2020年7月1日 星期三

測量大氣壓

壓力單元很雜
從固體到液體到氣體各有關聯
卻也各有特色
因此實驗的操作與觀察是絕對必要的
只是二下的內容實在超級多
幾乎每個老師都是戰戰兢兢的,深怕上不完
但如果可以將實驗融入在教學中
還是可以有折衷的辦法(折衷就表示不一定是最好)

大氣壓力從托里切利的水銀柱開始說起
若時間充裕,換成水管拉三層樓也是個會讓大家興奮的好方法
但利用針筒來測量也算是折衷
針筒的活塞有摩擦,先掛上水壺,慢慢加水測出摩擦力




再將針筒塞入掛上重物,找個調皮的學生來拿
也算可以出口氣(好壞的老師)
這次學生拿到手抖個不停,活塞稍微下降就喊停了
最好是做到持續緩慢下降才比較準


量出加掛的重物,扣掉摩擦力
就是大氣壓力作用在針筒的作用力了
除以針筒的面積6平方公分,約850公克重/平方公分
稍小一點,也是合理的

接下來這麼神奇的大氣壓力,想當年的馬德堡半球勢必也要出來玩一玩
我的不鏽鋼鍋直徑24公分,抽掉50釐米汞柱(約2/3個大氣壓)
找幾個學生來拉拉看
後頭還是要有學生幫忙護著,避免真的不小心拉開,才不會向後重摔(拉了十多年也還沒拉開過)
這時的氣氛通常會拉到高點...





「拉不開...那就算算看到底大氣壓力此時提供了多少作用力?」學生這時候好像比較甘願算算看
「...如果蠻力拉不開,還有甚麼辦法?」
「大家要從原理去想,我們剛剛做了甚麼事才讓鍋子緊緊吸住?」其實"吸住"這個形容詞很不好...
「因為裡面壓力變小了啊~」
「所以我們可以怎麼處理?」
「想辦法讓裡面(壓力)變大」,「讓外面(大氣壓)變小也可以啊~」
「是的,大家的方向都對了,那有甚麼方法可以讓裡面的壓力變大?」其實這也是在為接下來影響氣體壓力的V、T、N做鋪陳
「加熱」、「灌氣體進去」...學生回答
「...其實大家有注意到鍋子旁有一條小塑膠管嗎?」我提醒大家
「這個塑膠管上面有一個塞子(其實是單向閥),一樣有2/3左右的大氣壓抵住它,但...」
我隨手就將塞子取下,氣體馬上灌入,鍋子就開了
「為甚麼我可以這麼輕易取下塞子,你們兩個人的力量卻拉不開鍋子?」
「因為塑膠管的面積比較小啊~~」學生很不情願地說,覺得被我耍了...

再來我們利用吸盤代替馬德堡半球
將吸盤在手機上之後放入真空罐中(隨手拿,沒其他意義)
將真空罐的氣體抽出到約6個釐米汞柱,吸盤就掉下來了



「那如果不要到掉下來,我們再把氣體灌進去會怎樣?」學生很好奇地問
「有趣喔,我們就試試看吧~~」坦白說,我也沒試過
抽掉60個釐米汞柱時,吸盤中心明顯鼓出來了
此時我們再把氣體灌入回復一個大氣壓
「又吸回去了耶~~」學生興奮的說


也許...這就是實驗的迷人之處吧~~
不須太多花俏,實驗本身就是個讓人著迷的東西

課後有個學生跑來跟我說,「老師~~你的雞絲頭怎麼這麼多啊!!」
這是恭維嗎?我欣然接受了

2020年6月30日 星期二

改裝鬧鐘小夜燈

這個鬧鐘之前就修過
換了微動開關和滑動開關

最近皇后嫌夜燈不夠亮

晚上公主睡著後不好調(因為不能開燈)
奴才聽到馬上就要想辦法,不得片刻耽誤

裡面的夜燈是一個1.5V驅動的泡燈


打算直接換成兩個LED(保證夠亮~~)
但白光LED無法用1.5V直接驅動
必須升壓才行
電路圖如下

基本上就是利用兩個電感頭尾相連
分別通入C極和B極
電晶體在BC極之間快速開關
電感就會感應出一個高壓
利用這個高壓就可以點亮白光LED了

原本裝泡燈的口徑太小
先用電鑽在4點和8點的位置鑽出5mm的孔
方便放入LED


兩個LED並聯
再連接上述的升壓電路
鬧鐘裡面空間很大
放入這個電路沒問題的






但這個鬧鐘原本用2號電池(size C)
這實在很麻煩,因為2號電池很少用


我身邊也沒庫存
但其實直接裝入兩個3號電池也行的
記得兩個要並聯
而且不可一新一舊,這樣反而會相互吃電壓,更耗電

試試看
果然亮得不要不要的

2020年6月23日 星期二

浮力常見的題型整理

浮力概念不難
但學生會哀鴻遍野的其中一個原因就是題型太多
但這幾年幾乎已經很少考複雜計算
主要都是「比大小」的題目
所以我還是會很務實地幫學生整理考題類型

原則上兩大類,共九種
一、不同物體放入相同液體
1.物體體積相同時

2.物體重量相同時

二、相同物體放入不同液體

原則上就只用到浮力的兩個意義來解決
基本上圖畫得出來(看沒入的體積),答案就出來

當然題目不會這樣出
會轉化成實際的物體
例如相同的鐵塊丟入水中和水銀中
或船從淡水開入海水
或相同體積的鐵塊和木塊丟入水中
...
總之都逃不過這九種類型囉

※後記
這當然不可能包含所有題型
也不是真正浮力要教導的面向
只是幫學生整理一些常見的題型
若魔人們要斷章取義的攻擊,也不看看人家之前的教學鋪陳
那就隨你吧...

