#7406R-CN

城堡攻防戰 EXPERIMENTS 創新科技系 列

# 7406R

Crossbows & Catapults

8+ 110 10 年齡

數量

模型

目錄 .................................................1 重要訊息 ..........................................2 實驗包內的零件 ...............................3 重要訊息 ..........................................5

› › › 目錄

準備動作...........................................6 設定一個目標並學習準確度和精確度 傳統十字弓 ......................................7 關於物理彈力，勢能(位能)和動能的運用 投石機1 ..........................................10 向量，速度和速率 蠍弩 ...............................................13 重力，加速度和空氣阻力 加重投石機 ................................... 16 質量，重量和重力位能 反曲十字弓 ................................... 18 虎克定律 複合十字弓 ....................................21 滑輪 投石機2 ..........................................24 槓桿和機械 弩砲 ...............................................26 拋射運動 投石車1 ..........................................29 動能，質量和速度 y

垂直距離︵公尺︶

投石車2 . ........................................31 擺脫引力

10 8 6 4 2

x

0 0

1

2

4

6

18 20 10 12 14 16 水平距離（公尺） 8

› › › 重要訊息

各位親愛的爸爸、媽媽： 物理，其實是一種吸引人又富含多樣性而 且不難理解的科學，特別是當您運用這些 有趣的模型來演示物理原理時，可以從中 藉由很多的趣味性，來幫助我們了解每天 都會遭遇到的各式各樣物理現象，並且讓 我們學以致用。 您可以藉由組裝我們這組實驗套件和活 動模型來向孩子介紹物理概念，包括能 源、運動和動力。並藉著這些豐富的簡單 範例，讓孩子們取得進入物理學和物理法 則的基本概念，而這些將來都會幫助孩子 們在學校所教授的課程中有更深的理解 和參與。 這個個人的實驗模組是使用可調整式的 積木系統來一步一步完成組裝的。因此剛 開始組裝時，是需要一點點的練習和耐 心。如果他們在組裝模型的過程中遭遇困 難，請適時給予協助，孩子們將會特別高 興。 我們有一些實驗會需要用到您家庭中常見 的物品，包含盤子、膠帶、量尺、硬幣、面 紙、迴紋針，以及碼錶。請您幫助您的孩 子一起來選擇這些物品吧！ 我們衷心期盼您和您的孩子能在組裝模 型及實驗中，發現、學習並獲得更大的樂 趣！

組裝技巧:

短結合鍵(藍)、長結合鍵(紅)、軸扣鍵(紅) 和自轉軸鍵(紅)

請注意！每個零件都不同：紅色軸扣鍵、自轉軸鍵、藍色 短結合鍵和紅色長結合鍵乍看下都很相似。但當你組裝 模型時，請務必確定使用正確的零件。藍色的結合鍵比 紅色的短。

方框和長條

使用長結合鍵來連接方框和 長條。

輪軸

該組裝系統包含各種長度的輪 軸（也稱為軸）。當組裝模型 時，務必確定你使用的是正確 長度的輪軸組件。

板手

當你想要將你的模型分解開來時， 可使用板手。操作板手時，使用板 手的窄端面來拔除紅色結合鍵。想要拆除輪軸時， 你也可以使用板手的寬端面來撬出自轉軸鍵。

滑輪和齒輪

如果滑輪或齒輪鎖得太緊，中間沒有空隙，可能會造成 轉動上的困難。假如齒輪或滑輪和相鄰的其他零件中間 間隔約1mm的間隙的話，組件會比較容易轉動。有一些 模型，會使用墊圈來確保這樣的活動間距。（本組零件不 含齒輪。）

凸輪連結鍵 (黑)

在拆卸模型時，您可以用凸輪連結鍵(黑)作為工具，從管 子中推開另一個30毫米的管子。

2

實驗包內的零件： 1

×6

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

×15

×4

×4

×1

×4

×1

×5

×6

×1

×2

×2

×2

×4

15

×4

16

17

18

×2

×2

×2

23

×3

×1

24

×1 30

19

20

21

22

×1

×12

×2

25

26

27

×1

×2

×4

28

29

×1

×3

×2 31

×1

32

33

×2

34

×2

×2

35

×3

清單： 找零件 - 檢查 – 核對 號碼 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

3

描述 B-短結合鍵 C-長結合鍵 C-軸扣鍵 C-自轉軸鍵 C-凸輪連結鍵 C-二合一結合鍵 C-80mm圓管(黑) C-30mm圓管 C-墊片 F-鼻錐 C-雙向轉接鍵 C-單向轉接鍵 C-3孔圓角長條 C-3孔長條側有孔 C-5孔長條 C-5孔超長條Ⅱ C-7孔圓角長條

