F a c e b o o o k

梅期光/共發表8篇文章

國中自然科領域退休教師,「認識科展第一本書」作者

Print Friendly and PDF 

『實作』3D虛擬影像觀測箱與看聲音在跳舞

  撰文者:梅期光  2016-09-06
  點閱次數:1007


筆者在進行科學實作教學時,常發生教師或學生因錯誤使用美工刀而造成手指受傷情形!因此,教師、家長或學生產生一種錯誤認知:即科學實作是一種危險的操作課程!試想,對於低年段國小甚至國中的學生而言,科學文字敘述或符號代表的公式只是一種抽象式的理解描述,若沒有科學實作及科學實驗的現象觀察來佐證,又如何能有效的達到科學教育知(認知理解)行(實驗操作)合一的目的呢?本次文章裡,筆者設計了自己動手製作的「3D虛擬影像觀測箱」,這是一個利用光的反射與折射定律而形成的一個3D視覺虛擬環境;在「看聲音在跳舞」實驗裡,筆者透過雷射光的振動來觀察聲波。除此之外,筆者也在器材製作過程中,指導學生如何正確地使用美工刀以及如何安全地剪裁玻璃。透過動手做實驗,達到科學教育知行合一的目的!

材料

1. 3D虛擬影像觀測箱實作:不透光塑膠板(或厚硬紙板)、透明塑膠膜(或保鮮膜),如圖所示。

2. 看聲音在跳舞實作:塑膠板、兩腳釘、大型塑膠免洗杯、鋁箔紙(或保鮮膜)、面鏡、雷射筆,如圖所示。

▓製作步驟

一、3D虛擬影像觀測箱

1. 用尺量取手機的長度與寬度的數值,以SONY手機(長度:15cm、寬度:8cm)為例。

2. 利用直尺、美工刀與切割墊裁切3D虛擬影像觀測箱實作的各部分。

(1) 側蓋兩片:長度:9cm、寬度:9cm。

(2) 視窗下蓋、底蓋、背蓋、固定板一片:長度各為:2 cm- 9 cm- 9 cm-3cm、寬度:16cm。

(3) 視窗上蓋、頂蓋一片:長度各為:2 cm- 9 cm、寬度:16cm。

(4) 反射膜基座一片:長度12.5cm、寬度16cm。

3. 觀測箱組合步驟:

(1) 先組合視窗上蓋、頂蓋與兩片側蓋。

(2) 再組合視窗下蓋、底蓋、背蓋、固定板,其中背蓋、固定板不需黏著固定。

(3) 用2cm寬度雙面膠帶黏貼在反射膜基座四邊位置,再用美工刀沿雙面膠帶內側邊緣將塑膠板裁切成寬度為2cm反射膜固定框。然後將保鮮膜均勻黏貼在反射膜固定框四周。

4. 將反射膜放置在3D虛擬影像觀測箱實作的內部位置。

5. 將手機水平放置在3D虛擬影像觀測箱實作的底座位置,觀察者眼睛視線以與視窗等高位置水平方式,從反射膜觀察手機螢幕顯示影像。

·現象觀察與推理思考

1. 打開觀測箱背蓋、無法觀測到手機螢幕顯示影像!為什麼?

2. 開啟手機影像播放功能,觀測者以水平方向觀測視窗內,觀察反射膜所產生影像與手機屏幕產生影像性質為何?

3. 打開3D虛擬影像觀測箱背蓋,觀測者以水平方向觀測視窗內,觀察反射膜所產生影像性質為何?

二、看聲音在跳舞

1. 利用美工刀與剪刀裁切大型透明塑膠免洗杯的底座部分,製作看聲音在跳舞實作發聲口。

【注意事項】裁切塑膠杯底座時,正確的方式為以「五指併攏」的方式握住塑膠杯側面,美工刀露出1~2片刀刃、另一手以「拳眼朝上」的方式握住美工刀、且握拳關節部分需緊靠塑膠杯。如果露出刀刃過長、以「環握」方式握住塑膠杯側面、以「拳眼朝下」方式握住美工刀、或手「懸空」遠離塑膠杯等方式都是錯誤的。

 

