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南大報導:第2期  發行人:黃宗顯 編輯單位:秘書室 創刊日期:2004/10/6 :::
發行日期:2004/11/3
圖像:焦點新聞文字:::
照片

 
標題演講:童話與科學的擁抱
【自教系許瑞玲小姐 南大報導】
  自教系十二月十五日(星期二)下午1:30至4:30分在格致樓C408室舉辦一場精采演講,講題為:「童話與科學的擁抱」,主講人為新竹高中謝迺岳老師,歡迎有與趣師生前往聽講。

※演講資料如下:

迺哥的童話科學(28紙牌的趣味科學)
用最少的器材、玩最多的活動;
學有用的科學知識、還有好好聽的童話故事喲!

天山隱俠

新竹高中.謝迺岳.2003/8/14

王將軍在邊疆長年征戰,為國家立下許多汗馬功勞。如今年歲已高,他就請皇帝讓他告老還鄉。王將軍一生清廉,沒有龐大的家產;於是他遣散了所有的僕從,只帶著家眷,輕車回到家鄉,在天山半山腰建了一處莊園,過著隱居的生活。每天看著青山飛瀑,雲淡風輕,王將軍覺得非常快樂。

(活動一:搭建山莊)

為了照顧生活起居,王將軍在當地僱用了一位管家、一位廚娘和一位長工。王將軍並不把他們當下人使喚,而且還吩咐家眷稱呼他們為趙管家、錢嫂和孫大叔。每個月除了薪資和伙食外,王將軍還常常多給他們一些錢,因此這幾位僕從都工作得十分賣力。

(活動二:發放薪資)

王將軍一身好武藝,每天早起舞刀練槍時,虎虎生風、氣勢驚人。僕從們常在門後偷看,或在牆邊指指點點。王將軍只要發現有人觀賞,就會使出混身解數,把十八般武藝全都秀出來;尤其是他的迴旋飛鏢,更是百步穿楊,絕無虛發。看到精采處,僕從們常常忘情得鼓掌叫好,這時王將軍彷彿又回到統帥大軍的往日,非常的威武神氣。

(活動三:迴旋飛鏢)

但是武功高強也帶來煩惱。王將軍的威名漸漸傳播開來,使得一些江湖小混混常來搗亂,也有一些武林高手想來踼館。王將軍每每向來客說明,如今他是退隱之人,練武只為了強身,並不想爭名。但是這些江湖人士不聽,一定要和王將軍比武分個高下。王將軍拗不過,自己也技癢,就打了好幾場擂台。畢竟王將軍征戰經驗豐富,總是把挑戰者打得跪地求饒或落荒而逃;但只能換得短暫的平靜,日子一久,也樹立了不少仇家。

(活動四:擂台挑戰)

偶而,山莊門口會有人貼恐嚇信,夜裡,也常有黑衣人在屋頂上走動。王將軍一家不但白天不敢出門,夜裡也睡不安穩。有一天,竟然收到一封挑戰信,原來是江湖中令人聞名喪膽的無常派送來的。挑戰信的大意是說,因為某一次王將軍把無常派的堂主打傷,所以無常派將在中秋夜裡和王將軍決一死戰。

(活動五:決一死戰)

王將軍非常煩惱;看著眼前的好山好水,卻沒有隱居的閒情逸緻了。他把趙管家、錢嫂和孫大叔找來,要辭退他們。王將軍說:無常派殺人不眨眼,這次的劫難恐怕躲不過,你們還是走吧,免得被連累。三位僕從討論了一會兒之後,趙管家向王將軍說:您平日對待我們如同家人一般,現在您遇到困難,我們怎能各自逃命呢?反正我們也沒有別的親人,因此決定和王將軍同生共死。

(活動六:同心協力)

