D.S.
以下是一個結合科學探究與動手實作的「橡皮筋竹筷子槍」實驗設計，包含明確的操縱變因、趣味競賽元素與生活應用，適合中學生或科學社團操作：
實驗主題：竹槍彈射效能大挑戰——探討橡皮筋參數對射程的影響
✦ 核心科學概念：
彈性位能轉換、變因控制、數據分析與優化設計
【實驗設計亮點】
- 低成本易操作：材料取自生活用品
- 階梯式探究：從基礎製作→定量測試→創意改裝
- 競賽趣味性：結合射程賽與精準賽
- 跨領域連結：物理（力學）、數學（數據圖表）、工程（結構優化）
【實驗材料】（每組）
【探究實驗三階段】
🔍 階段一：基礎製作與變因辨識
- 標準竹槍製作（統一規格控制變因）
- 參照經典三腳架結構（附圖解步驟）
- 固定槍身長度（30cm）與扳機觸發機制
- 腦力激盪：小組列出可能影響射程的10個因素
→ 引導歸納：橡皮筋數量、拉伸長度、子彈重量、發射角度...
⚖️ 階段二：操縱變因定量測試（重點實驗）
👉 實驗A：橡皮筋「數量」vs. 射程
- 控制變因：拉伸長度固定（用尺規標記15cm）、子彈統一（2g紙團）、45度發射角
- 操縱變因：橡皮筋數量（1條/2條/3條並聯）
- 數據記錄：每次測量3次取平均，繪製「橡皮筋數-射程」折線圖
- 固定橡皮筋2條，改變拉伸長度（10cm/15cm/20cm）
- 計算「拉伸比」=(拉伸後長度)/(原長度)
- 進階分析：用慢動作影片測量子彈初速度
📊 數據交叉比對
引導問題：「為何橡皮筋超過3條時射程反而下降？ 可能涉及什麼物理現象？」
（提示：摩擦力與能量損耗）
🚀 階段三：創意實戰賽
- 任務1：最遠射程挑戰
使用前兩階段數據，自選參數組合射擊 - 任務2：精準打靶賽
設置同心圓靶（不同分數區），加入「發射角度」變因分析 - 工程改良加分：可加裝輔助瞄準器或緩衝結構
【教學引導技巧】
- 對比實驗：讓兩組用極端參數（如1條vs.5條橡皮筋）立刻看到差異
- 失敗設計展示：預先製作過長/結構鬆散的竹槍，討論穩定性需求
- 生活連結：
- 對比弓箭/彈弓設計原理
- 討論橡皮筋老化對彈性的影響（延伸居家測試）
【安全與倫理強調】 🔒
- 嚴格規定子彈必須軟質且禁止對人射擊
- 操作美工刀時示範「推刀遠離身體」手法
- 延伸討論：古代投射武器 vs. 現代安全玩具設計理念
【學習成果評量】
- 科學報告：包含數據圖表與誤差分析
- 口頭發表：解釋最佳參數選擇的物理依據
- 創意評比：結構穩定性、美觀度、參數調控便利性
此設計透過「系統性變因測試→競賽驗證→工程改良」的流程，將簡單的竹槍製作轉化為完整的探究課程，同時保留手作的趣味本質。建議搭配歷史兵器演進影片或彈性材料科學簡報，深化學習層次。
G.K.
