國中生活科技教學-以手擲機為例

 新北市立光復國民中學  教務主任  陳錦文   

國中生活科技課向來是學生最喜歡的課程之一，因為可以讓學生動手操作，印證理論和實務，讓學生樂在學習。又有分組合作學習，可以分工和討論，容易讓學生留下深刻的記憶。學生學習實作過後，除了成品的即時回饋，也可以報名參加國立科學工藝博物館辦理的手擲機飛行大賽，或是創意發想解決問題，整理實驗數據報名科展，都是不錯的選擇。

以下以手擲機的製作教學為例，說明如何引導學生在學習原理與製作後進一步往科展的方向邁進。

一、 科學原理：

(一) 首先老師示範一個小實驗，手拿一張長條形紙條，嘴巴在紙條上方平行吹氣時，發現紙條尾端會飛揚起來，問問看學生為什麼會這樣？並且要學生也拿一張紙條出來，做相同的實驗。看看大家實驗的結果是不是一樣？

(二) 老師舉一個例子，當颱風天時，風吹過屋頂，有些瓦做的屋頂會被掀起，這是什麼原因？

(三) 老師介紹白努力定律，說明當氣流速度很高時，壓力會變小。流體的流速v、密度ρ、高度h、壓力P之間滿足以下關係：P + ρv²/2+ρg h =常數。若高度相同，流速變大時，壓力會降低，因此當屋頂上方氣流迅速通過時，屋頂上方壓力會變小，屋內空氣壓力相較較大，所以屋頂會被掀起，紙條上方平行吹氣尾端揚起也是同樣道理。

藍色區域為機翼剖面圖，箭頭方面為相對風流方向，α為機翼之翼弦與相對風流之夾角；又稱為攻角。機翼要有升力，則必須要有攻角或是弧（camber）。有弧度的機翼，在攻角0度時，就有升力。而對稱翼不具弧線，所以在攻角0度時沒有升力，必須要有攻角，機翼才能提供升力。

老師在介紹完手擲機飛行原理後，可以接著丟擲手擲機，請同學觀察手擲機的飛行路徑，接著根據不同的飛行路徑向同學提問下列問題：

Q1:手擲機飛行時會往下降，請問是受到哪一個力的作用?

Q2:手擲機飛行時往前的速度會愈來愈慢，請問是受到哪一個力的作用?

Q3:手擲機飛行時會往上飛，請問是受到哪一個力的作用?

Q4:升力是如何產生的?

二、材料與工具

儘量使用在市面上可以買到的材料，或可以使用替代品，例如巴爾沙木(飛機木薄片0.1*8*100cm、厚片0.3*30*24cm) 可以在美術材料店買到，鉛條(0.1*1.5*10cm) 如果在釣具店買不到也可以用迴紋針代替。另外美工刀、砂紙(240目)、雙面膠、筆、直尺、寬透明膠帶等，都是常見的文具用品。

三、製作前注意事項

(一)機翼的展幅與機身長度大約為1比0.85。

(二)為使飛機形狀美觀，並減少空氣阻力，機身可以加工研磨成為流線型。

(三)手擲機完成後應在機頭附近配上必要的重量(鉛片或迴紋針)，讓整架飛機的重心大約在機翼的中央偏前方的位置。

四、製作方法

(一)主翼的製作

首先將主翼的平面形狀用原子筆畫在巴爾沙木上（注意對稱），亦須標明中心線，再用美工刀沿外型線將主翼切割下來。

由於巴爾沙木質地較軟，故須注意刀鋒是否足夠銳利，切割時先沿線輕劃，再逐漸施力直到切斷為止，如此才不易切壞巴爾沙木。

(二)水平尾翼的製作

首先將外型畫在巴爾沙木上，沿線切割下來，再用細砂紙將邊緣磨成斜角。

(三)機身的製作

將機身外型畫在木條上，並標示出主翼與水平尾翼的位置。然後將機身切割下來，並將前緣加以摩擦以減少空氣阻力，注意主翼與水平尾翼與機身接合的位置不要磨成圓角，以利後續的接合。

(四)組合

用雙面膠黏在機身、機翼、水平尾翼上，加以組合。

(五)配重

剪一段鉛片（或迴紋針）用膠帶黏在機頭的地方，將重心調整在設計的位置，一般約在翼前緣50﹪~80﹪處。

(六)試飛

找一個無風的地方，把飛機握在重心處，往前並且稍微朝下投擲出去，無須太用力。注意使機身軸線與投擲方向是一致的，然後觀察飛行的軌跡，如果初始軌跡向下墜則須減輕配重，如果初始軌跡水平則無須再調整配重，如果初始軌跡向上則須增加配重。

(七)滑空比

滑空比＝飛行距離/下降高度，滑空比愈大愈好

五、研究與討論

1.不同攻角對手擲機飛行升力的影響？

2.翼型電腦飛行模擬軟體(foilism)理論與實際值的差異。

3.手擲機飛行升力如何測量？

4.風洞如何設計？

5.實驗數據的解釋?