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30

9月

中秋節學物理:月到中秋份外明?

17:10

by 生化老師

常言道:「月到中秋份外明?」,但看來,月明已較去年昏!

在一般學習中秋節的課題上,大都是充滿著神話般的色彩,當中包括不少有趣的課題如嫦娥奔月,吳剛白免等,你又有否想到背後一些有趣的科學及物理問題呢。

圖片引用自http://hiphotos.baidu.com/changel/pic/item/7c00a08be499e7749e2fb439.jpg

嫦娥是如何應用仙丹,使自己能夠反地心吸力衝出大氣層的可能性,是否可以應用牛頓力學第三定律作解釋呢?但這樣可能使神話變得不再有趣, 故暫且不談,有機會可以跟大家再探討一下。

原來在另一方面,月亮除於這些有趣神話外,在它的光源及距離,已是我們當中可探究許多物理及科學的事情。

月亮小百科

本年9月14日晚上，月亮距離地球距離為38.1萬公里，差不多在近地點和遠地點中間。

在兩年多前的研究,發現月亮漸漸距離我們愈來愈遠, 與四億多年的距離更有43% 之差了。由此可見,地球與月球這個衛星的引力漸漸縮減了。在距離測量上,可應用物理的方式作計算及測量。

原來在1969年,太陽神17號太空於月球放了一面鏡子; 而相關試驗稱為月球激光測距實驗。可看相關於Google Moon 的圖片:

相關網頁:

http://www.google.com/moon

http://www.hq.nasa.gov/alsj/a11/images11.html#5952 Source: ALSJ (AS11-40-5952)

(註:太空人於月球還放了什麼呢?可於回應欄中試行解答,將於九月十九日公佈答案.)

以下便是應用物理的測量方法及公式:

$v = \frac{d}{t}$

v = 速度;d = 距離(由於計算來回距離,故將距離除於二);t=時間

Note that "v" is the variable for speed which will be a constant

· speed of light in vacuum (symbol c) is one of the natural units

c = 299,792,458 ms^-1

$c= \frac{d_1}{t_1}$ (於1969年時,所進行的距離測試)

$c= \frac{d_2}{t_2}$ (於本年度時,所進行的距離測試)

將兩次距離測試的結果,計算相差,這樣,我們便能得出兩者之間距離的分別了.

數據顯示，月球和地球之間的距離每年增加3.8公分。而月球激光更能夠提供有關地球引力、潮汐和大片陸地的數據。

資料來源:http://www.epochtimes.com/b5/7/12/14/n1942604.htm

當然,由於月亮的距離與地球遠了,光亮度一定受到影響;但亦同時反映著地球引力的失衝及對生態上的影響等等.這都是我們需要注意。

看來,今年在月下吃月餅時;亦要深思一下,如何有效保護我們的環境了。

最後,亦向各位師生送上中秋節的祝福:

月很圓，花更香，保重身體要健康；魚在遊，鳥在叫，願你天天哈哈笑；歡樂多，憂愁少，祝中秋節快樂！

網上科學教育:

在科學教育上, 科學知識於網上流通變得愈來愈快;但由於互聯網上的資訊太多, 有效選取一些學習有關的網頁,將能更有效提升學習科學效能。.

故此,以專題形式,介紹有關學習科學的網頁;使學習科學變得更有趣味。

延伸閱讀:

物理問題討論區- 月亮正遠離地球

辽宁省科学普及网—月亮正遠離地球

刊登於星情共享, 3.課程資源, a.必修部分, 2.力和運動, b.選修部分, 1.天文學和航天科學 | 我要回應 »

