發明 是 可 以學 習 的 Gigo 智高 Learning Lab 學習實驗室全系列包含個人包裝及學校包裝，特點如下： 1. 課程以積木為主軸，每堂課都有積木組裝創作。 2. 跳脫傳統教學架構，遊戲競賽中學習創新。 3. 天生我才必有用，兼顧個人學習與團隊分組合作。 4. 課程由淺入深，涵蓋各國生活科學課綱，並與日常生活應用結合。 5. 用積木做實驗，零件可重覆使用，省時省力。
我們希望小朋友透過動手玩積木的過程中，快樂地學習科學知識，培養正確的學習態度及解 決問題的能力，更能將這些知識活用，進而學習創新的技巧與能力。
1
目
錄
前言
1
第 10 課 專題製作 (2)
45
目錄
2
第 11 課 雨刷
47
零件清單
3
第 12 課 火車
51
第 1 課 軌道車
5
第 13 課 大嘴巴
55
第 2 課 拉力車
11
第 14 課 割草機
59
第 3 課 氣球車
15
第 15 課 專題製作 (3)
63
第 4 課 旋轉輪盤
19
第 16 課 頑皮蛇
65
第 5 課 專題製作 (1)
25
第 17 課 旋轉吊車
69
第 6 課 機械時鐘
27
第 18 課 小雞啄米
73
第 7 課 角度測量儀
33
第 19 課 放大繪圖機
77
第 8 課 旋轉門
37
第 20 課 專題製作 (4)
81
第 9 課 推推樂
41
附錄
83
圖卡
2
零 件 清單 1
2
3
4
x50 x30 x10 x10
3
5
6
7
8
9
10
11
12
13
x10
x6
x5
x4
x5
x2
x4
x10
x2
14
15
16
17
18
19
x8
x4
x4
x2
x8
x8
20
21
22
23
24
x1
x5
x5
x1
x5
25
26
27
28
29
30
31
x4
x4
x4
x8
x4
x4
x2
32
33
34
35
36
37
38
39
x1
x1
x1
x1
x1
x1
x6
x2
40
41
42
43
44
45
46
x4
x4
x4
x2
x4
x4
x1
47
48
49
50
51
52
53
54
x50
x1
x1
x2
x1
x1
x1
x2
清單：找零件 - 檢查 - 核對 序號 零件名稱
品號
數量
序號 零件名稱
品號
數量
1
B-短結合鍵
7344-W10-C2D
50
28
C-20T齒輪
7026-W10-D2R
8
2
C-長結合鍵
7061-W10-C1R
30
29
C-40T齒輪
7346-W10-C1B
4
3
C-自轉軸鍵
7026-W10-H1O
10
30
C-60T齒輪
7026-W10-W5Y
4
4
C-20mm軸扣鍵
7413-W10-T1B
10
31
C-80T齒輪
7328-W10-G2O
2
5
C-軸固定鍵
3620-W10-A1D
10
32
C-160T齒輪
7026-W10-G1P
1
6
C-凸輪連結鍵
7413-W10-S1P
6
33
C-10T鍊輪
3569-W10-D2S1
1
7
C-二合一結合鍵
7061-W10-G1W
5
34
C-20T鍊輪
3569-W10-D1S1
1
8
C-單向轉接鍵
7061-W10-Y1W
4
35
C-30T鍊輪
3569-W10-C1S1
1
9
C-關節鍵
7061-W85-F1W
5
36
C-蝸形凸輪
7063-W10-A2S1
1
10
C-軸轉接器
7026-W10-L2W
2
37
C-渦桿
7344-W10-A1W
1
11
C-3孔長條
7026-W10-Q2W
4
38
C-曲軸
7063-W10-B3S1
6
12
C-3孔超長條
7413-W10-Y1W
10
39
C-底盤結合器
7026-W10-I1SK
2
13
C-3孔長條側有孔
7026-W10-X1W
2
40
C-30mmⅡ軸
7413-W10-N1D
4
14
C-3孔1/4弧長條
7061-W10-V1W
8
41
C-70mmⅡ軸
7061-W10-Q1D
4
15
C-5孔長條
7413-W10-K2W
4
42
C-100mmⅡ軸
7413-W10-L2D
4
16
C-5孔超長條
7413-W10-X1W
4
43
C-150mmⅠ軸
7026-W10-P1D
2
17
C-5孔長條側有孔
7413-W10-R1W
2
44
C-OD36mm橡膠圈
R12-07S
4
18
C-11孔長條
