的路徑長與位移。

  4. 4

    比較步驟2與步驟3中,位移與路徑長的數值是否相同。

  5. 5

    思考:如果人偶最後回到起點,位移會是多少?路徑長呢?

🧪 實驗艙(讀完左邊步驟,在這裡動手做):

phet.colorado.edu🔎 放大操作
實驗艙空白或卡卡的?點右上角「🔎 放大操作」在新分頁開啟,手機操作更順手。 (模擬介紹頁)
3

數據實驗室

小惠同學

把觀察到的結果填進格子;不知道怎麼填?按「填入範例」看看!

📏 小提示:不知道怎麼填?按「✨ 填入範例數據看看」,再改成你自己的觀察!

移動路徑描述位移(含方向)路徑長兩者是否相等
4

探究關卡

小欣老師

用你的觀察與數據回答問題。卡住了就按提示;先寫下想法(5 個字以上),才能解鎖參考答案喔!

探究 1觀察與定題

位移與路徑長的定義分別是什麼?兩者有何不同?

回到實驗艙或數據表,找找看:什麼現象讓你最意外、最好奇?
試著用「我觀察到……」開頭,再問一個「為什麼」或「跟什麼有關」的問題。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

位移是指物體位置改變的向量,只考慮起點與終點間的直線距離與方向;路徑長是物體實際經過路徑的總長度,為純量。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 2計劃與執行

使用模擬工具測試不同移動路徑,位移與路徑長何時會相等?何時不相等?

想一想:這個實驗中你改變了什麼?哪些條件保持不變?
照著操作步驟回顧你實際做了哪些動作,把觀察到的結果寫下來。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

當物體沿直線朝同一方向移動時,位移的大小會等於路徑長;當物體改變方向或折返移動時,位移的大小會小於路徑長。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 3分析與發現

如何運用座標系統(如數線)描述人偶的位置變化與位移?

看看你填的數據表:數字怎麼變化?有什麼規律或差異?
用「因為……所以……」把數據和背後的原因連起來。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

可以將人偶的位置對應到數線上的座標值,位移即為終點座標減去起點座標(帶有正負號表示方向)。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 4討論與傳達

生活中有哪些情境的位移與路徑長不同?請舉例說明。

想想看:生活中哪裡也看得到類似的現象或應用?
試著用這一課學到的科學詞彙,把想法說清楚給同學聽。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

例如繞操場跑一圈回到起點,位移為零但路徑長等於操場周長;在跑步機上原地跑步,位移接近零但路徑長可能很長。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

5

延伸挑戰(進階,選做)

還不過癮?點開下面的挑戰卡,繼續探險!

🚀 延伸挑戰:計算來回移動的位移與路徑長 ▶

使用 PhET「Moving Man」設計一個來回移動三次的路徑,計算最終的位移與總路徑長,並嘗試找出位移與路徑長何時會出現最大差距。

phet.colorado.edu · The Moving Man(經典版) 🔎 放大操作
這是經典版模擬,首次載入約需 10~20 秒,請耐心等候;如果空白或卡住,點「🔎 放大操作」在新分頁開啟。
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反思時光

最後幾題,沉澱一下今天學到的東西!

反思 1學習反思

這次實驗後,我對位移與路徑長的差異有什麼新的理解?

課本是文字和圖片,虛擬實驗多了什麼?(動手做?數據?變化?)
寫下最真實的想法就可以,反思沒有標準答案。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

描述最終位置變化或計算平均速度時適合使用位移;描述運動過程中經過的實際距離(如里程數、油耗估算)則適合使用路徑長。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

反思 2學習反思

你認為在描述物體運動時,什麼時候使用位移比較恰當?什麼時候使用路徑長比較恰當?

課本是文字和圖片,虛擬實驗多了什麼?(動手做?數據?變化?)
寫下最真實的想法就可以,反思沒有標準答案。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

💡 參考方向同上一題——最重要的是寫下你自己的想法!

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

🏁

自我驗證:我學會了嗎?

跑完一整輪了!現在回頭檢查——下面四件事你真的會了嗎?會就打勾;不太確定?點旁邊的按鈕回那一關再練一次。

小惠同學小欣老師
🏆 探究迴圈完成!
你剛剛做了真正的科學探究:觀察 → 實驗 → 記錄 → 分析 → 表達 → 回頭驗證。
這就是科學家的一天。幫自己鼓掌!👏