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19

12月

自由落體運動之虛擬實驗

14:12

by 生化老師

URL: http://www.seed.slb.com/labcontent.aspx?id=10206

自由落體運動

物體只在重力的作用下，從靜止開始下落的運動叫自由落體運動。

虛擬實驗

在應用虛擬實驗配合物理教學，在互聯網均有不少網站提供相關虛擬實驗致教師使用；其中包括PhET物理教育模擬實驗網站及台大物理教學示範實驗教室。

就以自由落體運動為例，有沒有想過以伽利略的角色於比薩斜塔做了著名的自由落體試驗？我們只需進入Galileo Drops the Ball的網址；便能有效的展示及令學生體會到這試驗原理，不單增加學習趣味，更使學生是認識到科學探究背後的理論及歷史。

透過虛擬實驗，能有效整合資訊科技及科學實驗教育，教師能展示及分析實驗之詳細理論，又能讓學生嘗試操作，協助提高學生探究及理解能力。

當然，在虛擬實驗示範後，亦需由學生親手操作實物，才能提升他們對科學實驗興趣。

e.g. The “Learning”Tower

URL: http://www.nd.edu/~ysun/Yang/PhysicsAnimation/collection/freefallP.swf

自由落體運動 (知識增潤) <引用自http://baike.baidu.com/view/600.htm>

偉大的物理學家伽利略用簡單明了的科學推理，巧妙地揭示了亞里士多德的理論內部包含的矛盾。他在1638年寫的“兩種新科學的對話”一書中指出：根據亞里士多德的論斷，一塊大石頭的下落速度要比一塊小石頭的下落速度大。
假定大石頭的下落速度為8 ，小石頭的下落速度為4 ，當我們把兩塊石頭拴在一起時，下落快的會被下落慢的拖著而減慢，下落慢的會被下落快的拖著而加快，結果整個系統的下落速度應該小於8 。

但是兩塊石頭拴在一起，加起來比大石頭還要重，因此重物體比輕物體的下落速度要小。這樣，就從重物體比輕物體下落得快的假設，推出了重物體比輕物體下落得慢的結論。
亞里士多德的理論陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推斷重物體不會比輕物體下落得快。伽利略曾在著名的比薩斜塔做了著名的自由落體試驗，讓兩個體積相同，質量不同的球從塔頂同時下落，結果兩球同時落地，以實踐駁倒了亞里士多德的結論。
伽利略認為，自由落體是一種最簡單的變速運動。他設想，最簡單的變速運動的速度應該是均勻變化的。但是，速度的變化怎樣才算均勻呢？他考慮了兩種可能：一種是速度的變化對時間來說是均勻的，即經過相等的時間，速度的變化相等;另一種是速度的變化對位移來說是均勻的，即經過相等的位移，速度的變化相等。伽利略假設第一種方式最簡單，並把這種運動叫做勻變速運動。

相關互動教材

自由落體 - 專題 - 物理廊

START Investigate Free Fall Motion Definition

http://www.seed.slb.com/en/scictr/lab/index_virtual.htm (Science Lab | Virtual Lab)

刊登於 3.課程資源, a.必修部分, 2.力和運動 | 我要回應 »

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30

9月

神七出艙問天。漫步太空實現

01:48

by 生化老師

在九月二十七日下午16:43分，神七太空人翟志剛在與劉伯明及景海鵬協作下，在茫茫太空中走出中國人的第一步，並展示中國國旗，象徵中國航天科技邁向新領域發展和突破。

圖片引用自http://hd.cctv.com/special/C22070/17/index.shtml

除實現太空行走外，翟志剛出艙後, 通過解鎖提拉，把在飛船外的實驗樣品拿到手裡，帶回返回艙內。

當中的步驟看似簡單，但實在卻十分困難，以下為太空行走的網上片段:

引用自http://hk.youtube.com/watch?v=7W8U1KMm7Gc

固體潤滑劑實驗小百科:

實驗的目的是為了把這些經過太空暴露的材料 (固體潤滑劑)，帶回地面的實驗室進行化學研究，觀察空間環境對材料的作用，同時還將把它們與地面進行模擬實驗的材料進行對比。研究有關物料對抗紫外光的關係。

原來神舟飛船和航天員並不像是在電視畫面中的靜止狀態，其實是在高速轉動，一秒鐘相對地球來說走八公里。但為什麼在飛行時，看不到太空人翟志剛在加速飛行呢?

