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「科學體驗「科學體驗 -- 動手做科學教具」動手做科學教具」水電解氫氧火箭理論與實作水電解氫氧火箭理論與實作

報告人台北市立中正國中自然與生活科技領域教師國立台灣學教育館科學實作創意教學講師

梅期光email ： meichiekung@yahoo.com.twc-phone ： 0920-582950

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統整與課程統整

•『統整』 (integration)就是『將兩個或兩個以上，看起來不相同但卻相關的概念，事物或現象組成一個有意義的整體。』

•『課程統整』定義為：『將兩種或兩種以上的學習內容或經驗，組合成一種有意義的、統整的學習內容或經驗。』

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科學實作與課程統整一 ~四階段關係

•階段一：科學理論間的鏈結•階段二：設計與製作間鏈結•階段三：工具與材料間鏈結•階段四：實作與理論間鏈結

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以水電解氫氧火箭為例： 科學實作與課程統整的關係

•階段一：科學理論間的鏈結•階段二：設計與製作間鏈結•階段三：工具與材料間鏈結•階段四：實作與理論間鏈結

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有關水電解氫氧燃料火箭的統整科學概念

物理•力的作用與效應•壓力的作用與效應•牛頓第二、三運動定律•熱對氣體性質的影響•尖端放電化學•電解質•水電解反應•氫、氧燃燒反應•能量間（電磁能、化學能、動能、位能、熱能）的轉換

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以水電解氫氧火箭為例：科學實作與課程統整的關係

•階段一：科學理論間的鏈結•階段二：設計與製作間鏈結•階段三：工具與材料間鏈結•階段四：實作與理論間鏈結

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科學實作使用基本工具

•特殊工具類：熱熔膠槍、尖嘴鉗。

•一般工具類：美工刀與切割墊、直尺（ 30 ㎝）、 2吋鐵釘。

•材料類：絕緣膠帶

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以水電解氫氧火箭為例：科學實作與課程統整的關係

•階段一：科學理論間的鏈結•階段二：設計與製作間鏈結•階段三：工具與材料間鏈結•階段四：實作與理論間鏈結

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科學實作基本材料

•特殊材料類：泰山八寶粥、 花生仁湯鐵罐含塑膠蓋、氫氧化鈉、電子點火槍。

•一般材料類：塑膠泡棉、大型迴紋針、 塑膠瓦楞板。

•環保材料類：回收廢電池 3號碳鋅電池碳棒…。

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以水電解氫氧火箭為例：科學實作與課程統整的關係

•階段一：科學理論間的鏈結•階段二：設計與製作間鏈結•階段三：工具與材料間鏈結•階段四：實作與理論間鏈結

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（一）組合泡棉火箭

• 1. 利用剪刀、美工刀將回收泡棉裁剪與八寶粥或花生仁湯鐵罐直徑大小火箭形狀。

• 2. 利用熱熔膠槍將泡棉火箭固定在八寶粥或花生仁湯鐵罐塑膠蓋上。

• 3. 將塑膠瓦楞板剪裁 4片相同大小的泡棉火箭定向翼。

• 4. 利用熱熔膠槍將 4片泡棉火箭定向翼，以相同角度分配分別固定在泡棉火箭四周，如下圖示。

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泡棉火箭的外觀

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（二）組合電子點火槍 -高壓放電火花產生器

• 1. 將電子點火槍用螺絲起子的面板拆下後，取下金屬放電管。

• 2. 將鱷魚夾導線連接原金屬放電管接頭，如下圖示。

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電子點火槍外觀

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電子點火槍放電現象•按下電子點火槍按鈕，可觀察到兩電及間產生淡藍色放電火花。

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（三）組合水電解氫氧火箭 -水電解槽及泡棉火箭基座

• 1. 將八寶粥或花生仁鐵罐洗淨，用鐵鎚、錐子或鐵釘等工具，在鐵罐側面敲出兩組小孔。

• 2. 鐵罐上端小孔固定大迴紋針，作為電火花高壓放電電極，如下圖（三 -1 ）示。

• 3. 鐵罐下端小孔固定 3號電池碳棒，作為水電解放電電極，如下圖（三 -2 ）示

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（三 -1）水電解槽放電電極外觀

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（三 -2）水電解槽3 號電池碳棒電解電極的外觀

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（三 -3）水電解氫氧火箭 -

水電解槽及泡棉基座組合

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（四）實作圖像及細部分析

• a. 電子點火槍 -高壓放電火花產生器。

• b. 電子秤：測量水電解氫氧火箭點火擊發時之推力。

• c. 泡棉火箭。 • d. 水電解氫氧火箭 -水電解槽、泡棉基座、泡棉火箭組合。

• e. 直流電源供應器：連接碳棒電解電極，提供直流電源水電解電解電能。

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實作作品圖像及細部分析

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（五 -1 ）實操作說明紀錄

• 1. 在水電解氫氧燃料火箭 -水電解槽內加水至能覆蓋水電解電極碳棒。

• 2. 為加速水電解反應速率，可在水電解槽內加少許氫氧化鈉，幫助水溶液導電。

• 3. 用鱷魚夾導線連接直流電源（或用 4個串聯乾電池替代）至水電解電極碳棒，調整直流電壓為 6 伏特。

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（五 -2 ）實操作說明紀錄• 4. 將水電解槽上緣位置用絕緣膠帶包覆，填充泡棉火箭塑膠蓋基座與水電解槽間的縫隙，可減少氫氣與氧氣的外溢，再將泡棉火箭固定在水電解槽基座上。

• 5.開啟電源，通電時，電解時間以不超過 10 分鐘為限。

• 6.連接電子點火槍 -高壓放電火花產生器鱷魚夾導線至水電解槽上端大迴紋針電火花高壓放電電極，按下按鈕即可擊發泡棉火箭。

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（六 -1 ）科學知能加油站

• 1.從水電解氫氧燃料火箭的結構觀察，你發現與水電解氫氧燃料火箭有關的科學原理有哪些？

• 2.從水電解氫氧燃料火箭的操作過程中分析，你發現與水電解氫氧燃料火箭有關的科學原理有哪些？

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（六 -2 ）科學知能加油站

• 3.操作水電解氫氧燃料火箭時，通電電解時間的長短關係，對泡棉火箭飛行高度有何差別？

• 4.你能說明使泡棉火箭從擊發至飛行的過程中，牽涉到哪些能量間的轉轉換？

• 5.你能說明操作水電解氫氧燃料火箭前，為何要在水電解內加少許氫氧化鈉的原因嗎？

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珍重再見敬請批評指教

報告人台北市立中正國中自然與生活科技領域教師國立台灣學教育館科學實作創意教學講師

梅期光

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