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國三上理化⏱ 約 20 分鐘PhETEb-IV-16Eb-IV-17

3.2 動能、位能與能量守恆

任務簡報:雲靜飛車在高處下滑時速度越來越快,到達最低點時速度最快,這牽涉到位能與動能之間的轉換。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

雲靜飛車在高處下滑時速度越來越快,到達最低點時速度最快,這牽涉到位能與動能之間的轉換。這一節,我們要透過模擬實驗,探究動能、位能與能量守恆的關係。

2

實驗工作站:PhET Interactive Simulations — Energy Skate Park: 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「Playground」場景,將滑板者放置在軌道上不同高度處。

  2. 2

    開啟「Bar Graph」或「Pie Chart」顯示能量的選項,觀察動能、位能與總能量的變化。

  3. 3

    讓滑板者從高處滑下,觀察滑板者滑動過程中動能與位能如何互相轉換,並記錄不同位置的動能、位能數值。

  4. 4

    開啟摩擦力選項,觀察有摩擦力時總力學能是否守恆,並思考能量的流向。

  5. 5

    思考:滑板者在軌道最高點與最低點時,動能與位能分別如何變化?

🧪 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:高度 約 0~10000;總力學能 約 0~10000。填的數字差太多時會出現橘色提醒——再量一次看看!

滑板者位置高度動能位能總力學能
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

動能與位能的定義是什麼?分別受哪些因素影響?

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

動能是物體因運動而具有的能量,大小與質量成正比、與速度平方成正比;重力位能是物體因所在高度而具有的能量,大小與質量、重力加速度、高度成正比。

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

使用模擬工具觀察滑板者滑動過程,動能與位能如何互相轉換?

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

滑板者從高處滑下時,位能逐漸轉換為動能,速度越來越快;滑板者滑到低點後再往上爬升時,動能逐漸轉換回位能,速度變慢。

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

力學能守恆定律的內容是什麼?在什麼條件下成立?

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

力學能守恆定律指出,在沒有摩擦力等阻力(只有重力作功)的情況下,物體的動能與位能可以互相轉換,但總力學能(動能+位能)保持不變。

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

生活中有哪些能量轉換與守恆的應用例子?

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

例如雲靜飛車利用高低落差轉換動能與位能、盩韏韣擺動時動能位能互相轉換、水力發電利用水的位能轉換為動能再轉換為電能等。

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 💪

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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:摩擦力對能量守恆的影響 ▶

使用 PhET「Energy Skate Park: Basics」開啟摩擦力選項,比較有無摩擦力時總力學能的變化,並嘗試解釋摩擦力消耗的能量轉換成了什麼形式的能量。

phet.colorado.edu · Energy Skate Park: 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。
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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,我對動能、位能與能量守恆有什麼新的理解?

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

雲靜飛車設計時會利用最高點儲存足夠的位能,使其在後續軌道能轉換為足夠的動能以完成整個路線;盩韏韣的擺動也是動能與位能不斷互相轉換的過程,設計時需考量摩擦力與空氣阻力造成的能量損失。

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

你認為雲靜飛車、盩韏韣等遊樂設施的設計,如何應用能量守恆的原理?

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!👏