這都是由於慣性的關係。

但慣性是什麼?

據牛頓第一運動定律，慣性是一切物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止。

物體之所以保持靜止或勻速直線運動，是在不受力的條件下，由物體本身的特性來決定的。物體所固有的，保持原來運動狀態不變的特性叫慣性。物體不受力時所作的勻速直線運動也叫慣性運動。

在互聯網上，亦有不少介紹慣性的物理現象短片，以下便是其中一些例子:

七個慣性實驗:

引用自http://video.google.com/videoplay?docid=3493831395462934634&hl=zh-TW

有趣的FLASH動畫::

故此，在神舟太空船高速運行時，太空人在艙外的速度也是達至相同速度的，故在神舟飛船的拍攝時，太空人與飛船均是在靜止狀態。

其實，早在三百年前，伽利略也曾經專研過這個問題，故牛頓曾經說過： “我是站在巨人的肩膀上才成功的。 ”這句話就是針對伽利略的。所以牛頓概括了前人的研究結果，總結出了著名的牛頓第一定律。
引用自http://baike.baidu.com/

以下為慣性與物理的一些發展歷史:

力與運動

·         兩千多年以前，人們開始注意運動與力的相互關係

·         亞里斯多德認為沒有力的作用物體就要停下來

·         伽利略認為物體一旦有了速度，除非有外力作用不然速度不會改變。

·         牛頓把伽利略的結論加以延伸

牛頓第一運動定律：若物體不受外力作用或所受外力和為零，則靜者恆靜，動者恆作等速度直線運動。

延展閱讀:

在太空裡，航天員在飛船上時，能坐享其成擁有這個高速，而在太空微重力條件，無動力的飛行狀態下，即便宇航員脫離飛船被“拋入”太空時，他依舊能夠靠慣性運動，繼續享有這樣的高速繞地球運動，因此相對於地球，宇航員太空行走的速度和他在艙內行走的速度是一致的。

（據“金陵晚報”報導）引用自http://www.hljnews.cn/

相關網址:

1. 慣性

2. 慣性、慣性現象案例- 慣性、慣性現象課件

3. 阿Samn的物理課本

4. 在初中課堂上教授慣性和反作用力的一些實驗設計

刊登於天文資訊, 3.課程資源, a.必修部分, 2.力和運動, c.物理科探究研習 | 我要回應 »

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26

9月

神七發射成功。中國創新里程

02:35

by 生化老師

在九月二十五日九時十分，長征二號F型運載火箭點火，神舟七號飛船在酒泉衛星發射中心升空。透過不斷的分段攀升，中國航天將達至前所未有的新一頁。

圖片引用自中國網 china.com.cn　

在火箭升空的一剎，透過逃逸塔等的分離,應用高速噴出熱流的反作用力，帶動火箭的推進力。這都是應用牛津第二及第三定律的成果。

圖片引用自Tsiolkovsky rocket equation - Wikipedia, the free encyclopedia

但除此以外，火箭升空的背後，不能不提及有關主宰火箭運動最重要的方程式—Tsoilkovsky火箭方程。是於1903年由前蘇聯科學家Konstantin Tsoilkovsky所提出，方程指出火箭可獲得的速度，純綷由火箭本身的質量、攜帶燃料的質量及燃料的噴射速度決定。透過應用公式，便能準確計算火箭升空所需的速度及燃料質量等。

以下為Tsoilkovsky火箭方程的一些基本內容:

英文版:

Tsiolkovsky’s rocket equation, or ideal rocket equation is named after Konstantin Tsiolkovsky, who independently derived it and published in his 1903 work^[1], considers the principle of a rocket: a device that can apply an acceleration to itself (a thrust) by expelling part of its mass with high speed in the opposite direction, due to the conservation of momentum.