7413-W10-P1W
8
45
C-OD56mm橡膠圈
R12-09S
4
19
C-15孔超長條
7413-W10-Z1W
8
46
C-70mm橡皮筋
R10-02
1
20
C-15孔超長齒條
7061-W10-T2D
1
47
C-鍊條
3569-W10-B1D
50
21
C-5×5孔正方框
7413-W10-Q1W
5
48
C-160T齒輪軸芯
7026-W10-J1R
1
22
C-5×10孔長方框
7413-W10-I1W
5
49
C-2000mm特多龍線
R39-W85-200
1
23
C-5×13孔超長方框
7061-W10-U1W
1
50
C-雙動軸頭
7061-W10-S2D
2
24
C-5×15孔長方框
7413-W10-J1W
5
51
C-雙動軸芯
M10#7061
1
25
C-OD23mm滑輪
7344-W10-N3S1
4
52
C-雙動軸身
7061-W10-S3D
1
26
C-OD33mm滑輪
7344-W10-N2S1
4
53
B-扳手
7061-W10-B1Y
1
27
C-OD53mm滑輪
7344-W10-N1S1
4
54
C-8×12底盤
7125-W10-A1SK
2
組裝技巧:
這裡有幾點組裝模型的小技巧，請在組裝模型之前仔細地閱讀一遍。 X《錯誤》未留空隙
更多組裝小技巧，請參考
O《正確》有留空隙
A. 留意組裝長方架與齒輪的間距：
B. 扳手：
C. 齒輪組：
用傳動軸把齒輪安裝在長方框上時一定要讓齒輪、滑 輪、渦輪、鍊輪、凸輪、曲桿等所有智高可做力學傳 動的零件與長方框之間保持適當的距離 ( 約 1 mm)， 這樣才能將摩擦減到最低而動力的傳輸效率提昇到最 高 ( 如上圖所示 )。此外，傳動軸的凸緣必須墊後以 免齒輪掉落。
當你想要將你的模型分解開來時，可使用扳 手。操作扳手時，使用扳手的 A 端來拔除紅 色結合鍵；想要拆除自轉軸鍵時，你也可以 使用扳手的 B 端面來撬出自轉軸鍵。
在模型建置中你常可以看到幾個齒輪組裝成 一排，為了讓模型可以順暢的運作，你必須 將齒輪嚙合得很好，否則就無法讓一個齒輪 傳動的力量帶入到下一個齒輪。
4
1
軌 道 車
科學 應用
牛頓第一運 動定律
Gigi 的爸爸是一位鐵道迷，他在書房裡 收集了許多組軌道車模型。爸爸與 Gigi 分享他的收藏時，Gigi 因為好奇碰了一 下軌道車，沒想到車子居然動了起來， 甚至脫離了軌道還繼續往前跑。 Gigi 問爸爸：「為什麼軌道車脫離了軌 道，不但沒有停下來，還能往前跑呢？」 爸爸告訴 Gigi：「如果沒有受到外力的作用，原本靜止的軌道車便永遠維持靜 止的狀態；相反的，因受力而運作的軌道車就會以原來的速度繼續運作，這也 是為什麼移動中的軌道車會一直往前跑。」動者恆動、靜者恆靜，這就是牛頓第 一運動定律，也稱為慣性定律喔 ! 那車子為什麼會停呢？請小朋友想想看吧 !
生活應用
牛頓第一運動定律也叫做慣性定律，當物體 沒有受到外力，或者受到的合力為零時，運動 中的物體會繼續以固定的速度運動，而靜止的物
體繼續靜止。 例如一輛正在行駛的車子，當車子突然剎車時，車上的人會因 為想保持原有的運動方向和速度而向前傾。另外，由於質量越大，慣性 也將越大，因此體重較重的人在車子突然剎車時，往前傾的幅度會更大。
想想看
一輛正在行駛的車子，當車子突然剎車時，車上的人會如何呢？
5
零件清單 1
2
5
9
11
12
14
15
16
17
18
x20
x5
x1
x2
x1
x9
x5
x1
x3
x1
x5
19
21
24
26
40
41
44
54
x8
x2
x4
x4
x2
x1
x4
x1
2
1
mm
30
mm
30
3
×2
4
5 6
70 m
m
6
1
軌 道 車 7
9
8
×2
10 A
11 C
7
12
×2 13
×2 B
14
A
B
15
C
B
8
1
軌 道 車 16
完成
圖
模型操作影片
9
動 手驗 玩實
做做看，試著調整小車或者軌道，觀察哪些因素會 影響滑行的距離。
試試看，改造你的小車子。可在車子上放上一顆彈珠， 並 且 於 軌 道 終 點 放 置 一 本 書， 觀 察 小 車 子 滑 行 到 終 點
動手 玩創意
時，會發生什麼狀況。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
10
2
拉 力 車
科學 應用