數量 6 15 4 4 1 4 1 5 6 1 2 2 2 4 4 2 2

品號 7344-W10-C2B 7061-W10-C1R 1156-W10-A1R 7026-W10-H1R 7026-W10-J3D 7061-W10-G1D 7337-W16-A1D 7400-W10-G1D R12#3620 7402-W10-C2D 7061-W10-J1D 7061-W10-J2D 7404-W10-C1G2 7026-W10-X1D 7413-W10-K2D 7026-W10-S3D 7404-W10-C2G2

號碼 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

描述 C-7孔圓角扁長條 C-11孔長條 C-15孔超長條 C-3孔1/4弧長條 C-5×5孔正方框 C-5×15孔長方框 C-5×11孔1/6弧框 C-27mm馬達短軸 C-30mmⅡ軸 C-OD23mm滑輪 C-70mm橡皮筋 C-200mm橡皮筋 保麗龍球(40mm) B-扳手 C-3x13孔超長方框 C-4凸2孔十字框 C-5孔L型長條 C-十字弓箭矢

數量

品號

2 1 1 12 2 1 2 1 2 4 1 3 3 1 2 2 2 3

7404-W10-C3G2 7413-W10-P1D 7413-W10-H1D 7061-W10-V1G3 7026-W10-T2S2 7413-W10-J1S1 7392-W10-I1D 7026-W10-L1W 7413-W10-N1D 7344-W10-N3G R10-02 R10-28 K30#7366-2 7061-W10-B1Y 7406-W10-A1D 7406-W10-B1G 7406-W10-B2G 7406-W85-A

十字弓及投石車 在物理上的運用

4

› › › 重要訊息

安全警示! ››› 注意！此產品不適宜3歲以下孩童，小零件有窒息危險，請勿吞食或吸入。長線需 小心使用，不可纏繞於頭頸部位，恐有勒斃危險。 ››› 注意！使用時請勿對準臉部或眼睛。 不可在有填裝物時(Gigo專用的箭矢和保麗龍球)對人或動物進行射擊。 請勿使用工具包以外的任何其他物體作為代替十字弓箭矢和保麗龍球的拋射工具。 我們的箭槽是以特殊的橫截面形狀作為設計，只能使用我們工具包裡的十字弓箭矢 來插入彈射。

››› 內含重要訊息，請保持包裝和說明書的完整。 ››› 實驗材料和裝配的模型須存放在兒童接觸不到的地方。

5

準備動作

設定一個目標 您需要用到下列工具： >金屬平底鍋或其他耐用的餐盤 >膠帶 >量尺或捲尺

低準度和低精度

動手做: 1

將您的平底鍋(或餐盤)倒蓋在地板上。這 就是你的靶心目標。

2

將一塊膠布放置在鍋子大約10至15英尺 遠的距離，作為您測試投石車和十字弓 的站立位置。

低準度和高精度

新知大探索 當你做十字弓的實驗時，你應該思考你的弓箭和 砲彈降落位置的準確度和精確度。準確度，是 你的實驗結果有多麼的接近你為自己所設下的 目標值—在這個情況下，指的是你所設定目標 的中心。精確度，是看你操作實驗能夠得到相 同的數值或是你能讓你的拋射物落在相同定 點的頻率。看看右方的照片，我們了解準確度 與精確度是多麼的相關。準確度和精密度兩 者在科學上都是極重要的概念。當你在每個 模型上實行實驗時，不妨動動腦，想想什麼 樣的改變會如何影響到你的準確度和精確 度，並且在不同的實驗中記錄下你的實驗結 果吧！

高準度和低精度

高準度和高精度

6

傳統十字弓 Classic crossbow 模型

1

你所需要的零件 1

2

3

4 x 10 x 4 x 16

17

2 x

1 x

26

28

6

4 x

起源背景

8

9

4 x

4 x

18

10

11

13

1 x

2 x

2 x

23

2 x

2 x 33

34

2 x

2 x

4 x

塊木頭 翼打開並 安 架 在一 十 字弓，是 將弓的 兩 代了 物取 射 投 的 身。十字弓 上，主 體 就被稱 為弓 。 弓箭，被稱為十字弓箭 ，因為 亞大陸的每 一 個地方 十字弓曾風靡了古歐 如 學會 快地 們更 箭能讓人 用十字弓比用傳統的弓 史中，也曾 的歷 漫長 在它 字弓 何準 確 地 射擊。十 了 及技術被開發，而經歷 因為不同的材料和知識 無數次的修改。

