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國三上理化⏱ 約 20 分鐘PhETEb-IV-8

1.3 速率與速度

任務簡報:汽車儀表板上顯示的是「速率」,但導航系統計算到達目的地的方向與距離時,還需要考慮「速度」的方向性。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

汽車儀表板上顯示的是「速率」,但導航系統計算到達目的地的方向與距離時,還需要考慮「速度」的方向性。這一節,我們要透過模擬實驗,探究速率與速度的差異。

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「Charts」畫面,讓人偶以固定速度向右移動,觀察位置-時間圖、速度-時間圖的變化。

  2. 2

    記錄人偶移動的位移與所需時間,計算平均速度(位移/時間)。

  3. 3

    讓人偶以變動速度移動(加速或減速),觀察速度-時間圖中瞬時速度的變化。

  4. 4

    讓人偶先向右移動,再向左移動,比較整個過程的平均速率與平均速度是否相同。

  5. 5

    思考:為什麼汽車儀表板顯示的是速率而不是速度?

🧪 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!

📏 參考範圍:所需時間 約 0~10000;平均速度 約 0~1000;平均速率 約 0~1000。填的數字差太多時會出現橘色提醒——再量一次看看!

運動描述位移路徑長所需時間平均速度平均速率
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

速率與速度的定義分別是什麼?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

速率是路徑長除以時間,為純量;速度是位移除以時間,為向量,包含大小與方向。

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 2計劃與執行

使用模擬工具測試人偶先向右再向左移動,其平均速度與平均速率是否相同?為什麼?

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

若人偶先向右移動後向左移動回到原點附近,位移可能很小甚至為零,但路徑長不為零,因此平均速度會小於平均速率,甚至平均速度為零而平均速率不為零。

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

如何從位置-時間圖判斷物體在某一時刻的瞬時速度?

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

在位置-時間圖上,某一時刻的瞬時速度等於該時刻切線的斜率。

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

生活中有哪些情境需要區分速率與速度?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

例如導航系統需要知道行進方向(速度)才能規劃路線;氣象預報中風速與風向合稱風的「速度」,方便判斷天氣系統移動方向。

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 💪

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:分析加速、等速、減速的速度變化 ▶

使用 PhET「Moving Man」的「Charts」畫面,讓人偶進行一段先加速、後等速、再減速的運動,並嘗試從速度-時間圖判斷各階段的加速度正負與大小關係。

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,我對速率與速度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

導航系統與氣象預報都需要方向資訊來做出正確的判斷與預測,因此使用具有方向性的「速度」;而日常談論交通工具快慢時,通常只關心速率大小。

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

你認為導航系統、氣象預報等生活應用中,為什麼需要使用「速度」而非「速率」?

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!👏