牛頓第二運 動定律
學校十週年慶熱鬧登場了，舉辦園遊會邀集五花八門的小吃攤位以及各式各樣的 遊戲，期待讓學生們有個難忘的回憶 ! Gogo 踩著愉快的步伐想要逛遍每一個 攤位，其中推力車遊戲讓他玩得最不亦樂 乎 ! 這遊戲只要能將車子送到指定的位 置就算闖關成功。 Gogo 第一次因為推的力量太小，結果車 子只往前移動一小步就停下來。第二次又 因推的力量太大，使得車子愈跑愈快，往 前超越指定位置。懊惱的他決定再次挑戰，大口的深呼吸，仔細研究車子行徑的距 離，謹慎一推，終於驚險萬分的把推車推到指定區，挑戰成功獲得闖關小贈品。
生活應用
牛頓第二運動定律，有時也稱為運動定律。 當物體受外力作用時，沿著作用力的方向必產生 一加速度，此加速度的大小與作用力成正比，並且與
物體的質量成反比。就以我們投擲不同材質的圓球做例子，當 拿著棒球投出去時，會覺得輕輕鬆鬆就能把球投得很遠，然而當我們拿同體 積的鐵球用力投出去時，鐵球卻投不遠；鐵球跟棒球作比較，會發現棒球速度 比較快，而鐵球會慢許多，因為鐵球質量較重的關係。
想想看
日常生活中，有哪些狀況能符合牛頓第二定律？
11
零件清單 2
4
5
10
15
16
21
22
24
26
27
x8
x2
x1
x2
x1
x2
x3
x3
x1
x2
x4
41
42
43
45
49
x1
x2
x1
x4
x1
1
2
3
70
mm
4 150mm
5
10
0m
m
10
0m
m 7 1 2
6
12
2
拉 力 車 8
1 2
9
完成
圖
模型操作影片
13
動 手驗 玩實
做做看，觀察拉力車行走的速度，是否有由慢轉快 的狀況。
試試看，比較車子裝載一個橡膠輪與二個橡膠輪，車子 行走的速度有何不同。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
14
3
氣 球 車
科學 應用
牛頓第三運 動定律
Gigi 想吹氣 球 來 玩， 但在吹氣的過 程 中，不小心沒握緊，讓氣球亂飛，同時從 氣 球裡釋放出來的空氣吹在 Gigi 的臉 上頓時讓他覺得好涼快。 Gigi 發現氣球裡的空氣吹在臉上時，他 感受到一股力量。就好像發射火箭影片 中，當高溫氣體在火箭底部的噴嘴以高 速噴出時，利用噴出的氣體產生一個相反方向的力量，把火箭向上推，向外太 空發射。 氣球亂飛給了 Gigi 一個靈感，想做一台氣球車看可不可以跟火箭一樣，透過作 用力與反作用力讓氣球車動起來 !
生活應用
牛頓第三運動定律，又稱作用與反作用定律。 當施加力於物體時，會同時產生一個大小相等而 且方向相反的反作用力。作用力與反作用力大小相
等、方向相反，且作用在同一直線上，但因為作用力與反作用 力作用在不同物體上，所以不能互相抵消，兩者同時發生，也同時 消失。我們常見的發射火箭升空時，當高溫氣體在火箭底部的噴嘴以高速噴 出時，一個相反方向的力必定作用於火箭上，把火箭向上推，這就是作用力和 反作用力。
想想看
日常生活中，還有哪些地方運用牛頓第三運動定律─作用力與 反作用力呢？
15
零件清單 22
23
26
41
44
x1
x1
x4
x2
x4
1
×4
2
3
70
mm
70
mm
16
3
氣 球 車
完成
圖
模型操作影片
17
動 手驗 玩實
做做看，將氣球裝在 C-5x10 孔長方框上方的孔洞後進行充 氣，記錄氣球在不同的充氣狀態下，車子行走的距離。
試試看，幫氣球裝上粗細不同的吸管，以膠帶將氣球與 吸管緊緊的貼牢，觀察及比較車子行走的速度。
動手 玩創意
※需另外準備材料：氣球、吸管、膠帶。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
18
4
旋轉輪盤
科學 應用
科氏力
這天 Gogo 到天文館參觀。天文館裡展示宇宙探險設施，介紹太陽系各星球的 資訊，以及大小朋友都喜愛的宇宙劇場，讓觀眾有如置身宇宙星空之中。 Gogo 在互動區發現一個很有趣的地球，這個地球 是平面的而且會轉動，旁邊還有一個可以投球的軌 道，只要能將球投進地球中央的洞口就完成挑戰。 Gogo 信心滿滿將球投出 ! 沒想到投出的球居然會 自動轉彎。 解說員說明，如果地球不會自轉，那麼球的行進路 線，應該是一直線。但是，事實上地球會自轉，因此，隨著地球的自轉，對球就 會造成一種偏向力。這就是科氏力原理。 參觀天文館讓 Gogo 感覺像是經歷了一場宇宙奇幻旅程 !