引言
橡皮筋竹筷子槍是一種簡單的玩具，利用竹筷作為結構框架，橡皮筋作為動力源和飛彈。這種玩具不僅製作簡單，還能用於物理實驗，探究投射運動等原理。本實驗設計以發射角度作為明顯的操縱變因，探究其對橡皮筋射程的影響，旨在提供一個有趣且實用的科學探究活動，適合教室或科學展覽。
實驗設計
標題
探討發射角度對橡皮筋竹筷子槍射程的影響
目的
了解發射角度如何影響橡皮筋竹筷子槍發射的橡皮筋（飛彈）在水平方向上的距離。
假說
根據物理學的投射運動原理，在忽略空氣阻力時，射程在45°的發射角度下應達到最大。
材料
參考製作教學：Wikiversity 橡皮筋槍教程
製作橡皮筋竹筷子槍
- 準備材料：收集4對竹筷和約10條橡皮筋，確保竹筷結實，橡皮筋彈性良好。
- 製作組件：
- 槍口片：從一對竹筷中切下25毫米的一段，作為槍口。
- 槍管：保留該對竹筷的其餘部分作為槍管。
- 扳機和防連發桿：從另一對竹筷的細端切下65毫米，作為扳機和防連發桿。
- 握把：使用切割後的較長部分作為握把。
- 框架：兩對完整竹筷作為槍的主框架。
- 組裝：
- 將槍管插入框架，用橡皮筋固定。
- 在後端插入握把，用橡皮筋綁緊，確保與框架呈90度。
- 將防連發桿固定在框架頂部，用橡皮筋綁緊。
- 將扳機插入框架，確保可靈活移動，用1-2條橡皮筋固定，增加彈性。
- 將槍口片固定在槍管前端，用橡皮筋綁緊。
- 裝填：
- 從槍口拉一條橡皮筋至扳機，保持扳機呈90度。
- 將橡皮筋繞過防連發桿和握把，勾回扳機。
- 可重複裝填最多5條橡皮筋，交替繞過防連發桿兩側。
- 第5條橡皮筋直接從槍口拉至扳機。
實驗步驟
- 在平坦、開闊的空間設置實驗場地，確保槍口前方無人或易碎物品。
- 使用三角板調整槍的發射角度，起始角度為30°。
- 裝填一條橡皮筋作為飛彈，確保每次試驗條件一致。
- 發射槍，使用量尺測量橡皮筋從槍口到落地點的水平距離。
- 記錄距離，重複3次試驗，計算平均值。
- 改變發射角度，測試15°、45°、60°和75°，對每個角度重複上述步驟。
- 記錄所有數據，繪製角度與平均射程的圖表。
分析
- 比較不同角度下的平均射程，找出最大射程對應的角度。
- 根據投射運動原理，理論上45°應產生最大射程（忽略空氣阻力）。
- 分析偏差，可能由空氣阻力、橡皮筋彈性差異或槍的結構不完美引起。
- 繪製角度（x軸）與平均射程（y軸）的折線圖，觀察趨勢。
預期結果
預計45°時射程最大，因為投射運動的水平距離公式為 ( R = \frac{v^2 \sin(2\theta)}{g} )，其中 ( \theta = 45° ) 時 ( \sin(90°) = 1 )，射程最大。實際結果可能因空氣阻力或槍的設計而略有偏差。
實驗的有趣與實用性
- 有趣性：本實驗結合了工程製作（組裝槍支）和物理探究（投射運動），參與者可體驗從製作到測試的完整過程。發射橡皮筋的過程充滿樂趣，且結果直觀展示物理原理。
- 實用性：材料簡單（竹筷和橡皮筋隨處可得），實驗設置要求低，適合學校或家庭環境。實驗可作為物理課程的實作活動，幫助學生理解角度與射程的關係，並培養實驗設計能力。
安全注意事項
- 槍口始終指向安全方向，切勿瞄準人或動物。
- 建議佩戴安全護目鏡，防止橡皮筋反彈傷眼。
- 裝填橡皮筋時避免過度拉伸，以防斷裂。
- 確保實驗場地開闊，無人或易碎物品。
結論
本實驗通過改變發射角度，探究其對橡皮筋射程的影響，預計驗證45°為最佳角度。實驗不僅展示投射運動原理，還提供動手製作的樂趣，適合教育和娛樂用途。未來可進一步探究其他變數，如橡皮筋種類或槍的設計改進。
替代實驗建議
若希望探索其他變數，可考慮以下實驗：
- 扳機橡皮筋數量：改變扳機處橡皮筋的數量（1、2、3條），測試對射程的影響，探究槍的內部力學。
- 橡皮筋種類：使用不同尺寸或厚度的橡皮筋作為飛彈，比較射程差異。
參考資料
- Wikiversity 橡皮筋槍教程
- Instructables 橡皮筋槍製作
