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國三上理化⏱ 約 20 分鐘PhETEb-IV-11Eb-IV-12

2.2 牛頓第二運動定律

任務簡報:推動同樣力量的購物車,空車比裝滿貨物的車更容易加速,這與牛頓第二運動定律中質量和加速度的關係有關。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

推動同樣力量的購物車,空車比裝滿貨物的車更容易加速,這與牛頓第二運動定律中質量和加速度的關係有關。這一節,我們要透過模擬實驗,探究施力、質量與加速度三者的關係。

2

實驗工作站:PhET Interactive Simulations — Forces and Motion: Basics

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「Acceleration」或「Net Force」畫面,選擇一個物體並記錄其質量。

  2. 2

    對物體施加固定大小的力,觀察並記錄物體獲得的加速度。

  3. 3

    保持施力大小不變,更換為質量較大的物體,比較加速度的變化。

  4. 4

    保持物體質量不變,增加施力大小,比較加速度的變化。

  5. 5

    思考:如果同時將施力加倍、質量也加倍,加速度會有什麼變化?

🧪 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:施力大小 約 0~10000;物體質量 約 0~100000;加速度 約 0~1000。填的數字差太多時會出現橘色提醒——再量一次看看!

施力大小物體質量加速度F/m計算值
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

牛頓第二運動定律的公式與內容是什麼?

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

牛頓第二運動定律指出,物體的加速度與所受合力成正比、與質量成反比,公式為F=ma(F為合力,m為質量,a為加速度)。

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

使用模擬工具測試時,施力大小與加速度、質量與加速度分別呈現什麼關係?

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

施力大小與加速度成正比(質量固定時,施力越大加速度越大);質量與加速度成反比(施力固定時,質量越大加速度越小)。

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 💪

探究 3分析與發現

若已知物體的質量與所受合力,如何計算加速度?

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

可將公式改寫為a=F/m,代入已知的合力與質量即可計算加速度。

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

生活中有哪些應用了牛頓第二運動定律的例子?

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

例如賽車設計會降低車重(減少質量)以提升加速度、火箭發射需要巨大推力(合力)才能產生足夠加速度脫離地心引力等。

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:同時改變施力與質量 ▶

使用 PhET「Forces and Motion: Basics」測試同時改變施力與質量(如兩者皆加倍)時加速度的變化,驗證F=ma的比例關係。

phet.colorado.edu · Forces and Motion: Basics 🔎 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。
6

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,我對牛頓第二運動定律有什麼新的理解?

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

設計交通工具時,可透過減輕車體質量或增加引擎動力(施力)來提升加速度表現,同時也要考量煞車系統是否能提供足夠的反向力使車輛安全減速。

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

你認為在設計交通工具(如汽車、腳踏車)時,如何應用牛頓第二運動定律的原理?

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!👏