正確      

錯誤 

2. 利用直尺、美工刀與切割墊裁切看聲音在跳舞實作的各部分。

(1) 一片基座板:長度15cm、寬度910cm。

(2) 兩片雷射筆基座板:長度:10cm、寬度:2cm。

(3) 兩片雷射筆基座固定板:長度:3cm、寬度:2cm。

3. 將塑膠杯放置塑膠基座板一側中間位置,用美工刀在標示位置刺穿一小切口。

4. 將兩腳釘從塑膠杯內側小切口位置穿出,彎折兩腳釘後用透明膠帶黏著固定。

5. 用雙面膠帶黏著塑膠杯杯口下緣,取適當大小鋁箔紙(或保鮮膜)振動膜黏貼在塑膠杯杯側位置。

【注意事項】1.鋁箔紙(或保鮮膜)振動膜表面盡量維持平滑效果!2.因保鮮膜具有彈性施力拉扯容易變形,為增加振動膜的振動效果,保鮮膜不需施力拉扯,僅需將保鮮膜直接包覆塑膠杯杯口即可!

6. 將雙面膠帶黏貼在兩片雷射筆基座固定板兩端及中央位置,用美工刀沿雙面膠帶切開,再黏著在雷射筆基座固定板上,如圖所示。

7. 將雷射筆基座板放置基座板另一側,將長竹籤用雙面膠黏貼在雷射筆基座板側面,調整長竹籤尖端位置剛好在鋁箔紙(或保鮮膜)振動膜「中央」位置後,註記長竹籤傾斜位置,將雙面膠帶黏著註記背面位置,用美工刀沿雙面膠帶切開,再黏著在雷射筆基座固定板上,如圖所示。

8. 用料理剪刀在水面下將大片面鏡剪成小片面鏡。

【注意事項】剪裁面鏡玻璃時必須在水面下操作,當面鏡玻璃受剪刀刀刃施力破裂時,利用水壓作用,可減少面鏡玻璃破碎產生玻璃碎屑噴發及不規則破裂現象。

9. 用雙面膠帶將雷射筆黏在雷射筆基座固定板上,開啟雷射光筆開關,將兩小片面鏡用雙面膠帶黏在振動膜中央位置。

10. 開啟雷射光筆開關,雙手環握放置嘴旁,以不同音量、音調發聲,觀察光屏上雷射光點的位置變化情形。

·現象觀察與推理思考

1.開啟雷射光源照射在振動膜「中央位置」反射面鏡,觀察雷射光經振動膜上小面鏡反射的光點位置,觀察光屏雷射光點的變化情形為何?

2. 在塑膠杯發聲口以不同頻率(即音調)發聲,觀察光屏雷射光點的變化情形為何?

3. 在塑膠杯發聲口以不同強度(即響度)發聲,觀察光屏雷射光點的變化情形為何?

學習3D虛擬影像觀測箱與看聲音在跳舞有關科學原理

1. 光的反射定律

 (1)入射光、反射光在相同平面(相同介質)(2)入射光、反射光在法線兩側(3)入射角等於反射角。

2. 光的折射定律:

(1)入射光、折射光在不同平面(不同介質)(2)入射光、反射光在法線兩側(3)入射角大於反射角(光從疏介質-空氣進入密介質-水)、入射角小於反射角(光從密介質-水進入疏介質-空氣)。

3. 光經兩不同介質介面,一部分光被界面反射,仍在相同介質傳播,遵循光的反射定律。另一部分光通過介面,會發生光的傳播方向、速度改變,遵循光的折射定律。

4. 聲波屬於彈性波,聲源是一個振動的物體,聲波的傳播需有彈性介質,一般而言,氣體、液體、固體皆可做為聲音傳播介質,實驗證明:氣體聲速<液體聲速、固體聲速。聲波是縱波,當聲波傳播時,聲源振動體使周邊介質產生振動將振動聲能傳播出去,振動波源以平面波形式向四面八方傳播,振動體不同的振動頻率、振動強度與振動方式,決定了聲音的性質,即聲音的音調、音量與音色。


示範影片:https://www.youtube.com/watch?v=EJhqZ9PBsyY&list=PLPBKfjKCOx2ubHwOruL0AsGQY9K6u0pLy&index=1

     https://www.youtube.com/watch?v=kBcC9qkvg_M&list=PLPBKfjKCOx2ubHwOruL0AsGQY9K6u0pLy&index=2



Search