A 水中體積
A 重力
B 水中體積
B 重力
📖 操作說明
- 拖曳方塊:直接拖曳物體 A/B 可以移動位置;拖曳背景空白處可以左右旋轉視角(最多 ±90°),上下小幅拖曳則是傾斜視角(±15°),傾斜後可以看到方塊的頂面或底面。
- 右上 2×2 按鈕:「暫停」會凍結所有物體的位置(拖曳跟旋轉仍可操作),方便停下來講解;「受力箭頭」「液壓箭頭」分別開關重力浮力箭頭跟水壓箭頭;「大字」會放大數字字級,適合大螢幕遠距離觀看。
- 受力數據面板:右上角可切換 N/kgw 單位;「浮力」這行預設用「👁 點擊查看」隱藏起來,點一下才會顯示數值跟畫面上的浮力箭頭文字,適合讓學生先預測再核對答案。
- 外圍液體:可選純水、海水、酒精、水銀等預設液體,也能拖滑桿自訂密度。
- 物體 A/物體 B:先按「顯示」才會出現在畫面上;材質選單分三類——「與外部液體連動」會即時跟著外圍液體變動、「液體(固定密度)」選了之後密度就固定不再跟著外圍液體變、「固體材質」是一般物質。重量跟體積會互相換算(密度固定時,改一個另一個自動更新),可以用快捷按鈕(重量1/2/3、體積小/中/大)快速設定,也能直接輸入小數自訂。體積上限是 8000 cm³。
- 液壓箭頭:開啟後會在方塊側面跟底面畫出水壓箭頭,底面同時會比較「外部水壓(向上)」跟「物體自身重量造成的壓力(向下)」——物體浮到平衡時,這兩個箭頭長度會剛好相等。
🎓 教學步驟建議:從阿基米德的「水積木」概念切入
- 先別顯示任何物體。問學生:「如果我在這缸水裡,憑空『框』出一塊跟周圍一樣都是水的方塊,它會浮起來、沉下去,還是停在原地?」讓學生先猜猜看、說出理由。
- 按下「顯示」物體 A(材質預設就是「純水」,跟外圍液體一樣)。學生會看到它就停在原地不動,不浮不沉。這正是阿基米德原理的起點:一塊跟周圍液體完全相同的「水」,所受的浮力剛好等於自己的重力,所以靜止不動。
- 保持物體 A 的「重量」數字不變,把材質切換成食用油或保麗龍等其他物質。引導學生討論:為什麼現在它會浮起來?(密度比周圍液體小,同樣重量需要更大的體積才能達到平衡)
- 善用浮力的隱藏機制:請學生先用公式「浮力=液體密度×排出體積」計算預測值,再按下「👁 點擊查看」核對答案,培養先預測、後驗證的探究習慣。
- 開啟液壓箭頭,請學生觀察方塊底部那組「向上」(外部水壓)跟「向下」(物體自身重量造成的壓力)箭頭——浮到平衡時兩者一樣長,提供浮力的另一種理解角度(壓力差),而不只是「排出體積」這一種說法。
- 用物體 A、B 做對照:把兩者的「重量」都用快捷按鈕設成一樣(例如都按「1」kgw),但材質選不同的物質,比較兩者體積差多少。討論「等重不同密度」的關係——密度越小,要達到相同重量所需的體積就越大。
- 換外圍液體(海水、酒精、水銀),觀察同一個物體在不同液體中浮沉狀態的變化。水銀密度極高,可以讓學生看到幾乎任何物體都會浮起來,藉此討論「物體浮沉只跟兩者密度的相對大小有關」這個核心概念。