能量看得見?如何看見1焦耳

2020.06.30 (更新 2020.07.15)

by 洋蔥學院 (洋蔥學院)

能量看得見?如何看見1焦耳

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傳統教學多是以講述法介紹公式認識單位,並導入相關計算。會計算,但不代表能夠在生活上與這些單位連結。看得見的物理單位,讓這些單位在生活中看得到。

看得見的 1J:https://www.bilibili.com/video/BV1B7411G735?p=1

課綱:Ba-IV-5 力可以作功,作功可以改變物體的能量。

傳統教學多是以講述法介紹公式認識單位,並導入相關計算。會計算,但不代表能夠在生活上與這些單位連結。看得見的物理單位,讓這些單位在生活中看得到。

這段是介紹1焦耳(1J),焦耳是功(W)的單位,公式為W=F×s。如果要了解1焦耳的能量多大,就得要先知道力與位移的關係。1焦耳就是以1牛頓的力作用1公尺的距離所需要的能量。如果是10牛頓的力,就只要0.1公尺;0.1牛頓的力則要移動10公尺。

之後引入生活實例去感受1焦耳,共用了八種實例來說明。

討論1焦耳前,你知道鵪鶉蛋、雞蛋、鴕鳥蛋誰最接近1牛頓呢?

就從最接近1牛頓的二個普通雞蛋說起,

手對雞蛋的向上支持力就是1牛頓,

把雞蛋向上抬1公尺,就是1焦耳。

改用鴕鳥蛋,1顆鴕鳥蛋14.75N,舉起來的高度只需要1米的1/14.75 (約7公分)

1個鵪鶉蛋0.11N ,只要夾起15個抬高至0.6公尺,就是1焦耳。

接著又以再用一碗「ㄅㄧㄤˊㄅㄧㄤˊ」(biangbiang麵)來示範,一碗麵10.29N,只要端起10公分,就有1焦耳。就連寫在黑板上的「ㄅㄧㄤˊ」,也能透過擦黑板的動作來討論1焦耳,先測量擦黑板的力1.56N,若移動64公分,來回幾次,就消耗1焦耳。

一瓶礦泉水5N,瓶子到嘴邊距離0.2公尺,拿起這瓶水做的功也是1焦耳。

小小的快遞包裹,雖然只有20克(0.2N),拿著它爬高三層樓(約5公尺)作的功也是1焦耳。

至於看電視按遙控器這個輕鬆活這個輕鬆活兒也要作功。你知道怎樣才會消耗1焦耳嗎?每按一次需要1.5N,下壓 0.003公尺,然後按222次,就是1J!


學生忽略的重點 

1. 力要與沿著施力方向的位移的作用方向相同,才有作功。例如:水平擦黑板,施力方向與位移方向都是平行黑板。若是拿的雞蛋(施力向上1N)水平移動1公尺,因為施力與位移方向相垂直,所以這樣的移動對雞蛋沒有作功。

2. 功的計算與位移有關,與過程無關。以快遞哥爬樓梯來說,只需考慮垂直高度變化,不必考慮在樓梯上行經的路線是否曲折。

3. 對於1J,指的是對物體作的功(即物體獲得的能量),並不包含施力的人本身累不累,快遞小哥就算不拿東西,爬上三樓還是會喘吁吁。

在家可以這樣學 (延伸思考)

這個單元可以是單純計算,也可以模仿實作。雖然手邊沒有測量力的工具,但能簡單換算1公斤重的力量為10牛頓,也就是100克重的力量約為1牛頓。你每天揹書包的力量相當於多少牛頓?揹著書包爬上三樓需要幾焦耳?1焦耳的能量可以讓一本書(約250克)被抬高幾公分呢?簡單計算並親自感受。

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