生活應用
科氏力是因運動坐標系所產生的轉彎效應， 以逆時針方向穩定轉動的圓盤為例，當 A 從 一端邊緣經轉軸圓心以等速將球推給圓盤對面 邊緣的 B，自地面靜止坐標所見，球的行進路線為直線； 但由 B 看來，由於 B 的位置繞圓周作等速移動，所看到球 的運動軌跡不再是直線，球變成會自動轉彎，偏向其前進方向的右側。 事實上，球仍然保持原狀態作等速直線運動，只是我們對球加了一個假 想的科氏力來解釋其轉彎。
想想看
你知道哪些地表現象是受科氏力的影響？
19
零件清單 1
2
x10 x14
11
12
15
16
18
19
21
22
x1
x2
x2
x2
x6
x1
x1
x2
23
24
28
29
31
38
41
42
x1
x3
x1
x1
x1
x1
x1
x1
※ 需配合第 83 頁 旋轉輪盤圖卡
2 1
4
3
100
mm
20
4
旋轉輪盤 5 70mm
6
21
零件清單 7
8
9
請黏貼
請黏貼
22
4
旋轉輪盤
10
完成
圖
模型操作影片
23
動 手驗 玩實
做做看，將軌道對準地球中央的洞口，接著轉動地球輪盤，試 著將彈珠放入洞口，並可在彈珠上沾染顏料後，於軌道上釋放 彈珠使它在模型上滾動，觀察彈珠行進的軌跡。
試試看，以順時針與逆時針方向轉動模型，觀察彈珠行 進軌跡是否有不一樣的變化。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
24
5
專 題 製作 1
綜合前面所學，製作橡皮筋迴力車，比較誰的車子走得遠。
25
1. 軌道車
2. 拉力車
3. 氣球車
4. 旋轉輪盤
模型 回顧
設計 規劃
我的作品照
評 自我
量
1
2
模型設計
模型創作
3 競賽獲勝
26
6
機械時鐘
科學 應用
齒輪
Gigi 的爺爺家中有一座機械時鐘，在現在都是電子 手錶的時代，機械時鐘是一個很難得可以看到的東 西呢！每次 Gigi 到爺爺家的時候，不時會看到爺爺 幫這個時鐘轉上發條，原來！傳統機 械鐘是靠發條 的鬆弛作為動力，必須 定 期為鐘轉上發條，才能讓 它周而復始地精準報時呢！ 爺爺也經常告訴 Gigi，作為記錄時間的工具，鐘錶 自出現那一天起，就成為一種人們生活中不可或缺 的物品，不論是年代久遠的老式鐘錶還是現在流行的華麗新款，每一件都經 過縝密設計、嚴格生產的鐘錶也代表著某個時代的工藝與科技，是人類文明 和工業文明的象徵喔。
生活應用
傳統機械鐘靠主發條的鬆弛作為動力，並依 靠精確的機械齒輪的結合，進行計時的工作。 當主發條釋放出力量時，大型的齒輪即帶動咬合
的小齒輪，控制分針齒輪與時針齒輪的運動，產生整個時 鐘的運轉。
想想看
傳統機械鐘與電子手錶，你覺得兩者有什麼差別呢？
27
零件清單 2
3
4
10
12
14
15
16
18
21
22
x7
x2
x2
x2
x4
x1
x2
x1
x1
x2
x1
24
28
29
30
32
41
46
48
x2
x3
x2
x1
x1
x1
x1
x1
50
51
52
54
x2
x1
x1
x1
※ 需配合第 84 頁 機械時鐘圖卡
1
2
3
4
28
6
機械時鐘 6
5
7
70
mm
8
9
29
10
11
請黏貼
請黏貼
30
6
機械時鐘 13 後視圖
12 後視圖
請插入 40T 齒輪 A 孔
完成
圖
模型操作影片
31
動 手驗 玩實
調整齒輪比以改變旋轉速度，觀察對機械時鐘的轉動有 何影響？
動手 玩創意
試著改造機械時鐘模型，讓它變成一個大笨鐘。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
32
7
角度測量儀
科學 應用
蝸 輪應 用
Gogo 想用紙箱替自己蓋一座秘密基地，很開心的拿著紙筆及測量工具，像建 築師一樣塗塗改改設計了起來。 他想設計 一 個很特別且具有角度的屋 頂，於是右手拿著工具量角度，左手拿 著筆標示位置，同時又要固定紙箱，實 在讓他感到手忙腳亂。 有沒有什麼好方法可以解決 Gogo 的問題呢？他靈機一動想到可以利用蝸桿 不能被反向驅動的特性，於是 Gogo 使用角度量測儀，固定在想要的角度，並 用一隻手就能進行測量，另一隻手輕鬆的標示位置和角度。
生活應用
想在小型的機構，實現減速和改變傳動方向 及高力矩時，最簡單的方法就是使用蝸輪與 蝸桿。蝸輪蝸桿原理簡單，由外觀看上去很容易聯
想到升降方面的功用，它有個很大的特色就是可以將力放 大，意即減速增扭，所以在升降機上可以只用較小型的馬達就可產生很 大的力矩運送物品，再來有個很重要的特性，就是蝸桿不能反向驅動， 所以當緊急狀況發生如停電時，蝸桿會產生自鎖，可作為一安全裝置。
想想看
蝸輪與齒輪功能上有哪些不同？
33
零件清單 1
x2
2
5
10
x8
x1
12
x1
19
22
24
x3
x3
x2
x4
30
37
38
41
x1
x1
x1
x2