王將軍沒了後顧之憂,就每日勤練武藝,準備中秋夜的到來。八月十五日,無常派大舉出動;天剛黑,數十條黑影早已把山莊團團圍住;月色下,兵器的寒光更使得陡峭的天山顯出肅殺之氣。王將軍在院子中焚香祝禱後,叫家眷和僕從躲在屋內,自己在大廳中閉目靜坐,等待無常派的進攻。

(活動七:南征北討)

二更時分,山莊外殺聲大作,兵器撞擊聲此起彼落,但是沒有人攻進莊內。王將軍想,這是敵人故弄玄虛,打算擾亂他的心神;於是王將軍左手緊握劍柄、右手夾住三支迴旋鏢;眼觀四面、耳聽八方;一刻也不鬆懈,卻是不敢移動半步。

(活動八:絕不鬆懈)

到了三更時分,莊外的紛亂漸漸平息了。王將軍捺不住性子,就跳到牆上探個究竟;卻發現無常派的徒眾全都倒地呻吟,而山莊門前,月光下站著三位威風凜凜的俠士,居然是平日深藏不露的僕從們。只見趙管家伸出鋼刀往前一指,說:滾!於是無常派的徒眾們爬起來磕頭感謝不殺之恩,然後倉皇的逃離。

(活動九:深藏不露)

王將軍這才大夢初醒,趕忙跑向前去拉住三位僕從的手,眼中泛著淚光,哽咽著說不出話來。王將軍請三位僕從回到山莊內,叫家眷出來道謝,並把所有金銀珠寶拿出來要送給這三位救命恩人。但是三位僕從不但不接受財物,還說他們要離開王將軍了。

(活動十:感激不盡)

趙管家說,他們的身份和本事是不能讓任何人知道的;以前聽說王將軍為官清廉,於是隱居在他家;現在既然露出身手,就是他們離開的時候了。王將軍為了答謝三位俠士的救命之恩,就辦了一桌酒席為他們餞別。後來,王將軍也搬了家

,再也沒有人知道他隱居在那裡了。(活動十一:飄然無蹤)

實施建議:

1. 不限室內或戶外;適合六歲至八十八歲,亦適合各種程度之學生。
2. 時間一小時至三小時。先講故事十五分鐘,然後依序進行活動,但活動不必全部玩遍。
3. 人數十人至五十人皆可,每組四∼五人分組競賽。
4. 每人十張紙牌、一個保特瓶(600c.c.、含蓋、裝滿水)、一把美工刀或剪刀、一支迴紋針、一支竹籤、一支竹筷、二條橡皮筋。


科學活動:

活動一:搭建山莊

比賽:兩隊隊員共用一副牌。將牌左右交錯疊起,形成中央厚兩側薄的架構;每隊派一位隊員抓住這疊牌的一側,往反方向拉。拉開以後,比比看誰的手中剩下的牌多。

秘技:靠近這疊牌的中央抓緊牌,再用力拉即可。另一個類似的遊戲是將兩本書的書頁交錯疊起,然後拉兩本書,可發現不易拉開。共通的原理是:書的重量與大氣壓力施力壓住書頁,使書頁間的靜電力造成摩擦力,於是書頁不易分離。如果書(或牌)交錯的頁數(張數)愈多,或書(牌)的面積愈大,則最大靜摩擦力愈強,愈不容易分開。其實這個比賽的勝負,由抓牌的位置決定,誰愈靠近中央,抓住的牌愈多;誰愈用力拉,就愈能克服最大靜摩擦力,最後留下的牌就會愈多。

進階挑戰:將一疊(十張)紙牌放在桌邊,不使用其他物品壓住或支持,須如何堆疊,才能讓最上方的一張紙牌伸出桌邊最遠?答案在文末註一。

活動二:發放薪資

比賽:每人十張牌,每次從手中釋放一張紙牌,使牌飄落地面。規定:牌不可彎折;人須立定,手須向前伸直;釋放紙牌時不可拋擲,只能讓手指鬆開使牌落下,比賽那一組的牌能飄得最遠。

秘技:將牌垂直地面,再略為向前傾,於是牌在落下時,會翻滾前進,就能飄得遠了。

進階挑戰:准許撕牌或折牌,重複以上之比賽,誰的牌能飄得最遠?答案在文末註二。

活動三:迴旋飛鏢

比賽:每人十張牌,徒手射,能射多遠?如果使用一根橡皮筋作發射器,又能射多遠?如果再加一根竹筷,又能將牌射得多遠?

