置頂

物理與化學是很有趣的兩門學科,對我來說這兩類的學問幾乎就是許許多多有趣的遊戲。也許有人覺得物理與化學太專門或者太嚴肅,對這一點我想說得是:當你很喜歡這個遊戲的時候,你自然就會慢慢變得很專門,你也會很認真,甚至有時候會很嚴肅。
但是別忘了其中的樂趣,這些樂趣是吸引了許多人投入這個領域的極大誘因。 如果你喜歡這兩門學科那很好,請好好的玩它!如果你沒有那麼喜歡,那也無妨,你還是可以從中獲得一些樂趣。

2024年11月6日

波速課程

 這裡荒廢太久了,來除個草,再寫一點記錄

身為彈簧富翁(誤),當然會在波的課程會用許多彈簧做實驗。學生先認識:

1.什麼是波

2.什麼是力學波

3.什麼是橫波縱波

4.學生也知道波的振幅、頻率、週期、波速、波長等定義,也知道頻率和週期是倒數關係


之後,就要來探討這些波的特性會受到哪些因素影響,或是哪些因素決定了波的振幅、頻率、週期、波速和波長。

老師用手抓著彈簧一端,另一端固定在櫃子或牆壁上,甩動一下,就可以看到波前進撞到牆壁再反射的現象,以此為觀察現象的基礎

教師提問:什麼因素可以決定波的振幅呢?

學生回應:老師你手甩大力一點啊

教師回應:所以我的手上下晃動的幅度越大,當然我的手得要花越多力氣才行,就會讓波的振幅越大。

教師提問:那怎樣可以讓波的頻率變高呢?

學生回應:老師你手振動的快一點就行了

教師回應:所以我手振動的頻率就會是波的頻率對吧,那週期一定也是跟著改變了。

教師小結:這樣說的話,我的手,也就是振源可以覺得波的振幅、頻率和週期對吧。

學生回應:對

教師提問:那我要怎樣可以讓波前進的速度快一點?

學生回應:大力一點、甩快一點、更換介質(註:可能是有提前學習,也有可能是自己有想到)

教師追問:更換介質是什麼意思?*拿出BC兩種彈簧問學生:這兩種彈簧都是不鏽鋼製作的,材質是相同的,彈簧的粗細厚度也一樣,只是彈簧圈的口徑步一樣而已,這樣算是「相同介質」還是「不同介質」呢?

學生回應:我覺得是相同介質

教師釐清:所以你所謂的介質相同或不同,指的是製作彈簧的材料相同或不同對吧

學生回應:對

教師分配任務:好,那我們就來測試看看,接下來每一組都會達到ABC三個彈簧,你們簡單測試一下,三個彈簧的波速是不是相同。你們可以改變振幅、頻率和更換彈簧,觀察一下彈簧的波速。

波速不需要詳細測量數值,先用目測觀察即可。

教師在學生停止實驗後,詢問學生實驗結果,並且整理如下:

1.振幅大小看不太出波速的差異

2.頻率高低看步太出波速的差異,也就是振源無法影響波速

3.更換彈簧,波速會改變,波速 小彈簧>中彈簧>大彈簧,也就是介質會影響波速

教師追問:所以你們覺得彈簧越怎樣,波速會越快呢?

學生答:彈簧越細,波速會越快

教師提問:依照這個結論,如果我拿E彈簧,這是最細的彈簧,速度應該會如何?

學生答:應該會最快

教師讓學生先拿拿看E彈簧

學生反應:哇這個彈簧好重

教師實作:結果E彈簧的波速是最慢的

教師提問:所以剛剛的結論似乎不太正確,介質並不是越細越慢,那應該是怎樣呢?

學生回答:好像是越輕越快,越重越慢

教師確認:是的,跟介質的輕重有關,再拿出最重的E彈簧進行演示,發現速度是最慢的(其實是跟線密度有關,這就看學生程度補充了)

教師演示:除了輕重之外呢,我們也可以把彈簧拉緊,變得比較緊繃,也會讓波速變快

教師總結:所以所謂的「介質影響波速」的意思,是介質的輕重和緊繃程度,彈簧越「輕、薄、細」「緊」波速會越快,反過來就越慢。振源的話,不管是振幅或頻率,都沒變法影響波速。


以上的課程大概是接近一節課的時間,後面還可以把波長的部份上完。和幾年前相比,我減少了波速測量的橋段,讓學生直接用眼睛觀察粗略的波速快慢就可以達到課程目標了,省下不少時間,當然會少了一點量化實驗的訓練,不過對於認識波現象的部份,我想應該是足夠了。


觀察現象與提問

彈簧波動示範與引導思考

    ↓

提出假設

    |→ 振幅影響波速?

    |→ 頻率影響波速?

    |→ 介質影響波速?

    ↓

規劃與執行實驗

    |→ 改變振幅測試

    |→ 改變頻率測試

    |→ 更換不同彈簧測試

    ↓

紀錄與分析數據

    |→ 觀察並比較波速變化

    |→ 歸納實驗結果

    ↓

提出初步結論

    |→ 細彈簧波速較快?

    ↓

驗證與修正

    |→ 以重且細彈簧測試

    |→ 修正錯誤結論

    ↓

形成最終結論

    |→ 介質輕重影響波速

    |→ 介質緊繃度影響波速

    |→ 振源特性不影響波速






沒有留言: