百宏文教 BHCS
SCIENCE LAB / 理化 · 力的測量

彈簧與靜摩擦實驗室

掛上砝碼看彈簧伸長多少,找出虎克定律;再用水平拉力拉木塊,看靜摩擦力怎麼跟著拉力變大,直到木塊開始滑動。

國中建議 15–20 分鐘任務 → 操作 → 紀錄 → 挑戰

今天要學會什麼

先備知識
力的單位、重力、摩擦力
學習目標
用 F=kx 說明彈簧伸長量與外力成正比,並知道彈性限度;說明靜摩擦力會隨外力改變,直到最大靜摩擦;比較最大靜摩擦與動摩擦的大小
使用方式
各校版本進度不同,請依單元選用。先接任務,再只改一個變因;至少保留兩筆可比較的紀錄。

引導任務

自由探索:先固定其他條件,只改一個變因。

01 / EXPLORE

研究工具箱

調整實驗條件
查看圖像與結果 ↓

選好條件後按「開始觀察」。

02 / OBSERVE

圖像與觀察結果

選好任務或設定條件後,按「開始觀察」。

操作後,這裡會說明模型結果。

請設定條件,然後操作並觀察。

03 / RECORD

我的實驗紀錄

紀錄只保留在本機。

本次模型條件與觀察依據
#條件結果解釋
尚無紀錄

常見迷思

靜摩擦力不是固定值;它等於外力,直到達到最大靜摩擦為止。

04 / CHECK

三題學習檢核

1. 木塊沒有動,拉力從 2 N 加到 5 N,靜摩擦力?
2. 在彈性限度內,彈簧掛的質量加倍,伸長量?
3. 木塊剛開始滑動之後,摩擦力和最大靜摩擦相比?

模型限制與教師提示

接觸面的摩擦係數是教學值(光滑木板 μs 0.3、μk 0.2;粗糙木板 0.6、0.4;橡膠墊 0.9、0.7),不是實測值。拉力水平、木塊在水平面上,不計空氣阻力。彈簧超過彈性限度時仍顯示 F=kx 的計算值,但虎克定律已不適用,真實彈簧可能永久變形。臨界點(拉力恰等於最大靜摩擦)可用任務③直接設定。

給老師的比較任務與判讀

讓學生直接操作並留下第一筆觀察,再只改一個條件完成第二筆;要求學生指出哪些數據支持自己的解釋,以及模型不能支持什麼。

公式:彈簧:F=kx(在彈性限度內),伸長量 x=mg/k。木塊:正向力 N=mg;最大靜摩擦 fs=μs N。拉力小於 fs 時,靜摩擦力=拉力、木塊不動;超過 fs 後改為動摩擦力 fk=μk N,加速度 a=(拉力-fk)/m。g=9.8 m/s²。

參考概念來源:OpenStax:摩擦力。本頁文字、題目與示意圖為自編,簡化規則依本頁限制解讀。

接著學

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