秘技:要選平整的牌;用手指或橡皮筋夾住牌的一側,射出時使牌旋轉即可。

進階挑戰:如何射牌,使射出的牌能轉彎或返回身邊?答案在文末註三。

活動四:擂台挑戰

比賽:每組一張牌,輪流放在地上讓對方打。如果我方的牌鑽進對方的牌底下,則勝一次,取三戰兩勝制。

秘技:打對方牌的旁邊,由白努利原理,對方牌的上方有氣流流過,牌會掀起來,我方的牌就順勢鑽進對方牌的下方了。致勝的秘訣是:我方牌的側邊要靠近對方牌的角,較容易把對方的牌掀起來。另一個遊戲也可以體會白努利原理:每隊在桌上放一張牌,吹牌賽跑,也就是用吹氣的方式比賽把牌吹遠。在吹牌時,牌會跳動,就是白努力原理的現象。

進階挑戰:放一疊牌在地面,用一張牌去打,如何能打下最多張牌?答案在文末註四。

活動五:決一死戰

比賽:用一支圖釘穿過一張紙牌製成陀螺,比賽轉久。(允許摺紙牌)

秘技:紙牌要保持平整,旋轉時空氣阻力才較小。大頭釘要穿過紙牌中心,而且要卡緊紙牌,絕不可鬆動。

進階挑戰:將紙牌剪去四分之一,剪法為從長邊的中點剪至一角,形成一個梯形。然後用竹籤穿過紙牌製成陀螺,允許改變竹籤的形狀及長短;如何設計才能使陀螺轉得久?答案在文末註五。

活動六:同心協力

比賽:在將紙牌直立在桌上;牌須保持平整,但不得傾斜,亦不可用外物支撐。在一分鐘內,直立最多張牌的組勝。

秘技:將紙牌的側面互相接觸,或在這些牌的上方用別的紙牌壓住即可。在牌的上方增加重物,將使牌略為彎曲;不但增加了牌與牌間的正向力,紙牌之間的摩擦力也因而增加,於是牌就不易倒下了。

進階挑戰:一瓶水(600c.c.)由紙牌支撐,紙牌須保持平整且直立在桌上;如何使用最少張牌而能支持水瓶不倒?答案在文末註六。

活動七:南征北討

比賽:每組取一張紙牌,在牌上畫一個箭號(或取黑桃A),然後與另一組比賽。比賽時,甲組先將牌上有箭號的一面面對乙組人員,然後翻轉面向自己,之後順時針轉半圈,請乙組人員猜:牌再度翻向乙組人員時,箭號將朝向何方。兩組人員輪流轉牌及猜牌,猜中多次的組勝。

秘技:翻轉的動作對箭號的影響,相當於不翻轉牌時,箭號反轉180度。

進階挑戰:將牌平放手上,有箭號的牌面朝上,且讓箭號指向東方,然後依下列步驟操作。步驟一:以東西向為軸,將牌順時針轉90度;步驟二:以南北向為軸,將牌順時針翻90度;步驟三:以上下方為軸,將牌順時針轉90度。看看最後箭號指向何方。然後改變操作步驟的次序,結果是否會一樣?。答案在文末註七。