※ 需配合第 85 頁 角度測量儀圖卡
m
1
70m
2
3 m
m 70
4
34
7
角度測量儀
5
6
完成
圖
模型操作影片
35
動 手驗 玩實
做做看，運用角度測量儀，在黑板上標示出夾角 30 度與夾角 60 度的位置。
試試看，同樣使用蝸輪機械，將模型改造為柵欄機。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
36
8
旋 轉 門
科學 應用
棘輪應 用
Gigi 回家的路上，經過 超級市場，看到維 修人員正在進行旋轉門維修保養作業。他 很好奇，就近觀察，Gigi 發現旋轉門一次 只能有一人進出。而且這種旋轉門很特別， 只能往一個方向旋轉，不能往反方向旋轉。 Gigi 忍不住向維修人員提問，為什麼旋轉 門只能往一個方向轉動呢？維修人員解釋 說：「旋轉門使用棘輪機構，由棘輪和棘爪組成的一種單向間歇運動機構。當棘輪逆 著棘爪滑開方向要旋轉時就受到棘爪卡住而 無法動彈」。 旋轉門保養維修完畢，Gigi 想上前體驗一下。 而維修人員也很細心的提醒他，請不要 在門 邊玩耍，注意安全喔。
生活應用
軸一般用來連結其他機械元件旋轉，例如將軸 固定齒輪，齒輪繞著軸來轉動。當軸不夠長時， 會運用軸節與另一根軸連結在一起，但有時候是為
了改變軸心的方向。至於棘輪機構，它由棘輪和棘爪組成的 一種單向間歇運動機構。它能將連續轉動或往復運動轉換成單 向步進運動。一般在固定構件上加裝止逆棘爪，使得棘輪能順著棘爪滑開方 向轉動，反過來，當棘輪逆著棘爪滑開方向要旋轉時就受到棘爪卡住而無法 動彈。
想想看
在日常生活中，棘輪機構有哪些應用？
37
零件清單 2
4
7
10
15
17
18
22
23
x2
x1
x1
x2
x1
x1
x2
x4
x1
1
24
29
43
46
54
x1
x1
x1
x1
x1
×2
2
150mm
3
38
8
旋 轉 門 4
5
2
1
完成
圖
模型操作影片
39
動 手驗 玩實
做做看，順時針與逆時針轉動旋轉門，觀察旋轉門 是否只能往一個方向旋轉。
試試看，運用其他積木創作一棟建築物，加入旋轉門 讓它看起來美觀又實用。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
40
9
推 推 樂
科學 應用
曲軸
課堂中，老師向同學們展示曲軸，並且考考 班上的同學，知不知道這種裝置在日常生 活中哪裡看的到？ 老師說明：「曲軸在汽車引擎中，就能看到 曲軸。若將曲軸裝上連桿以 及活塞，就構 成引擎內部的主要傳動機構。」 為了能讓同學更了解曲軸的運動方式，老師請大家動手做推推樂進行比賽 ! 大 家都卯足全力參與比賽，同時發現推推樂轉動曲軸時，旋轉的動能可以帶動連 桿，轉化為往復運動的動能。
生活應用
曲軸主要是由一根會旋轉的長軸構成，將一根 軸做兩個拐角就變成了曲柄，再將不同的曲柄連 在一起就形成一根曲軸。你可在汽車引擎中看到這樣
的機構。如果曲軸裝上連桿以及活塞，就構成引擎內部的主要 傳動機構，在這種往復式活塞引擎當中，曲軸能將活塞的直線往復運動的動 能，轉化為旋轉的動能，進而帶動齒輪運轉。為了將往復式的運動轉換為旋轉 運動，曲軸上會有曲軸臂或曲軸銷部份，其軸心和曲軸的軸心有徑向位移。
想想看
曲軸在往復式活塞引擎中，動能如何轉換呢？
41
零件清單
1
2
7
11
15
16
18
22
38
40
54
x7
x2
x2
x2
x1
x3
x2
x5
x1
x1
×2
2
3
A
B A
B
30
mm
4
42
9
推 推 樂 6
5
完成
圖
模型操作影片
43
動 手驗 玩實
做做看，於推推樂模型前方放置 C-60T 齒輪，嘗試推動 它。
動手 玩創意
試試看，利用 C-曲軸製作一個搥背機。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
44
10
專 題 製作 2
綜合前面所學，試著製作一個動物模型，( 例如：蝸輪應用 長頸鹿 )，並且讓它能動起來，同時也可以設計紙卡裝飾模型 喔。
45
6. 機械時鐘
7. 角度測量儀
8. 旋轉門
9. 推推樂
模型 回顧
設計 規劃
我的作品照
評 自我
量
1
2
模型設計
模型創作
3 競賽獲勝
46
11
雨 刷
科學 應用
齒輪與齒條
課 堂 上老 師 分享了發 明 雨 刷 的 故事，在 1902 年一 名瑪 麗 • 安 德 森 (Mar y Anderson) 女士到紐約旅行。 糟糕的天氣令司機必須不停地下車，撥 掉擋 風 玻 璃 上 的 雪 與雨 水。於 是 她 動 手畫出了心中的解決方案，那幅草圖後 來成為第一套擋風玻璃用雨刷系統。 Gogo 聽完這個故事，決定也要幫他的玩具小車設計雨刷。他在大大工具箱 裡，找了長條來當橡膠刮水器，接著翻出齒輪、齒條與長條組裝在一起。當齒 輪轉動時，帶動齒條左右移動，就會讓長條像雨刷一樣左右擺動了 !
