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國小-小女子拔河
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滑輪組的應用(第八冊第一單元)
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簡單機械-動力的傳送
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40分鐘
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焦恒永
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1.定滑輪是一種位置固定的滑輪，動滑輪是一種跟著重物移動的滑輪，將兩者組合起來稱為滑輪組。
2.藉由簡易水平式變化來改良垂直式的滑輪組。
3.藉由水平的小女子拔河器來實際操作，讓學生觀察到省力的效果。 -
PVC塑膠水管x2、塑膠曬衣繩、金屬環扣、抹布（舊衣物）x4條、膠帶、拉力計（0～40kg）
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一、 教師事先檢查塑膠曬衣繩是否牢固。
二、 雙手握緊PVC管時，必須保持水平，不可歪斜，以免影響實驗效果。
三、 拉動塑膠曬衣繩時會有摩擦PVC管現象，小心塑膠曬衣繩側滑；若學生在家自行操作時，一定要有家長在旁確保安全。
- 時間 教學活動流程 教學資源
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10分鐘一、 生活連結與預測
1. 引起動機：「滑輪組」雖然好用，但是一樣有缺點，一樣有困擾，想一想有哪些問題呢？要怎麼改良呢？
2. 生活連結：列舉一般生活中哪裡有滑輪組的例子，觀察力量大小、施力方向、繩子長度、人與物體的相對位置等。
3. 舊課程回顧：複習「定滑輪」的優點與缺點，並告知如何改進缺點部分，就變成「動滑輪」了，但是老天絕對不會白白的讓你省力，它會浪費你的「時間」。科學家又把它結合成「滑輪組」，用來省力與改變方向。 -
20分鐘二、 操作與觀察
1. 將抹布摺疊成細長條（3～4cm寬）後，纏繞在PVC管的兩端並以膠帶固定，且外側各預留8cm的長度；或是在PVC管上各黏兩條泡棉膠，避免塑膠曬衣繩滑動，記得手要握在泡棉膠外側。
2. 利用金屬環扣將塑膠繩、一支PVC管固定好。
3. 依據操作步驟進行實驗
4. 探究發展:
(1) 請兩位學生各自握緊PVC管的兩端，一位當成支點(有金屬環扣的)，另一位當成抗力(被拉的重物)，兩人間隔2公尺遠。
(2) 塑膠曬衣繩開始纏繞在兩支PVC管一圈後，掛上拉力計。請第三位同學來拉動，看看要施多少的力才能拉動同學(抗力)。
(3) 再纏繞第二圈後，觀察拉力計上的讀數，看看要施多少的力才能拉動同學(抗力)。
(4) 再纏繞第三圈後，觀察拉力計上的讀數，看看要施多少的力才能拉動同學(抗力)。
5. 請學生對所觀察到的實驗結果進行描述，並發表結果。 -
5分鐘三、 原理說明
1. 「定滑輪」：優點是組裝方便、可以改變施力方向，但缺點是無法省力；「動滑輪」：優點是可以省力、施力與物體運動方向一致，但缺點是組裝較不容易、穩定性不夠、拉出來的繩子較長等等；「滑輪組」：優點是能更加省力、施力方向可靈活變化，但缺點是組裝較不容易、穩定性差、拉出來的繩子更長、價格變化更大等等。
2. 將滑輪組的三個定滑輪由垂直式的結構改變為水平式的，且合併到同一口徑PVC管上，改善一些缺點。相同的，三個動滑輪也是合併到第二支PVC管上，改進不穩定的因素。
3. 繩子的問題：細繩、軟繩密合度較好，但摩擦力較大，所以改用塑膠曬衣繩使得摩擦力較小一點。
4. 補充：
(1) 能量損失：機械效率=有用的功（物體獲得的能）/輸入的功x100%
(2) 省力程度：機械利益=抗力（物體重量）/施力 -
5分鐘四、 問題與討論
1. 纏繞一圈、兩圈、三圈時，哪一種情形較省力？
2. 請說明何者是動滑輪的變形？
3. 想要越省力時，所拉出來的繩子長度將會越長還是越短呢？
4. 「滑輪組」具有圓形的輪子隨繩子轉動，二支（PVC管）卻是不能轉的，要如何說明其中的差異呢？
5. 摩擦力會出現在哪裡呢？為什麼一般的「滑輪組」很少提到摩擦力呢？
6. 改變繩子長短或兩位同學的距離等等因素，會影響實驗結果嗎？
7. 有可能只利用兩位同學或是僅剩下一位同學來操作實驗嗎？困難度會增加還是減少？
8. 從「滑輪組」的優缺點來看，似乎可以以「小女子拔河器」來改進、替代，但是從人數上卻增加了，你認為有效益嗎？哪一種方案比較好呢？