15

1 x

24

1 x 29

1 x

14

2 x 31

1 x

1 x

32

的 你也可以 運 用 不 同 術 技 和 識 知 合 材料結 做 來 為 你 組 合 的 十 字弓 然 改， 修 的 樣 一 一 些不 將會 後 看 看 你 的 十 字弓 弓臂 有什麼變化喔！

2 x

35

3 x

› 膠帶、量尺、目標

十字弓弓箭

弓身

弓臂

1 ×2 2

3 4

7

模型

5

傳統十字弓

1

6

側面圖

7

8

9

8

傳統十字弓 Classic crossbow 模型

1

11

10

側面圖

小橡皮筋 大橡皮筋

另一邊

12 拿橡皮筋的一側繞紅色長結合鍵一

圈。橡皮筋會有什麼作用發生呢？

新知大探索

13 準備時，請站在你為自己設置的標

誌上。

當橡皮筋經過拉扯後回到原本的狀態時, 這樣的特質就叫做拉力。

14 插入十字弓箭於箭槽中。請確保大

橡皮筋是由十字弓箭向內推。向內推動十 字弓箭，直到其鎖定到位。 15 水平握住十字弓弩。瞄準及射向目標。用一

塊膠帶貼在你射出的十字弓箭落下的點作 為記號。 16 重複此步驟三次，每次射擊橡皮筋都比上

一次多繞一圈。並且每次都從同一高度和 距離射向目標，然後測量和比較弓箭每次 射出的距離。

為什麼當你扣下板機的時候，十字弓就能 射出十字弓箭呢？ 當你拉你的橡皮筋越拉越開時，為什麼能 飛得更遠呢？

9

拉開橡皮筋需要能量動力，當橡皮筋被 拉開時,就像弓箭準備發射時的狀態,所 有的能量就是被儲存起來的能量，或是 物理學上所稱的位能動能，當你發射橡 皮筋時,位能就會轉換成動能，也就是 運動的能力。這就是為什麼當你拉橡皮 筋拉得愈開時,弓箭會彈射得更遠—因 為你增加了更多的能量在橡皮筋上。將 原理運用在真的十字弓上，能量就是儲 存在弓臂上。 弓弦對十字弓來說，是非常重要的一 部份。但在早期，十字弓只要使用過後 就會磨損，甚至連雨水都會損壞它。 以前的十字弓會使用各種的材料，例 如：用麻布或皮筋來編製繩子來作成 弓弦。

模型

2

投石機 1

你所需要的零件 2

3

4

9 x 2 x

2 x

19

1 x 25

27

1 x

2 x

6

11

2 x

2 x

13

14

2 x

1 x

1 x

20

21

22

1 x

4 x

1 x

29

30

15

16

2 x

1 x

23

1 x 31

32

起源背景

，當 是一個巨大的蹺蹺板 我們可以將投石機看作 同 起來 方翹 另一 會使 候， 其中一側被拉下去的時 ， 中國 自於 石機的起源來 時釋放物體的質量。投 變而來的。第一臺的投 弓演 統彈 從傳 而且它是 力地將投石臂往 心協 石機需要一群人齊 而，後來人們發現 下拉來發射彈丸。然 物體來抬舉和 了，運用更大質量的 效！ 有成 拋射就更

1 x 1 x

1

12

3 x

2 x

2 3

4

5

10

投石機 crossbow 1 Classic 模型

1

6

7

9

8

10

11

大橡皮筋

模型

2

投石機 1

11

12 警告！除了本產品 提供的球體外，此 發射器（本產品） 能夠發射其他物 體。為了安全考 量，請勿使用非本 產品提供的零件。 13 將保麗龍球裝載在綠色的圓

型支架上。

14 將投石臂往下拉回。 15 放 開它!瞧！這保麗龍球在空 中飛行的速度有多快。

新知大探索 在物理學上而言，向量是一個很重要的概念。量通常只是 其中一個部份或部件，例如:5磅或30分鐘，它表示的是 一些像是重量或時間的容量或大小。這些數字就是所謂 的標量。而一個向量又包含兩個部分：一個是大小，一個 是方向。大小是判斷向量有多大，而方向則顯示這個向 量指示的路徑。 舉一個例子來說，物理上的標量就是一個物體移動的 速度，而向量則是物體移動的速率。當你在一輛車中， 速率就是這輛車子跑得多快，例如：車速表上顯示時 速30英里。而車子的速度則表示車子行駛的速率和 方向，如:每小時往北60英里。