生活應用
齒輪齒條可用以將旋轉運動變為直線運動。 齒輪齒條原理簡單，如果先將齒條固定不動 ，則齒輪會沿著齒條的直線方向一邊轉動又一邊
移動，這時齒輪的輪心會呈直線運動。反過來，如果先把 齒輪固定在一個位置上，當它在轉動時，那麼齒條就會在齒輪的帶動下， 沿著齒輪切線方向左右移動。汽車轉向功能，通常是由齒輪齒條機構所 設計的。
想想看
日常生活中，還有哪些地方運用齒輪與齒條呢？
47
零件清單
1
2
4
10
11
12
18
19
20
x8
x3
x2
x1
x1
x5
x1
x1
22
23
29
30
38
40
54
x1
x1
x2
x1
x1
x3
x1
2
3 4
5
mm
30
48
11
雨 刷 6 7
×2
mm
30
8
完成
圖
模型操作影片
49
動 手驗 玩實
做做看，試著將雨刷改成對向型的擺動方式。
動手 玩創意
試試看，可以運用哪些方式加快雨刷擺動速度。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
50
12
火 車
科學 應用
連桿應 用
火車是許多人長途旅程首選交通工具，不僅經 濟實惠，還可欣賞延途美景。月台上，有許多旅 客等待火車進站，Gigi 也是其中一名。他很期 待因為這是他的首次火車之旅。 月台響起清亮的廣播聲，告知旅客火車即將到站。火車行駛進站時，Gigi 發現 火車頭的車輪與車輪之間，有一個桿子將 車輪 連結起 來，這個桿子稱為連桿。它能 傳遞機 械能，並且讓 火車運行得 穩 定，而 使乘客更加的舒適。 廣播提醒著 Gigi 的車次要來了，準備好隨身物品搭上火車，開始他的火車探險 之旅了 !
生活應用
連桿機構是由兩組或更多的槓桿連接在一 起所組合而成的，該機構是傳遞機械能的一 種裝置，主要的功能為運動型態與方向的轉換、運
動狀態（位移、速度、加速度）等剛體位置的導引，以及運 動路徑的產生。
想想看
日常生活中，有哪些物品運用連桿的原理呢？
51
零件清單 2
6
7
9
12
14
18
21
22
24
x4
x4
x4
x4
x2
x8
x2
x2
x2
x2
30
41
x4
x2
2
1
3
m
70m
m
70m
4
×4
×4
52
12
火 車 5
完成
6
圖
模型操作影片
53
動 手驗 玩實
試試看，將火車車輪的連桿改為三連桿機構，看看 能否使火車運行順暢。
動手 玩創意
做做看，運用其他積木，做出車廂來吧！
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
54
13
大 嘴 巴
科學 應用
曲柄連桿應 用
這一天，Gogo 的妹妹不知道什麼原因不停的吵鬧，Gogo 為了安撫她，靈機 一動，製作大嘴巴玩偶要來逗妹妹開心。於是 Gogo 準備一張紙，畫上大大 的上嘴唇和下嘴唇，但如何讓上下嘴唇動起來呢？ Gogo 左 思 右 想，想 到 老 師 教 過 的 曲 柄 與 連 桿，將它們 相 結 合 形成曲柄 連 桿 機 構，可以 將 旋 轉 運 動 轉 換 成 直 線 式往復運動。Gogo 請妹妹一起將上、 下嘴唇黏貼在模型上，試著轉動曲柄。 妹妹看見大大的嘴巴一開一合好像在說話，又好像在哈哈大笑，也讓哭鬧的 妹妹破涕為笑了 !
生活應用
一根軸做兩個拐角就變成了曲柄，可在 腳踏車看到腳踏板連結到大齒盤所用到這 樣的曲柄機構。如果將曲柄與連桿相結合，就形
成複雜的曲柄連桿機構，可以將回轉運動轉換成直線式往 復運動，反過來，也可以將往復運動轉換成回轉運動。 曲柄連桿機構的 主要作用，為運動轉換與輸出動力。
想想看
日常生活中，有哪些物品運用曲柄連桿裝置呢？
55
零件清單 1
2
4
11
12
15
18
24
29
30
x2
x3
x2
x1
x1
x1
x3
x3
x1
x1
38
41
54
x1
x1
x1
※ 需配合第 86 頁 大嘴巴圖卡
1
2
4
m
70m
3
56
13
大 嘴 巴 5 6
請黏貼
請黏貼
完成
圖
模型操作影片
57
動 手驗 玩實
做做看，影印說明書封底的上下嘴唇圖卡，並且剪下黏貼 在模型上，讓模型做出嘴巴開闔的動作。
試試看，修改連桿機構，讓嘴巴張得更大，你也可以 設計不同紙卡，增添趣味 ！
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
58
14
割 草 機
科學 應用
齒輪傳動
庭院裡櫻花樹快被雜草淹沒了！ Gigi 的爸 爸趁著風 和日麗的好天氣，打算將雜草們〝除去當肥料〞！ Gigi 很樂意當爸爸小幫手，戴上手套把雜草一一拔下。 只是炎熱的太陽，用不了多久，汗水就像噴泉湧出。 突然間聽到一陣嗡嗡嗡的聲音，爸爸拿著割草機就像吃草 的怪獸，大片大片的把雜草除去。Gigi 也想試試割草機的威 力，但是爸爸告訴 Gigi 割草機透過齒輪的傳動，刀片因齒輪 轉速的關係，快速且危險，所以不適合小朋友使用喔 ! 望著 Gigi 失望的表情，爸爸邀請他除完草，一起來用積木 做一個割草機模型吧 !
