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國三上理化⏱ 約 20 分鐘PhETEb-IV-9Kb-IV-1

2.4 圓周運動與萬有引力

任務簡報:月球繞地球運行時並沒有掉落到地球上,這是因為地球的萬有引力提供了月球做圓周運動所需的向心力。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

月球繞地球運行時並沒有掉落到地球上,這是因為地球的萬有引力提供了月球做圓周運動所需的向心力。這一節,我們要透過模擬實驗,探究圓周運動與萬有引力的關係。

2

實驗工作站:PhET Interactive Simulations — Gravity and Orbits

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「Model」畫面,選取「地球與月球」系統,觀察月球繞地球運行的軌跡。

  2. 2

    開啟顯示重力向量的選項,觀察地球對月球的引力方向,並注意此引力是否指向圓心。

  3. 3

    嘗試調整地球或月球的質量,觀察軌道形狀與運行速度的變化。

  4. 4

    切換「太陽與地球」系統,比較不同質量天體之間的萬有引力大小關係。

  5. 5

    思考:如果地球突然消失,月球會如何運動?

🧪 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:中心天體質量 約 0~100000;環繞天體質量 約 0~100000。填的數字差太多時會出現橘色提醒——再量一次看看!

系統設定中心天體質量環繞天體質量觀察到的軌道現象
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

為什麼說圓周運動是一種加速度運動?

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

圓周運動的速率雖可能不變,但運動方向持續改變,速度(向量)因此持續改變,根據加速度的定義(速度對時間的變化率),只要速度改變就存在加速度,所以圓周運動是加速度運動。

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

使用模擬工具觀察月球繞地球運行時,地球的引力方向與月球運動方向有何關係?

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

地球對月球的引力方向恆指向地球中心(即圓心方向),此力提供月球圓周運動所需的向心力,使月球維持繞地球運行而不飛離或墜落。

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

質量與重量有什麼不同?

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

質量是物體所含物質的多寡,是物體本身的固有性質,不會因位置改變而改變;重量是物體所受的重力,會隨所在星體的重力加速度不同而改變(例如同一物體在月球上的重量小於在地球上,但質量不變)。

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

萬有引力的大小與哪些因素有關?

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

萬有引力的大小與兩物體質量的乘積成正比,與兩物體間距離的平方成反比;質量越大或距離越近,引力越大。

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 💪

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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:比較不同質量比例的軌道現象 ▶

使用 PhET「Gravity and Orbits」切換不同質量比例的天體系統,觀察並比較質量差異對軌道半徑、運行週期的影響,並嘗試解釋人造衛星維持軌道運行的原理。

phet.colorado.edu · Gravity and Orbits 🔎 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。
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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,我對圓周運動與萬有引力有什麼新的理解?

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

了解萬有引力原理有助於計算人造衛星維持特定軌道所需的速度與高度,是太空探索、衛星通訊、氣象觀測等科技發展的重要理論基礎。

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

你認為了解萬有引力的原理,對於人造衛星、太空探索有什麼幫助?

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。

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  • 🔁 回第 3 關
  • 🔁 回第 4 關
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!👏