以背景知识为本的探究教学活动-maxwell's wheel 和yo-yo

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1、物理教育學刊以背景知識為本的探究教學活動-Maxwell’swheel和yo-yChinesePhysicsEducationo712008,第九卷第一期,95-1082008,9(1),95-108以背景知識為本的探究教學活動-Maxwell’swheel和yo-yo邱韻如長庚大學通識中心物理科（投稿日期：民國97年5月6日，修訂日期：97年8月4日，接受日期：97年8月11日）摘要：Maxwell’sWheel是一種示範教學器材，它的原理和YoYo球很類似，當輪子滾到最下端時，會再滾上來，並往復運動。研究者以學習環的模式針對數位高中資優班學生、大學理工科系學生及研究生等以學

2、習環三階段的教學模式進行一對一深入面談，除診斷學生的迷思概念之外，更依據學生背景知識的不同，提出不同的問題，引導學生增廣並重新建構其背景知識。從研究中發現，藉由Maxwell’sWheel和yoyo除了展示機械能守恆之外，透過適當的教學策略，可以診斷出學生對力、速度、加速度等迷思概念，可以幫助學生學習思考轉動力學等相關概念，還可以連結到牛頓力學的許多概念及電磁學的馬克斯威爾方程式。關鍵詞：反作用力、力矩、馬克斯威爾方程式、認知衝突、背景知識壹、前言速度運動嗎？上升時的加速度跟下落時加速度的大小一定一樣嗎？整個過程中，張力會Yo-yo(溜溜球)是許多人都熟悉的玩保持一個定值嗎？尤

3、其，yo-yo球必須用手具，它旋轉到底時可立即反轉向上爬的現來操作，而且轉得很快，不僅不容易用眼睛象，常讓很多人為之好奇。從作者的教學經觀察其實際運動，看不出是否是等加速度運驗中，發現談論yo-yo物理機制的資料並不動之外，更不容易估計及測量手的施力。多，雖然普物課本上有相關的推導(類似圖Maxwell’swheel是一種示範教學器材，1)，利用力矩、轉動慣量、角加速度等概念在國外的許多物理儀器購物網站都有販售，可以很快的計算出yo-yo下落時的加速度，但目前國內似乎還無人引進。當Maxwell’s計算過程雖不繁複，但是總感覺無法真正解wheel輪子滾到最下端時，會再滾上來，並

4、答心裡的疑惑。例如，下落時，真的是等加往復運動，這和yo-yo極為類似。Maxwell’s96邱韻如圖1：下落時yo-yo球的力圖及相關計算圖2：Maxwell’swheel1wheel優於yo-yo的地方在於可以排除手的扯鈴很像。拉力，除了便於觀察操作與探討，還可以結二、Maxwell’sWheel可以展示哪些物理合感測器連接電腦讀取數據，瞭解其運動的原理?變化。從網路上可以搜尋到一些國外物理儀器貳、文獻探討及大學的示範教學網站對Maxwell’swheel的介紹。這些網站都提到可以用這個器材展示一、Yo-Yo的起源機械能守恆的原理，或是動能和位能的轉換，但並非每個網站都明確

5、提到這裡的動能Yo-yo緣起於2000多年前的中國和希必須包括轉動動能。一些網站除了位能、動臘。一直以來，溜溜球的繩子都是緊緊的綁能轉換外，還提到其它物理量，如角動量、在軸上，讓球盤旋轉到底時可立即反轉向上動量、力矩等。大部分網站說可以展示能量爬。距今約400年前，菲律賓的溜溜球迷將守恆，但有的會提到能量會損失是因為摩擦繩子鬆鬆地圈過軸，讓球盤能停在底部空轉2力。其中一個網站特別提到Maxwell’swheel(又稱為『懸停』或『sleep』)，這項創舉造在底部反彈上升的情形近似於彈性碰撞。就了許多特技。後來一位菲律賓商人(PedroFlores)移民到美國後，於1928年開始

6、製造溜三、Maxwell’sWheel跟Maxwell究竟有溜球，帶動美國第一波溜溜球流行風潮。1932什麼關係?年，商人鄧肯(DonaldDuncan)買下這家公這裡的Maxwell指的是物理上統整電磁司，廣辦比賽來提高知名度，並註冊了yo-yo學理論的大師馬克斯威爾(JamesClerk這個商標。1980年代末期和1990年代，幾Maxwell,1831~1879)嗎？作者在搜尋各個儀家公司進行了一連串修改，例如加重邊圈、滾珠軸承和離合器等，使得yo-yo空轉的時間1扯鈴的英文名稱就叫Chineseyo-yo。大幅增加(Fischetti,2004)，玩家們就由此發展2網址

7、是：出更多高技巧的特技，這些特技看起來和http://www.4physics.com/catalog/product_info.php/products_id/294以背景知識為本的探究教學活動-Maxwell’swheel和yo-yo973器及教學網站時，並沒有找到相關答案，後一樣的。馬克斯威爾在1865年這篇文章的來在北愛爾蘭Tombe教授的一篇文章中第三部份，寫下了著名的電磁學方程式，共(Tombe,2007)，找到了端倪。Tombe以馬克有20個，分為八組。目前教科書中的馬克斯斯威