生活應用
將好幾個齒輪組合在一起構成齒輪組，並 藉由齒輪間的輪齒咬合，可傳遞動力給另一 齒輪。齒輪組最大的好處就是能傳送力量，當齒
數多的齒輪帶動齒數少的齒輪，可以讓齒數少者轉動速度 加快，但是扭力卻會減小；如果由齒數少的齒輪帶動齒數多的齒輪時， 往往可以傳送較大動力，但會讓齒數多者的轉速變慢。
想想看
你有在哪些地方看過不同的齒輪組合嗎？他們為什麼這麼做？
59
零件清單 1
2
10
11
15
19
21
24
28
30
x8
x4
x1
x2
x2
x1
x1
x2
x1
x1
33
35
38
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x1
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x3
x45
1
2
3 70mm
4 70mm
60
14
割 草 機 5
70mm
6
×45 完成
圖
模型操作影片
61
動 手驗 玩實
做做看，體驗割草機模型可不可以幫忙除草，且觀 察齒輪組如何傳遞動力。
安全提醒： 1、割草機模型運作時，請勿將手或任何細長 / 尖銳等物品靠近，以免發生意外。 2、請勿將模型對人、動物、危險物品及他人財物使用，養成良好安全習慣。
動手 玩創意
試試看，改造搭配其他齒輪組，製作齒輪變速箱。
大
小
小
大
透過前後拉變形
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
62
15
專 題 製作 3
請利用學過的模型與原理，製作一個臉部模型。 ( 例如：眼睛 - 齒輪與齒條應用 )
63
模型 回顧
11. 雨刷
12. 火車
13. 大嘴巴
14. 割草機
設計 規劃
我的作品照
評 自我
量
1
2
模型設計
模型創作
3 競賽獲勝
64
16
頑 皮 蛇
科學 應用
週期運 動
期待已久的運動與機構展終於開展，透過展會可以了解並體會力的展現，與機 構科技對人類生活所造成影響。Gogo 一早就前往展覽地點，想在人少時，細 細的觀賞體驗。 參觀到互動體驗區，展示的是週期運動展覽品。其 中 Gogo 對頑 皮 蛇非常感 興 趣，他發現 頑 皮 蛇擺 動的速度相同，位移起點與終點的位置固定，同頻 率的作往復運動，就像真正蛇的運動方式。 接著參觀，Gogo 還見到其他週期運動的項目，如盪鞦 韆、牛頓擺…等，琳瑯滿目的作品令他捨不得離開。不 過展會中還有更多展覽品，介紹不同機構實體應用，與 日常生活中各項機械運作原理，等待 Gogo 去發掘呢 !
生活應用
如果運動物體從任一時刻開始，經過一定的 時間，它的位移、速度、加速度等，完全恢復 到與該時刻的相同出發處，則這種運動就叫做 週期運動。每重複一次運動所需的時間叫做週期。生活 中最常見的例子就是雨刷，它是用來刮除附著於汽車擋風玻 璃上的雨點及灰塵的設備，改善駕駛人的能見度，增加行車安全。雨刷 的動作原理，就是將馬達之迴轉運動，轉換為能夠讓雨刷呈往復曲線的 週期運動。
想想看
日常生活中，有哪些物品是做週期運動？
65
零件清單 2
4
18
19
21
22
24
x2
x6
x4
x1
x1
x2
x1
30
38
40
x1
x1
x1
※ 需配合第 86 頁 頑皮蛇圖卡
1
2 m
m 30
3
5
4
66
16
頑 皮 蛇 6
請黏貼
請黏貼
完成
圖
模型操作影片
67
動 手驗 玩實
做做看，影印說明書 P.86 的頑皮蛇圖卡，並且剪下黏貼在 模型上，讓模型做頑皮蛇蛇形的動作。
試試看，將模型改造成盪鞦韆，看看盪鞦韆運動方式 有沒有符合週期運動。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
68
17
旋轉吊車
科學 應用
圓周運 動
終於走到運動與機構展的最後一站紀念品店，裡面 販 賣著許多展覽品的縮小版模 型讓 觀 展者再 次複 習與回味，Gogo 也想將這次看展的經驗與家人分 享。 一回到家 Gogo 馬上拿出他的戰 利品 - 旋轉吊車 送給妹妹。妹妹很高興的接下禮物，Gogo 告訴她 旋轉吊車是用到圓周運動的模型喔 ! 妹妹 似懂非懂 的 唸出「 圓周運 動」。 Gogo 解 釋當一 個 運 動 物 體 的運 動 軌 跡是圓周時，就叫做圓周運 動。這時妹妹舉例旋轉木馬也是利用圓周運 動， Gogo 聽了誇讚她很聰明，真會舉一反三呢 !