35 mph

20 mph

135°

90°

5° 30 mph 255° 40 mph

12

模型

蠍弩

3

你所需要的零件 1

2

3

4

6

8

10

11

12

13

4 x 10 x 3 x

2 x

4 x

5 x

1 x

2 x

2 x

1 x

16

1 x

17

18

19

21

2 x

1 x

1 x

2 x

23

24

1 x 28

2 x

29

1 x

31

1 x

1 x

33

34

35

2 x

1 x

3 x

14

15

4 x

2 x

22

2 x 26

27

2 x

2 x

起源背景

用來 遠程武器。過去它被 蠍弩以前是一種羅馬的 拋 。當 武器 攻城 ，而不是 作為一種個 人狙擊武器 夠準 確地 能 ，它 發射 平地 射物在 距離10 0米內水 擊中目標。

2 ×2

1

32

2 x

3

4

5 側面圖

13

模型

6

3

蠍弩

7

8

9

10

14

蠍弩 11

模型

3 大橡皮筋

小橡皮筋

13

12

新知大探索 14 如 果 你 從 同 樣 的 高 度 下

同時讓弓箭和保麗龍球落 下，你認為哪一個會先落 到地面呢？為什麼？ 15 將 蠍 弩 放 置在 一 個 平 面

上,如:桌子的角端處。持 一個保麗龍球在相同高度 的弓箭尾端。然後同時射 出弓箭及放開保麗龍球。 請注意拋射的物體會於何 時落於地面。請多次的重 複這個實驗。你有什麼發 現呢？

15

也許你認為比較重的十字弓箭會比相對較輕的 保麗龍球更早掉落到地面。還是你可能會想， 因為十字弓箭會射得較遠，所以它需要較長的 時間才能落到地面。但在實驗當中你會發現， 保麗龍球和十字弓箭掉落到地面的時間是差 不多的！ 這是為什麼呢? 保麗龍球和十字弓箭會同時落於地面的原因 就是：小物體它們都具有相同的加速度。加 速度就是在物體速度的變化。因此，加速度 也是一種像速度一樣的向量。因為加速度是 向量，所以如果物體的速度增加、減少或者 方向往下還是往角落圍繞時，物體就能加 速。 物體落下如果略微有不同的速率，那是由 於空氣阻力的影響。假如保麗龍球和弓箭 是在真空中掉落的話，那麼兩物體就會在 完全相同的時間掉落到地面。

模型

你所需要的零件 1

2

3

7

4 x 13 x 4 x

1 x

9

11

6 x

1 x

1 ×3 13

2 x

18

20

21

22

2 x

1 x

12 x

2 x

25

27

1 x

2 x

30

31

1 x

15

16

4 x

2 x

2

23

1 x 32

1 x 3 x

14

加重投石機

4

2 x

› 硬幣

注意！這組模型的側邊上有兩個隔間可以置 放硬幣。硬幣用來做為配重使用。該隔間是 在垂直的軌道上，讓重力能直直的將它們往 下拉，並且把球射出。

3 ×2

4

6

5

16

加重投石機

模型

4

7

警告！除了本產品 提供的球體外，此 發射器（本產品） 能夠發射其他物 體。為了安全考 量，請勿使用非本 產品提供的零件。

8

把硬幣裝入位於兩 側的圓圈內︒

新知大探索 9 將一個保麗龍球放進球架上，

舉起重量，然後迅速讓球體下 降。 10 在實驗中試試放置不同質量的

拋射物在投石機的投擲臂上來 發射。看看他們如何影響移動 的距離。 11 試著從不同的高度落下重量。

這將如何影響球拋射的距離 呢？為什麼你認為當你放置更 多硬幣在一 側時而球體拋 射 更遠呢？當你從一個更高的高 度落下硬幣，球體也拋射更遠 呢？

當你在投石機的側面隔間上放了更多的硬幣，就等於增加了投 石機弓臂上的質量。質量是一個物體所含物質的總量。而質量 通常被拿來與術語中的重量通用。但在物理學來說，質量和 重量是兩個完全不一樣的概念。重量是物體所受重力的力 量，並且可以用以下公式計算:

W=m×g 其中重力是由於重力的加速度，m為質量，而W是重量。由於 重量是力，它是一個向量且是指向地面的方向。在地球上的 g(物體所受的重力加速度)值是9.81 m/s2，月球上卻是1.63 m/s2。因此，同一個物體的重量在月球上較輕，但是所含 的質量仍是相同的。 當你從不同的高度落下重量，就如同當你像拉開橡皮筋一 樣，該動作會將位能轉換成動能。這是另一種形式的位 能，因為這樣的位能是從硬臂高度增加而來的，而不是從 橡皮筋的拉伸得來的。 因此，這樣的方式得來的位能叫做引力位能。引力位能的 量可以透過由地面以上高度的乘以重量來計算： 引力位能= 重量×高

PEgravitational = W × height 17

模型

反曲十字弓

5

你所需要的零件 1

2

3

4

8

10

13

14

15

17

18

4 x 12 x 3 x

2 x

5 x

1 x

1 x

2 x

2 x

2 x

2 x

23

24

26

27

1 x

2 x

28

1 x 1 x

2 x

29

31

1 x 33

34

2 x

2 x

1 x 35

3 x

1 ×2

起源背景

於托架尾部的弓臂位置 十字弓的現代創新是在 傳統 幾 個 優 點：反曲弓與 上。這 種 設 計提 供了 弓臂 與其 弓弦 弓的 反曲 十字弓的分別在於弦的 可 曲弓 ，反 字弓 種 類的十 有所接 觸。相比 其他 能。 的動 更高 箭有 出的 儲存更多能量，使得射

32

2 x

硬幣︑面紙︑膠帶︑ 迴紋針

2

4

3

5

18

反曲十字弓

模型

5

7

6

8

9

俯視

10 11

小橡皮筋

19

12

模型

大橡皮筋

5

反曲十字弓

側視

13 測試橡皮筋的彈性。用面紙和膠帶

包出數個的一塊錢及五塊錢的包。 14 用膠帶黏上一個迴紋針，來當作一

個鉤子。 15 垂

直握住十字弓並使用迴紋 針 來 操 作 橡 皮 筋 上 的 重 量。測 量該橡皮筋每個重量導致變 形 的 距 離，或 者 在 沒 有 重 量 施 加 上 的 正 常 位 置 延 伸 的 距 離。 做一張重量與橡皮筋變形距離的曲 線圖。看看這個圖是如何變化？

新知大探索 物理學上的虎克定律闡述了這樣的距離如同 橡皮筋被拉伸或壓縮的量和其產生的力成正 比。這意味著，如果該橡皮筋拉伸了兩倍（例 如2英寸而不是1英寸），則產生的力將增加 一倍。使用數學這通常寫為：

F = -kx 其中F是力，k是一個橡皮筋所用的特定常 數，x是距離。在這個實驗當中，你會使用不 同重量來測試力。

20

複合十字弓

6

模型

你所需要的零件 1

2

3

4

6

8

4 x 10 x 4 x

2 x

4 x

4 x

17

18

1 x

2 x

26

27

2 x

13

1 x 2 x 2 x

14

4 x

28

15

16

1 x

2 x

24

1 x

起源背景

弓 程的發展，在現代十字 隨著現代材料和製造過 用。 使 上的 字弓 在十 輪組 最常見的變化之一是滑 臂 臂比起傳統的十字弓弓 這種類型的十字弓的弓 。 能量 多的 輸更 來的更堅硬，因此能傳

2 x

29

31

1 x

2 x 32

11

23

1 x 2 x

10

1 x

33

34

2 x

2 x

35

2 3 x

1

3

側視

4

21

5

模型

6

6

複合十字弓

7 8

9

10

11

22

複合十字弓

模型

6

12

13 小橡皮筋

14

新知大探索 大橡皮筋

15 試著擊發弓箭來測試十字弓。請注

意，當您上膛時，滑輪周圍用橡皮筋 來纏繞。 16 嘗試移除滑輪並且用橡皮筋綁住結

合健。 你有注意到其中有什麼不一樣嗎？

23

滑輪是在一個軸上用纜繩或繩索來移動的輪子。這種 使用在該類型十字弓上的稱為固定滑輪。這種固定滑 輪是兩單臂槓桿，圍繞它的工作支點旋轉。其負載臂 和槓桿臂是在這種情況下等長，所以使用者獲得較少 的機械效益。但是，此滑輪還是相當有用處的，因為 它改變了施加力的方向。 觀察著橡皮圈可以 看出滑輪 把 橡 皮 筋拉伸更遠，也就 是說，這樣的運動 使橡 皮 筋具有 更 多的能量運用。