The equation relates the delta-v with the effective exhaust velocity and the initial mass and the end mass of a rocket.

For any such maneuver (or journey involving a number of such maneuvers):

where:

$m$ $0$ is the initial total mass, including propellant, in kg (or lb)

$m$ $1$ is the final total mass in kg (or lb)

$v$ $e$ is the effective exhaust velocity in m/s or (ft/s) or

is the delta-v in m/s (or ft/s)

引用自Tsiolkovsky rocket equation - Wikipedia, the free encyclopedia

在解釋有關火箭方程，互聯網上有對此方程作深入淺出的講解短片:

引用自(物理_火箭方程式 - AOL Video)

在相關火箭及其方程教學資源上，教育局和中大理學院提供了以下優質的教

材:

航天器動力系統 - 火箭引擎

地球與太空

各教師亦可製作簡單的火柴火箭，使學生更易理解有關方程及原理。

可參考專題活動：火柴火箭

隨中國航天技術發展，有關技術亦將不斷提升，有科學家亦提出應用天梯進行太空探索，令人們能更快奔向天際。

圖片引用自<Space elevator>

相關資料及延展閲讀:

Space elevator

Ideal Rocket Equation

物理教案－火箭

下載文件檔資源

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標籤：天梯, 火柴火箭, 火箭, 神舟七號

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19

9月

神七升空在即。校本科探活動

19:22

by 生化老師

在距離神舟七號升空,還有約一個星期,各界亦開始馬不停蹄地報導有關神舟的資訊及最新消息,這亦是讓學界認識航天科學的好機會。

在常識科及初中科學科亦中亦有涉及航天的課題,但由於是次神舟七號升空規模及影響重大,故於不同級別舉行有關神舟主題教學活動,如航天科技日等。建議可在不同的級別設立不同的專題活動,以下是一些建議活動:

初小:

可進行航天科技畫比賽,透過應用神舟七號資訊,啟發學生對航天科技之聯想。優秀作品更選取作參加科技畫比賽,如香港青少年科技創新大賽08-09 (第11屆)。

高小:

可進行火箭實驗創作設計比賽等活動,提升學生進行科學探究的能力。

初中:

可設計太空航天科學作品設計比賽;應用已有航天知識,設計未來的神舟飛船,並加入動力及環保等原素。。

高中:

透過神舟七號所應用的不同科學理論,製作、設計或模疑當中實驗,如太空空間及物理創作實驗等,更可拍成短片,利用EdBlog製作網上實驗探究平台。(可參見物理實驗視訊，科創探究教學)

神七網頁推介

在互聯網中,亦有不少與神七相關的主題專輯網頁,以下便是其中一個優秀網頁: 神舟七號載人航天。它提供了有關新聞、遊戲、壁紙、升空及太空漫步模疑動畫等資料。

圖片引用自http://news.sohu.com/s2008/shenzhouqihao

圖片引用自http://news.sohu.com/s2008/0846/s259593681/


<遊戲:組裝飛船>		<從月球看地球>

< 神七壁紙下載>		<太空漫步模疑動畫>
引用自http://news.sohu.com/s2008/shenzhouqihao

於教育局科學組及教城亦將分別提供了「航天科學與科技網上學習資源」和「神七啟航、勇闖高峰」專題網頁。期待各教師於這次神七升空,有效運用網上學習資源,使學生能更投入是次活動。

刊登於 1.觀星遊蹤, 3.課程資源, a.必修部分, 2.力和運動, b.選修部分, 1.天文學和航天科學 | 我要回應 »

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8

9月

創作物理教具，科學探究啓航

19:59

by 生化老師

於認識科學家與物理學家探究科學的過程，知道他們原來大多都不是學習科學出身的，他們是透過觀察，對感興趣的課題加以研究，配合所學的知識，才有許多不同的理論及科學創新意念。