活動八:絕不鬆懈

比賽:將一瓶水(600c.c.)由一張紙牌支撐,紙牌可以變形,架在兩張桌子之間,瓶子的下方須懸空。如果每一組的紙牌都能支撐一滿瓶水,則比賽支撐的瓶數。

秘技:將紙牌摺成波浪形,使厚度較大,較能支撐重物。原因是:在紙中央所受的力,藉著彎摺的部份就能分散到紙的兩端,於是能支撐較重的物品。

進階挑戰:在地面直立的一張紙牌上,能支撐多少瓶水?(紙牌可以彎摺)。答案在文末註八。

活動九:深藏不露

比賽:把一瓶水(600c.c.)的瓶蓋打開,用一張紙牌蓋住瓶口,將瓶倒立,使紙牌吸附在瓶口。拋起瓶子轉一圈後接住,比賽成功次數最高的隊獲勝。

秘技:牌要平整,倒立前先將瓶內氣體擠出。一大氣壓可以支撐大約十公尺高的水,因此瓶內不可有空氣,否則能支撐的水就會較低。

進階挑戰:如何用瓶蓋吸附紙牌?瓶蓋內裝滿水或不裝水是否都能吸附紙牌?答案在文末註九。

活動十:感激不盡

比賽:如何用一張牌製作一個風車?用大頭釘穿過紙牌風車,插在竹筷上,轉速最快的組勝。(在電扇前相同距離處,風向與牌的轉軸平行,比較在同樣時間內轉過的圈數)

秘技:紙牌的兩個對角向後彎,另兩個對角向前彎;大頭釘一定要恰好通過紙牌中心,且在牌上所穿的洞要大一些,以免牌與釘之間的摩擦力太大。

進階挑戰:水車型的風車(風向與牌的轉軸垂直)如何製作?答案在文末註十。

活動十一:飄然無蹤

比賽:如何用一張紙牌和一支迴紋針做一個迴旋緩降器,像翅果一般緩緩飄降?從相同高度落下,最慢落地的組勝。

秘技:雙葉緩降器的一種做法是:將紙牌割兩刀,形成S形。將S的上端與下端摺彎相接,用迴紋針夾住,就是很好的緩降器了。同樣形狀的緩降器仍有不同的表現,可改變割痕的深度與中央部份的寛度,效果有顯著的差異。

進階挑戰:只許摺不許切割紙牌,如何做一個迴旋緩降器?答案在文末註十一。


進階挑戰參考答案:

註一:堆疊方法如下:最頂端的紙牌的重心須恰好落在第二張紙牌的邊緣上(伸出1/2張),上方兩張牌的重心須恰好落在第三張牌的邊緣上(伸出量為1/2+1/4張),上方三張牌的重心須恰好落在第張牌的邊緣上(伸出量為1/2+1/4+1/6),依此類推,只要有四張牌,則頂端的牌就會完全伸出桌緣以外了(此時,頂端牌的伸出量為1/2+1/4+1/6+1/8=25/24)。因此,當牌的數目更多時,使整疊牌堆成弧形,就可以有最大的伸出量了。

註二:紙牌愈窄,就能飄滾得愈遠;如果折一個邊,它可以滑翔而不翻滾;如果折角,還可以迴旋;非常好玩。紙牌在釋放時,稍微向前傾斜,於是它將受三種作用力的影響:

1. 重力使它向下落
2. 空氣阻力減緩下落的速度。
3. 昇力,來自於牌的上下緣的氣流差異,亦即下端背風面的氣壓比上端小,於是下端受力往上,牌就旋轉起來了。牌在旋轉時,順風處的氣壓小,於是整張牌就受到往前的昇力。

牌在穩定下降時,重力是驅動力,抵消了空氣阻力與昇力之和。所以牌愈輕時,終端速度愈小,牌就愈慢落地;另一方面,牌愈窄,受到空氣的抗力矩也愈小,於是轉得更快,昇力更大;綜合以上兩個因素,只要把牌剪得愈細愈窄,就能飄得愈遠了。