生活應用
當一個運動物體的運動軌跡是圓周時，就叫 做圓周運動，常見的圓周運動例子有摩天輪、 鐘錶指針、旋轉木馬等。圓周運動和直線運動的
不同點有運動軌跡不同，以及產生條件不同。當一個質點 能夠進行圓周運動的條件，就是要隨時提供質點一個向心力，至於向心 力，則是根據力的作用效果命名的，是始終指向一個固定圓心的力。
想想看
日常生活中，有哪些物品是做圓周運動？
69
零件清單 2
3
4
6
8
12
18
19
21
22
x6
x4
x4
x1
x2
x2
x2
x2
x4
x4
28
x2
29
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31
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54
x1
x1
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x1
x2
2 1
3
6 150mm
5
×2
4
70
17
旋轉吊車 7
×2
8
9
完成
70mm
10
圖
模型操作影片
71
動 手驗 玩實
做做看，在模型座椅上放入乒乓球，當轉動時由慢 到快，觀察乒乓球是否會落下。
試試看，改造模型製作脫水機，看看脫水機的運動方 式有沒有符合圓周運動。
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量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
72
18
小雞啄米
科學 應用
間歇性運 動
爺爺帶 Gigi 到休閒農場體驗生態之旅，同時也 讓 爺 爺回憶 起 童年時光。生態老師帶 領 大家一 起探索園區有趣生物，包括蝴 蝶、蜻蜓、盲蛛… 等，以及各種生活植物介紹。 結 束 了生 態 導 覽，Gigi 與 爺 爺 報 名 小 雞 啄 米 DIY 體驗項目。機械小雞很特別，會低頭像要啄 米一樣的擺動，一下停住；過一會再擺動一下，又停住。老師解釋，此運動方式 為間歇性運動。因蝸輪的連續轉動轉變為周期性運動和停歇的機構，稱為間 歇運動機構。 Gigi 和爺 爺 很開心，除了體 驗 生 態導覽，還 動 動手、動 動腦、發 揮創意手作 DIY，留下美好回憶。
生活應用
間歇運動機構是將主動件做連續性迴轉或 搖擺之等速運動，而其從動件有時靜止、運 動。有一種間歇性傳動是由旋轉運動所產生，早先
是由日內瓦鐘錶廠設計出來，於是命名為日內瓦機構。是由 刻有徑向傳動槽的隨動輪、銷子、驅動器組成。常用於電影放映機或工 具機的分度裝置。
想想看
日常生活中，有哪些作動屬於間歇性運動？
73
零件清單 1
2
5
7
12
13
14
15
18
19
x4
x6
x2
x3
x1
x1
x4
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x2
x1
1
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23
36
38
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54
x4
x1
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x1
x2
x1
3
2
70
mm
4 5
6
×4 ×4
74
18
小雞啄米
7
70
m
m
8
完成
圖
模型操作影片
75
動 手驗 玩實
做做看，把手不停轉動時，觀察小雞的運動方式是 連續運動還是間歇性運動。
試試看，將模型內的 C - 蝸形凸輪更換為滑輪，再次轉動 把手，觀察小雞擺頭的運動方式。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
76
19
放大繪圖機
科學 應用
平行連桿
奶奶愛看 Gogo 的畫畫創作。Gogo 的圖案線條美極了，可惜就是畫得太小，奶 奶有老花眼看不清楚，於是 Gogo 拿出放大鏡給奶奶。 放大鏡可用來放大字體，但無法一眼看 到畫的全貌。於是 Gogo 跟奶奶說： 「把 畫拿去放大影印就好啦！」奶奶突然眼 睛一亮對 Gogo 說：「奶奶要做一個放 大繪圖機。」 以前的人會用連桿來當放大繪圖機的骨架，四根尺狀的連桿一起聯成活動的平 行運動機構。使用時，按縮放比例調整支點、繪圖筆、描跡針三者在一直線上， 就可以把圖案放大或縮小了。
生活應用
繪圖縮放儀是一種能將紙上平面圖形按比例縮 小或放大的一種繪圖儀器。常用多條連桿來當繪 圖縮放儀的骨架，是用四根尺狀的連桿一起聯成活
動的平行運動機構，根據平行四邊形的原理所構成。使用時， 按縮放比例調整支點、繪圖筆、描跡針三者在一直線上，如果繪 圖筆放在內側短桿，將外側長桿的描跡針沿著原平面圖形的畫線移動，則繪 圖筆能繪出縮小的相似圖形；如將描跡針與繪圖筆互換位置，則繪出放大的 相似圖形。
想想看
什麼情況下需要用到比例縮放的機構呢？
77
零件清單 2
5
16
18
19
24
28
x4
x1
x4
x5
x2
x2
x8
41
43
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x4
x1
x1
1
2
3
70mm
70mm
4 150mm
70mm
70mm
78
19
放大繪圖機
5
完成
圖
模型操作影片
79
動 手驗 玩實
做做看，利用放大繪圖機繪製兩個大小不同的形狀。
試試看，將放大繪圖機模型的 C-150mm I 軸與鉛筆 位置互換，比較繪製的圖形有何差別。
評 自我 Smart Manual 網頁版
量
動手 玩創意
1
2
3
組裝完成
實驗完成
創作完成
80
20
專 題 製作 4
綜合前面所學，運用下列模型試著製作一台公園裡的健身遊 樂器材 ( 如：太空慢步機 )。
81
16. 頑皮蛇
17. 旋轉吊車
18. 小雞啄米
19. 放大繪圖機
模型 回顧
設計 規劃
我的作品照
評 自我
量
1
2
模型設計
模型創作
3 競賽獲勝
82
附錄 - 圖卡 請影印圖片使用。 第 4 課 旋轉輪盤
83
旋轉輪盤圖卡請影印圖片使用
第 6 課 機械時鐘
10 9 8
機械時鐘圖卡請影印圖片使用
12 11 1
7 6
5
2 3 4
84
第 7 課 角度測量儀
角度測量儀圖卡請影印圖片使用
180 170 160
15
0
14
0
0 13 100 90 10 0 1
12
80 70 60
50
40
30
20
10
0
85
第 13 課 大嘴巴
大嘴巴圖卡請影印圖片使用
第 16 課 頑皮蛇
頑皮蛇圖卡請影印圖片使用
86