雖然，他們的探究過程，也許不像我們為牛頓觀察蘋果發現萬有引力的故事有趣，但能透過簡單的實驗及工具製作，也能有效提升對事物及科學有更深的了解。

在校內，於實驗課堂中，我們多以供應商提供的實驗教材為主。但同時，原來透過簡單的用具製作，也能做到實驗工具所需要的相同效果，以下便是製作有關實驗教具的一些器材資料網頁：

l 2008物理教學及示範研討會(上)

l 2008物理教學及示範研討會(下)

例：平拋與自由落體的運動獨立性的實驗

l 實驗教材製作：

l 材料：
(1)鐵尺：1支
(2)硬幣或小球：2個
(3)厚紙：1張

<材料>

<製成圖>

<操作圖>

以上資料及圖片內容引用自物理學科中心及阿簡生物筆記 2008物理教學及示範研討會(上)

n 自由落體各物理量關係

如果下落時間為t，瞬時速度為v_t，位移為X，g為重力加速度，則有以下關係：

參見加速度與重力加速度。

引用自自由落體 - 維基百科，自由的百科全書

原來透過製作教具，不單能令我們加深認識物理背後的原理，也能使學生更投入科學創作，你也會嘗試自己製作教具嗎? 傳說1590年伽利略曾在比薩斜塔上做自由落體實驗，他也是應用簡單的工具，便能發現偉大的物理理論。

相關及參考文章：

刊登於常見問題, 3.課程資源, a.必修部分, 2.力和運動 | 我要回應 »

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20

7月

設網上心智圖。組織物理概念

01:04

by 生化老師

在進行物理構思及統整概念等過程，建立腦圖或心智圖 (Mindmap 等應用工具，能有助於物理教學及學習。在一般情況的應用層面上，我們只需應用簡單的工具，如一枝筆及一張白紙，便能製作一幅簡單的腦圖，但當需要作出修改、分享和應用時，總有很大的局限性，令有關概念圖能有效地展示及應用。

隨互聯網Web 2.0知識分享技術的進步，網上知識分享的心智圖(On-line Mindmap)已開始被廣泛應用，物理教帥不單可應用網上心智圖建構及統整概念，加以向學生展示；亦可變為學生探究研習的工具，歸納課堂所學。更重要的是由於加入了知識分享的Web 2.0原素，可於網上不斷增潤及分享知識，有效建構物理概念等知識。

以下便是應用網上心智圖製作有關的Conservation of Momentum概念圖例子：

取材及修改自(HyperPhysics: Conservation of Momentum)

	標題	Text 2 Mind Map
	網址	http://www.text2mindmap.com/
摘要	轉換你所需輸入文字或關鍵字清單，即時製作成網上心智圖，完成後可以下載到您的電腦作使用。

	標題	Mindomo
	網址	http://www.mindomo.com/
摘要	定位在專業的線上心智圖軟體，使用Flash介面，有強大的功能；包括 rich text 、各種節點形狀、工作待辦設定支援、圖片、基本的圖形擴散方式、節點的附註等等功能都非常的齊全，也支援多語言。

	標題	bubbl.us
	網址	http://bubbl.us/
摘要	介面很活潑，可以用拖拉Map的方式來隨意排版，而且可以設定分享的權限，更可以線上來共同編輯，輸出的格式有JPEG、PNG、XML、HTML，也提供HTML Embed code可以貼到Blog或網頁上，內容可以使用中文字型，但是存檔要用英文。

	標題	Mind42
	網址	http://mind42.com/
摘要	完全免費，而且好用的線上mindmap網站，界面簡單、直覺化，推薦使用。

	標題	mindmeister
	網址	http://www.mindmeister.com/
摘要	直接加入免付費會員就可以在網路上直接畫心智圖(沒帶notebook只要有地方上網就可以用)，還可以直接輸出成PDF或是其他通用圖檔(jpg, gif)相當好用。並且可以在畫完心智圖後直接輸入email邀請其他人(請他們也加入該網站會員)來一起編輯這個檔案，對於team work是非常方便的solution。