施力 槓桿臂

負荷的應用 負載臂

支點

模型

你所需要的零件 2

3

6

12

7 x 4 x

2 x

2 x

21

14

2 x

12 x

16

2 x

1 x

1 x

25

30

31

1 x

3 x

1 x

1 x

投石機２

1 ×3

15

23

7

19

20

1 x

2

32

2 x

注意！這組模型的一端 有隔間可置放硬幣。硬 幣作為平衡力，重力拉 下來平衡力，球即發射。

3

4

5

6

24

投石機２

模型

7

把硬幣裝到圓圈裡

8 7

警告！除了本產品提供的球體外，此發射器（本產 品）能夠發射其他物體。為了安全考量，請勿使用 非本產品提供的零件。

9 嘗試以原來設定好的模型發射球。

提起平衡物，然後讓它落下。 10 現在藉由改變樞轉點或支點的孔

洞試著來改變槓桿臂的長度。您也 可以嘗試改變臂桿本身的長度。 觀察彈丸每次更改後的投射距離。 你如何用你所學過的十字弓機型 中去改善投石機的功能呢？

新知大探索 投石機是利用一種簡單的機器叫做槓桿。槓桿是可以轉 動被稱為支點固定點的支架。槓桿放大輸入力，以提供 更大的輸出力。輸出到輸入力之比例是由從支點到施加 點的距離之比例。此比例被稱為槓桿的機械優勢。從實 驗中，你會觀察到球的拋射距離增加是因為主要投石 機臂越短，負載臂變長，但隨後再次降低。這是改變槓 桿臂以及球發射的角度的結果。 槓桿臂 1

槓桿臂 2

質量 1

25

質量 2 支點

質量 1 × 1 支臂 = 質量 2 × 支臂 2

模型

你所需要的零件 1

2

3

4

6

8

4 x 12 x 4 x

4 x

4 x

4 x

15

3 x

16

17

2 x

2 x

24

9

10

11

12

13

4 x 1 x 2 x

2 x

1 x

18

19

2 x 26

27

2 x

4 x

14

1 x

彈線裝置 弩砲是由早期古希臘從 使用扭簧方式的攻 成為 發展 字弓 持十 的手 扭力彈簧的應用取代 時， 擠壓 簧被 擊武器。當彈 一個我們都知曉的例 活中 正常的彈線彈發。在生 簧。 子，就是捕鼠器裡的彈 。 屬彈簧而是一綑的捆繩 在弩砲上的扭簧不是金 可以 進而 射物 輕的 用較 這種類型的弩砲通常使 牆 。弩砲的武器可以摧毀 達到更高及更遠的距離 壁或其他防禦工事。

4 x

2 x 29

1 x 2 x 31

32

1 x

2 x

1 x

33

34

2 x

1 x

弩砲

起源背景

21

28

8

35

3 x

1 2

3

×2

4

5 6

26

弩砲

8

模型

8

7

9

10 11

27

模型 12

弩砲

8

13

小橡皮筋

大橡皮筋

另一邊

14 試射一些弓箭。觀察它們

從弩車射擊行經的路徑， 並畫出弓箭在空中行進的 路徑。 你會如何形容呢？

在物理學中，一個物體的運動就稱為拋體，然而此運動通過接近 地球表面的空氣稱為拋體運動。在實驗中，你看到從弩車射出的 弓箭，會以一個弧形的路徑呈現。 然而這條弧線會發生了變化，當弓箭射出的角度發生變化時，你還 可能以發現：隨著角度的增加 y 該弓箭移動的距離也增加，接 10 著趨於穩定，然後下降。 8 垂直距離︵公尺︶

15

弩車水平射擊並用膠帶標 出弓箭行經的路徑距離。 重複此過程，每一次發射 增加弩車角度（瞄準更高 的天花板角度）。

新知大探索

接著上列顯示，如果以相同的 速度，但不同的角度拋射可能 會有拋射距離的差異。

6 4 2 0

x 0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20

水平距離（公尺）

試著想想以45度角拋射弓箭為何能拋射到最遠？為何弓箭的速度 可以區分為水平和垂直的拋射？當弓箭以45度角拋射，速度均勻 的分配在水平和速度之間時，這意味著它能 夠拋射最遠。 y

