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自製彈簧秤

文/國立臺北教育大學自然科學教育學系副教授——何慧瑩

設計的重點在利用彈簧的伸長量正比於受力大小的關係製作可以量測重量的彈簧秤、並利用自製的彈簧秤測量未知物體的重量。設計的特點在於活用生活中常見的用品,讓學生學習到創客 (Maker) 精神與論證過程。

概念圖:

自製彈簧秤概念圖

實驗材料與備用工具

實驗材料:

材料圖

【注意事項】螺帽的重量視彈簧的彈性係數而定,教師需先自行測試。儘量在掛上8至10顆螺帽時,彈簧差不多快伸出吸管外。

備用工具:工具

實驗器材觀察

  1. 讓學生自己觀察鎖扣紮線帶與珠形紮線帶,看看哪裡不同?是否可以重複使用?
  2. 讓學童以電子秤量測相同規格的螺帽重量,確認相同規格的螺帽重量是否會一樣?

實驗步驟

實驗一、我也會製作彈簧秤!

  • 在離吸管邊緣0.5公分處,用剪刀剪出兩個切痕,然後沿切痕壓入吸管中,並固定成8字形。
  • 用手將彈簧兩邊各扳開出2個圈圈。

【注意事項】提醒學童是扳開,不是拉開。如果是拉開,彈簧會受力過大會因彈性疲乏而產生永久形變。

  1. 將棉線穿過彈簧其中一端的圈圈,然後將線頭打結。
  2. 將彈簧未穿線的一端從吸管未剪裁的那一端置入,讓棉線的結留在吸管外。把迴紋針扳開,一端依序穿過吸管缺口→彈簧→吸管缺口,以固定彈簧。
  3. 鐵片的一面黏上布質雙面膠。在鐵片的一個洞裝上扣鎖紮線帶,並形成一個環。利用布質雙面膠將鐵片固定在桌面上,並留一個小洞在桌緣外。

彈簧秤上的迴紋針穿過鐵片紮線帶形成的環,將彈簧秤吊掛起來。這樣就完成彈簧秤的雛形囉!

實驗二、彈簧的伸長量和螺帽數量的關係?

  1. 未掛任何螺帽前,在吸管外以奇異筆劃上記號以標示彈簧頂部和底部兩個位置。掛上1顆螺帽,並在吸管外以奇異筆劃上記號以標示彈簧底部的位置。
  2. 依序加掛螺帽,每加掛1顆就畫一次記號,直到彈簧快要伸出吸管為止。

【注意事項】畫刻度時必須提醒學童,視線跟用量筒讀水的體積一樣,都要平視,視線偏高或偏低,畫出的刻度都不準。

  1. 以尺量測彈簧全長,填寫學習單的表格1,並回答表格1下方的問題。(教師要說明並引導學生寫表格)尺
  2. 確認掛多少顆螺帽後,每加掛一顆螺帽彈簧會再伸長固定的量。
  3. 將步驟5所確認的螺帽數量時吸管標示的刻度訂為零點,在該處以奇異筆寫上”0″,然後下方的刻度依序寫上1、2、3…。螢幕快照 2016-10-02 下午5.02.50
  4. 留下步驟5所確認的螺帽,拆下其餘的螺帽。這樣,彈簧秤就完成囉!

實驗三、誰量得比較準呢?

  1. 請學童隨意拿一個物品(不能太重),用自製彈簧秤量測,看看物品的重量是幾顆螺帽重。
  2. 以市售的彈簧秤和電子秤量測該物品重量,填寫學習單的表格2並回答表格2下方的問題。
  3. 想想看:自製彈簧乘量出來的單位是螺帽重,要如何才能和市售彈簧秤、電子秤量測的結果作比較呢?
  4. 以電子秤量測5顆螺帽重量,然後求出每一個螺帽的平均重量。
  5. 請問:自製彈簧秤和市售彈簧秤,哪一個量的比較準呢?為什麼?
  6. 請問:測量同一個物品重量的同學,誰的自製彈簧秤量得最準呢?(老師可以設計競賽遊戲)

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物理好好玩內的文章來自於中華民國物理學會旗下科普雜誌「物理雙月刊」,透過國內物理實作專家為讀者帶來許多有趣及簡易的物理教具、玩具製作;利用隨手可得之器具及材料,來展示許多物理現象,是本專欄最大的特色。快點跟我們一起玩物理吧!