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國三上理化⏱ 約 20 分鐘PhETEb-IV-19Eb-IV-20

3.3 槓桿原理與靜力平衡

任務簡報:翹翹板要保持平衡,除了兩邊的重量,還要考慮距離支點的遠近,這就是槓桿原理與力矩的展現。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

翹翹板要保持平衡,除了兩邊的重量,還要考慮距離支點的遠近,這就是槓桿原理與力矩的展現。這一節,我們要透過模擬實驗,探究槓桿原理與靜力平衡的關係。

2

實驗工作站:PhET Interactive Simulations — Balancing Act

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「Balance Lab」場景,在翹翹板兩側放置不同重量的物體。

  2. 2

    調整物體與支點的距離,嘗試使翹翹板達到平衡狀態。

  3. 3

    記錄達到平衡時,兩側物體的重量與到支點的距離,並計算兩側的力矩(重量×距離)。

  4. 4

    嘗試在同一側放置兩個以上的物體,計算並驗證力矩平衡的條件。

  5. 5

    思考:如果兩側重量相同但距支點的距離不同,翹翹板會如何傾斜?

🧪 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:左側重量 約 0~100000;左側力臂 約 0~10000;右側重量 約 0~100000;右側力臂 約 0~10000。填的數字差太多時會出現橘色提醒——再量一次看看!

左側重量左側力臂右側重量右側力臂是否平衡
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

力矩的定義與計算公式是什麼?

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

力矩的定義為力與力臂(支點到施力作用線的垂直距離)的乘積,公式為力矩=力×力臂,用來描述力使物體轉動的效果。

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

使用模擬工具測試翹翹板平衡時,兩側的力矩有何關係?

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

翹翹板達到平衡時,兩側的力矩大小相等、方向相反(一側順時針力矩等於另一側逆時針力矩)。

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

物體達到靜力平衡需要滿足哪些條件?

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

物體達到靜力平衡需同時滿足:(1)所受合力為零(不會產生平移);(2)所受合力矩為零(不會產生轉動)。

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 4討論與傳達

生活中有哪些應用槓桿原理的例子?

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

例如翹翹板、天秤、開瓶器、剪刀、鉗子、扳手等工具,都運用了槓桿原理。

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:多重物體的力矩平衡 ▶

使用 PhET「Balancing Act」嘗試在翹翹板一側放置多個不同重量的物體,計算並驗證多個力矩加總後是否等於另一側的力矩,藉此驗證力矩平衡的普遍性。

phet.colorado.edu · Balancing Act 🔎 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,我對槓桿原理與靜力平衡有什麼新的理解?

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

剪刀、鉗子等工具將施力點設計在距支點較遠處,而施力臂較長可以用較小的力產生較大的力矩,達到省力的效果;開瓶器同樣利用較長的力臂,以較小的力就能撬開瓶蓋。

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

你認為剪刀、鉗子、開瓶器等工具的設計,如何運用槓桿原理省力?

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!👏