拋體運動在運動當中扮演一個重要的角色， 如棒球︑籃球︑高爾夫︑排球和跳水。最大化 的水平距離對於標槍︑鉛球投擲︑跳遠和足球 開球極為重要。最大化垂直高度距離對於撐 桿跳︑跳高，並在籃球跳球中扮演極為重要的 角色。

V

Vy Vx

x

28

投石車 1

模型

9

起源背景

你所需要的零件 1

2

3

7

4 x 7 x 4 x

9

1 x

11

13

6 x 1 x

2 x

20

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22

1 x

4 x

2 x

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1 x

2 x

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1 x

30

3 x

14

2 x

16

18

2 x

2 x

古 希臘文字Katapeltes。 彈射的這個術語來自古 的。 發明 左右 00 公元前4 希臘雪城的發明長老於 字弓的版本。 早期的彈射器是大型十

23

1 x 31

32

1 x 2 x

1

2

› 膠帶

3

4

6

5

29

7

投石車 1

9

模型

10 8

9

警告！除了本產品提供的球體外，此發射器 （本產品）能夠發射其他物體。為了安全考 量，請勿使用非本產品提供的零件。

大橡皮筋

y 垂直距離︵公尺︶

11 保麗龍球射向目標物 改變每次弓臂拉伸的距離，用一 塊膠帶來標記該保麗龍球射出 的距離。 你注意到速度的變化了嗎? 拋體的變化（速度）是當你伸展 橡皮筋的時後嗎？當你把投石 機的弓臂往後拉，越後面拉的 話,會有什麼變化？

m/s = meters per second (speed) Angle of trajectory

20

30 m/s

10

20 m/s 10 m/s

新知大探索

0 0

10

20

30

40

50

水平距離（公尺）

正如你在實驗1所學到的，當你 把橡皮筋拉得愈開時,橡皮筋會 增加更多的位能。所以，當你把彈射器的弓臂越往後拉時，橡 皮筋拉得越開，你的保麗龍球增加更多的位能。然後該位能 轉變為動能，或運動的能量，這可以通過以下公式計算： 2

動能 =

½ mv

其中m是質量，v是速度。由於質量不變，唯一改變的是當你 拉伸橡皮筋時所產生的速度。這就是為什麼當你拉泡球的 弓臂愈開泡球射得更快。 相同的角度，從而增加在其中的泡球射出的速度亦增加了 球行進的水平距離（範圍）和最高點的抵達（頂點）。

30

投石車 2

模型 10

起源背景

你所需要的零件 1

2

3

4

6

4 x 8 x 1 x

4 x

2 x

14

2 x

7

8

5 x

1 x

10

11

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1 x 2 x

2 x

1 x

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21

2 x

2 x

2 x

1 x

1 x

4 x

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2 x

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1 x

4 x

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29

30

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1 x

3 x

1 x

上，投 認為的彈 射器。歷 史 投石車 就是 人們常常 作為 來 度 速 的 大 極 有 一樣 擁 石 車無 法 像 彈 射器 臂 加速 注入 很多的能量須 拋射及彈遠，這是因為 體中 入彈 會進 能量 本身，因此只有少數的

2

› 碼錶

1 x

3

1

4 5

31

模型 10

投石車 2

6

7

俯視

8

9

32

投石車 2

11

模型 10 10

大橡皮筋

12

13 把投石車放置 於地板 上，保麗龍 球上

膛，拉弓臂，射出球體。 14 把投石車放置於桌角處，然後把保麗龍

球射離桌面而落地。這兩次，使用碼錶 來記錄兩次球體在空中停留的時間，並 比較其結果。

警告！除了本產品提供的球體外，此發射器 （本產品）能夠發射其他物體。為了安全考 量，請勿使用非本產品提供的零件。

新知大探索 如果 一切 保 持 不變，當射擊 高度 增 加，該物停留在空中的時間也增加。

現在使用你所學到的，並試著根據 自己的設計來構建某些模型吧！

33

垂直發射高度

把物體在空中停留的時間最大化是 極為重要的，例如：體育賽事中的網 球吊球、橄欖球、拋擲球，和跳水運 動。

水平距離

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# 7410

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