至於折角或折邊,能使這個角或邊上的氣流造成渦流,減緩流速,破壞昇力;於是失去平衡而旋轉。一個簡單的試驗,就是將紙條的一端摺起一小塊,紙條就會迴旋落地了。

註三:紙牌旋轉時,能維持側邊向前,空氣阻力較小,就能飛得遠了。旋轉的紙牌不易翻轉,如同滾動的硬幣或車輪,能維持轉軸的方向;應用在陀螺儀上甚至能維持太空飛行的方向。使用橡皮筋代替手來擲牌,效果更好,是因為橡皮筋拉直後,方向性較佳;而多加一根竹筷,使橡皮筋不易打到手,操作上會更自在。

若要使牌返回,須使牌轉得快、飛不遠、且向上飛。用橡皮筋夾住牌的一角射出,則轉得快又飛不遠;因為主要的能量用於旋轉而非移動。向上射,則在牌在無法往前運動而落下時,空氣撞擊牌的力中,有一部份會作為横推牌的力,於是牌就飛回來了,這和飛盤飛回的原理相似。

若要使牌轉彎,只要在射牌時將牌傾斜即可。

其他的射牌法還有同時射多張牌等等,非常好玩。

註四:絕不可鑽進牌堆下方,否則由碰撞原理,被撞的牌太多,每張牌運動的量少,射入的牌就卡住出不來了。較佳的玩法是,用較厚較重的牌,打牌堆的上方,於是不論由碰撞原理的撞擊效果,或白努利原理的氣流吹送效果,都會有較多牌被撞離牌堆。

註五:竹籤愈短愈好,插在紙牌中心,而且注意紙牌的平整。平整、重心低且保持平衡的紙牌陀螺,能轉得很穩。保持原貌的紙牌,能轉30秒以上不倒。

至於剪去一角的紙牌,尋找重心的方法有兩種:

1. 用大頭釘穿過紙牌一角,使牌在釘上能自由活動,然後懸吊紙牌,在牌上畫鉛垂線;然後在紙牌另一角也重複以上動作,兩線的交會點就是紙牌的重心了、
2. 如果規定只能在紙牌上穿一個洞,則先用筆在牌上畫一條線,將牌分為一個三角形和一個長方形,然後在三角形和長方形上標示各自的重心;將兩個重心連線,則全體的重心就在這個連線上,靠近長方形重心,距離比為二比一的地方。

註六:讓紙牌彼此接觸,構成三角形、四方形或扇形。互相接觸的紙牌,會因摩擦力的作用而不易倒。塑膠牌較軟,紙牌較硬;三張紙牌圍成三角形即可支撐一瓶600c.c.的水。

註七:三度空間的旋轉,不具有交換律,也就是說,改變操作次序的結果會不同。其實不須三個步驟,兩個步驟即不具有交換律。可試試:先將牌順時針旋90度,再往前翻90度;比較先將牌往前翻90度,再將牌順時針旋90度;箭頭的指向是不同的。

註八:將牌捲成圓柱,可以支撐較重的水瓶。如果用牌的長邊直立,可以支撐一瓶600c.c.的水;如果用牌的短邊,甚至可以支撐兩瓶同樣的水。圓柱形的優點,是它截面上各方向的厚度均等,不易有弱點,就能支撐較重的物品了。

註九:牌一定要平整。如果蓋內裝滿水,由於瓶內僅有少量空氣,外界的大氣壓作用在牌面上,力量比水與牌的重量還大,於是牌就被壓在瓶蓋上了。如果瓶蓋內不裝水,只要蓋緣沾水,利用水對牌的附著力,紙牌也能吸附在瓶蓋上。

註十:在牌的中間用刀割一列半公分長的平行線,將竹籤以編織的方式穿過這些縫,然後將牌彎成S型即可。當風吹牌面時,凸面受風力小,凹面受風力大,就使牌旋轉了。

註十一:風車就是受風會轉的裝置,所以將紙牌的兩個對角上彎,另兩個對角下彎,則在下降時,氣流會使紙牌旋轉。兩張相同的紙牌從同樣高度落下時,會受風旋轉的紙牌,一部份動能用於旋轉,於是移動速度較慢,落地時間就會較長了。


迺哥的童話科學(12吸管的趣味科學)

用最少的器材、玩最多的活動;

學有用的科學知識、還有好好聽的童話故事喲!