維修桌鏡

同事的桌鏡一直向她鞠躬...
看了一下材質,又是便宜的密集板(纖維板)
基本上這種板子就是木屑打成泥狀之後加壓膠合起來而已


因此是完全不防水的,,一旦潮濕很容易就膨脹
加上是泥狀的纖維,直接上螺絲的情況下
螺紋很容易就會被磨損
當然就無法鎖緊了

一般比較簡單的方法就是塞牙籤
但這只是增加摩擦力而已
若像這種桌鏡經常需要調整角度
最好還是讓內部有螺紋才能撐得比較久
因此找了一根竹筷,削了兩片薄片塞入原本的孔中



這樣就能再車出一個新的螺紋
希望可以撐得比較久一些囉~~

2020年6月22日 星期一

浮力教學

浮力的兩個意義
在液體中減輕的重量,這件事很容易從簡易的力圖來說明
但浮力也等於排開的液體重量,這件事如果沒有實驗幫忙就真的要靠想像了

利用溢水杯來接排開的液體
學生很容易理解物體進入多少,液體就被排開多少
因此這部分我就沒有再用實驗來特別強調(時間的抉擇)
把物體慢慢沉入水中,再從彈簧秤的讀數變化
就可以發現隨著物體沒入的體積越多,減少的重量也越多
「那如果完全沒入之後再放深一點,浮力(減少的重量)會增加嗎?」我問學生
沒想到幾乎所有學生都回答「會...」
「所以你們覺得減少的重量和物體進入水的深度有關?還是體積有關?」
「我覺得是深度」學生回答
因為我用塑膠杯裝重物,因此之前的操作並未把物體完全沒入水中
「很好,那我們怎麼確認是深度的影響?還是沒入體積的影響?」
「那就試試看沒入之後再深一點就好啦~~」學生很快地回答
「好喔」我順著學生的想法直接綁了一串的螺絲慢慢沒入水中
「跟剛剛一樣,浮力會慢慢變大耶」學生說
接著完全沒入後我們得到一個穩定的數字
「我再放深一點,你們注意拉力秤的讀數有沒有變化」
「沒變耶~~」學生覺得不可思議
「所以...」,「和深度無關」學生接著我的話回答



....
接下來把塑膠杯內部的螺絲拿出一些變成浮體的狀況
最後彈簧秤的讀數變成0了

接著我們再測量排開的水重
學生很快發現,和浮力很接近
換成食鹽水試試
排開的食鹽水重和浮力幾乎都相差5g左右
「幾乎都差5g,大家可以怎麼解釋...」
我一開始就有提醒他們,我們的電子拉力計和彈簧秤的最小刻度都是5g
「因為本來就會有5g的上下誤差啊~」學生很快的回答
而且剛好都是多出5g左右


雖然結果不是很漂亮
但學生也可以理解從實驗的角度來歸納
浮力差不多和排開的液體重量相等,就算是不同的液體也一樣
這就夠了
一節課搞定,值得~~
但前置作業花了三節課...

2020年6月21日 星期日

測量浮力

浮力是國中理化的一個大魔王
其實原理不難
但相關的名詞和題型變化實在太多
經常搞得學生呼天喊地
浮力是排開的液體重,也是在液體中減輕的重量
這可以利用溢水杯馬上就能做出來的實驗
但學校沒有溢水杯,幾年前自己買了一個
但也不知道塞去哪裡
乾脆自己做一個先

找一個口徑較大的塑膠罐,這樣才方便放東西進去
在塑膠罐上裁出一個大吸管大小的洞
將大吸管用熱溶膠固定在外面
要留意吸管不要伸入瓶內,水溢流的效果會比較好







物體用塑膠杯
裡面放螺絲,可以隨意調整重量
就可以方便變成沉體或浮體

先測試看看,以免上課又出亂子
但我的電子秤最小單位5g
因此最好量測的重量大一點,不然誤差會很大
物重350g

在水中重290g

溢出的水重60.34g(燒杯質量先扣掉了)

換成食鹽水
同樣調整在食鹽水中290g
溢出的食鹽水重60.78g


但比較看看這兩個的體積


食鹽水

水溢出的體積明顯比食鹽水多
這表示甚麼意思?
這就需要老師幫忙引導學生思考的地方了

這部分到時候用浮體來呈現會更理想
結合船在淡水和海水的浮力和吃水量