關於此實驗
剪一條長紙，摺出兩片機翼，再夾上一個迴紋針。放手後，它會像槭樹種子一樣慢慢旋轉著落到地面。是什麼讓它下落得更慢？試著製作機翼更長或更短、迴紋針更多或紙更厚的紙直升機，從測量桿上放下它們，並用碼錶計時。記錄每次下落，重複測試，並確認每次測試都公平：一次只改變一個條件。
學習目標
- 規劃公平測試：只改變一個變因，其他變因保持不變
- 測量下落時間並記錄在表格中
- 重複測量並計算平均值
- 描述機翼長度和重量如何改變下落時間
- 解釋空氣阻力會使下落的物體減速
使用方法
- 1讓一個機翼長8 cm、帶1個迴紋針的直升機模型下落三次。每次的時間完全相同嗎？為什麼不同？
- 2只把機翼長度改為6 cm，然後讓它下落三次。接著試試10 cm和12 cm。
- 3看圖表。機翼越長，下落時間會如何變化？
- 4保持機翼長8 cm，分別嘗試帶0個、2個和3個迴紋針。先預測，再測試。
- 5試試用卡紙代替印表機用紙。較重的直升機模型下落得比較快還是比較慢？
- 6開啟預測線。你的結果符合預測線嗎？
模型
假設
- 直升機模型由紙剪成：有兩片寬3 cm的機翼，機身為3 cm × 8 cm。每個迴紋針的質量為0.5 g。
- 旋轉的機翼如同一個圓盤，其半徑等於機翼長度，阻力係數為1.3，因此下落速度與真實的紙製直升機相近。
- 每次碼錶讀數都包含少量由人工計時造成的隨機誤差，但同一架直升機在相同的下落次數下總會得到相同的讀數。
- 直升機一放手就開始旋轉，周圍空氣保持靜止。現實中，沒有迴紋針的直升機可能會搖晃或翻滾，而不是旋轉。
在課堂上試試這個實驗
- Q1為什麼每架直升機都應該多次下落？
- Q2一名學生同時改變了機翼長度和迴紋針的數量。為什麼這項測試不公平？
- Q3一架直升機的下落時間分別為2.4秒、2.6秒和2.5秒。平均時間是多少？
- Q4哪架直升機會在空中停留最久：機翼較長且不加迴紋針的，還是機翼較短且加三個迴紋針的？
- Q5槭樹和楓樹的種子如何運用相同的原理？
常見問題
直升機為什麼會旋轉？
下落時，空氣會從機翼下方向上推。由於兩片機翼朝相反方向摺疊，作用在每片機翼上的推力會稍微偏向側面，這兩個推力會使直升機旋轉。旋轉的機翼能接住更多空氣，從而減緩下落。
為什麼機翼越長，下降得越慢？
較長的機翼旋轉時會掃過更大的空氣圓面，因此空氣阻力更大。它們也會稍微增加重量，但增加的空氣阻力影響更大。
為什麼還要加迴紋針呢？
迴紋針能讓重物處於較低的位置，使直升機保持直立並旋轉，而不是翻滾。迴紋針太多會讓它變重，因此下降得更快。