小鳳凰與大聲蛙

新竹高中.謝迺岳.2003/6/15


田野裡有一棵果樹、樹下有一口老井,井裡面住著一群青蛙。

老井又深又窄,但是陽光常帶來溫暖、輝映著水面閃閃發亮;

(活動一:井底之蛙)

樹上的果子常常掉到井裡,有許多小蟲在果子上生長;

於是青蛙們有蟲吃、有水玩,牠們天天都快樂地歌唱。

(活動二:快樂歌唱)

青蛙也有煩惱,因為獨眼蛇會吃牠們,在每月初一的晚上。

獨眼蛇有毒,青蛙們都打不過牠,只好躲的躲、藏的藏。

(活動三:毒蛇出沒)

獨眼蛇只有一個眼睛,看不準青蛙的位置,只會亂咬亂撞。

老青蛙說牠能長壽,是因為蛇來的時候,不要吭氣、不能慌張。

(活動四:眼睛視差)

井裡有隻小青蛙,叫聲動聽嘹亮,大家叫牠「大聲蛙」。

一天中午,美妙的歌聲傳來,當時大聲蛙正在曬太陽。

(活動五:大聲蛙)

井口樹上,一隻美麗的鳥兒聲音婉轉,原來是一隻小鳳凰。

青蛙們都被深深的吸引,而大聲蛙特別專注,聽小鳳凰歌唱。

(活動六:小鳳凰)

小鳳凰告訴大家,牠從很遠的海角飛來,要到很遠的天涯。

大聲蛙羨慕小鳳凰能遊歷世界,還能在空中自由翱翔。

大聲蛙希望小鳳凰帶牠開開眼界,小鳳凰也願意牠來作伴;

但是井口很窄,小鳳凰飛不下;井也太深,大聲蛙跳不上。

(活動七:幫青蛙跳)

小鳳凰休息了幾天,和青蛙們成為好友,趣事也常常分享。

一天傍晚,天氣悶熱。忽然下起暴雨,還出現了龍捲風;

龍捲風威力很大,舖天蓋地朝井衝來,小鳳凰不得不飛走;

果樹的枝葉全部被風吹斷,井裡的水和青蛙更被吸到天空。

(活動八:龍捲風)

風雨過後,小鳳凰回到井邊尋找青蛙,發現大家都平安無事。

天色暗了,青蛙都累了,沒有一個想起正是獨眼蛇覓食的日子。

青蛙們都在草叢中沉睡,只有小鳳凰在光禿禿的樹幹上打盹,

寂靜的午夜,一條黑影從井中悄悄昇起,慢慢地往樹幹爬去。

(活動九:毒蛇吐信)

原來獨眼蛇在井裡找不到青蛙,正想抓小鳳凰充饑!

獨眼蛇爬過大聲蛙身旁,牠被驚醒,但嚇得不敢呼吸。

獨眼蛇緩緩爬上樹幹,漸漸靠近,小鳳凰竟然沒注意。

大聲蛙看到小鳳凰十分危險,就大聲叫。小鳳凰嚇得急急飛離。

(活動十:鳳凰飛離)

獨眼蛇──很生氣。

獨眼蛇往大聲蛙衝來,大聲蛙拚命奔逃,跳來跳去、跳來跳去。

獨眼蛇緊追不捨。大聲蛙無法擺脫蛇的追捕,愈來愈心急。

在慌亂中,大聲蛙被咬中幾口,蛇毒慢慢在身上發作起;

大聲蛙體力不支、意識不清、眼看就要被蛇一口吞下去。

(活動十一:眼花頭暈)


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