摘要
我們這次實驗主要是研究出降落狀況最佳的紙螺旋槳，我們藉由調整葉片的長度、寬度，機身的重量等實驗操作，從測量下落秒數並觀察有無翻轉、旋轉速度、左右晃動，瞭解紙螺旋槳的旋轉和空氣流動的情形，最後經由改良葉片數量而發現旋轉速度和下降速度平穩性最佳的4平8穩的紙螺旋槳。
壹、研究動機
三年級上學期的自然與生活科技透過塑膠袋裝空氣的活動，體驗空氣就充滿在我們的身邊，經由操作活動認識空氣占有空間、空氣可以被壓縮、空氣的流動會形成風，想利用空氣的特性來設計製造玩具，由於看到「不可思議的科學實驗室—物理篇」中利用紙和迴紋針製成紙直升機真是太神奇了，所以就想研究看看。
貳、研究目的
一、了解紙螺旋槳與空氣特性的關係。
二、了解重量對紙螺旋槳的旋轉速度和下落速度的影響。
三、了解葉片長度對紙螺旋槳的旋轉速度和下落速度的影響。
四、了解葉片寬度對紙螺旋槳的旋轉速度和下落速度的影響。
五、了解葉片數量對紙螺旋槳的旋轉速度和下落速度的影響。
參、研究設備與器材
一、研究設備
長圓形透明塑膠筒、線香、影印紙、鉛筆、尺、美工刀、迴紋針、
電子秤、碼錶
二、數位設備
電腦、數位相機各一台、Ulead VideoStudio 11、PhotoShop
CS5。
肆、研究過程、方法、研究結果與討論
一、了解紙螺旋槳與空氣特性的關係。
(一)、研究過程、方法
1.用長圓形透明塑膠筒收集線香燃燒的煙後，用數位相機錄下紙螺旋
槳旋轉下落時的影片。
2.用Ulead
VideoStudio 11中影片快剪精靈擷取紙螺旋槳旋轉下落時
的連續影像。
(二)、研究結果
圖1 圖2
圖3 圖4
(三)討論
從圖1、圖2、圖3、圖4發現經由操作紙螺旋槳旋轉下落時，會讓
白煙產生流動的情形，認識空氣就充滿在我們的身邊、空氣占有空間、
空氣的流動會形成風等空氣的特性。
二、了解重量對紙螺旋槳的旋轉速度和下落速度的影響。
(一)、研究過程、方法
1.影印紙先裁剪一條長條紙（長x寬12cm x 6cm）。
2.將紙條沿著黑線剪開（如下圖5）。
3.將葉片的部分互相交叉，柄的部分折成長條狀並別上迴紋針。（如下
圖6）
4.捲尺
5.同心圓
6.發射台(電磁鐵)如7圖
7.雷射筆
|
圖5 圖6 圖7
7.在室內無風處
8.葉片的長度及寬度固定
9.落下的高度相同。
10.測量平穩度。
11. 觀察並紀錄。
(二)、研究結果
圖8
說明:
1.表格中的10為同心圓直徑10公分，20為直徑20公分，以此類推。
2.表格中的X1.2.3……為降落次數。
迴紋針數量
|
0個
|
1個
|
2個
|
3個
|
機型1
|
10 20
30
X0 X1
X2
40 50
60
X1 X1
X5
|
10 20
30
X2 X3
X4
40 50
60
X0 X1
X0
|
10 20
30
X1 X4
X5
40 50
60
X0 X0
X0
|
10
20 30
X3 X4
X3
40 50
60
X0 X0
X0
|
機型2
|
10 20
30
X0 X0
X1
40 50
60
X1 X3
X5
|
10 20
30
X2 X3
X2
40 50
60
X2 X1
X0
|
10 20
30
X4 X4
X2
40 50
60
X0 X0
X0
|
10
20 30
X1 X4
X3
40 50
60
X2 X0
X0
|
機型3
|
10 20
30
X0 X1
X2
40 50
60
X1 X3
X3
|
10 20
30
X2 X4
X2
40 50
60
X2 X1
X0
|
10 20
30
X3 X4
X2
40 50
60
X1 X0
X0
|
10
20 30
X3 X5
X2
40 50
60
X0 X0
X0
|
統計
|
10 20
30
X0 X2
X5
40 50
60
X3 X7
X13
|
10 20
30
X6 X10
X8
40 50
60
X3 X3
X0
|
10 20
30
X8 X12
X9
40 50
60
X1 X0
X0
|
10
20 30
X7 X12
X8
40 50
60
X2 X0
X0
|
總結
|
不平穩
|
平穩
|
平穩
|
平穩
|
迴紋針的個數
|
0個
|
1個
|
2個
|
3個
|
螺旋槳的重量(g)
|
0.014
|
0.027
|
0.040
|
0.053
|
1片葉片的長(cm)
|
6
|
6
|
6
|
6
|
1片葉片的寬(cm)
|
3
|
3
|
3
|
3
|
1片葉片的面積(㎝2)
|
18
|
18
|
18
|
18
|
柄的長度(cm)
|
6
|
6
|
6
|
6
|
150cm下落速度(秒)
|
1.43
|
1.33
|
1.16
|
1.00
|
有無翻轉
|
有
|
無
|
無
|
無
|
旋轉速度快慢順序
|
4
|
3
|
2
|
1
|
左右晃動
|
有
|
無
|
無
|
無
|
迴紋針的個數
|
0個
|
1個
|
2個
|
3個
|
螺旋槳的重量(g)
|
0.014
|
0.027
|
0.040
|
0.053
|
1片葉片的長(cm)
|
6
|
6
|
6
|
6
|
1片葉片的寬(cm)
|
3
|
3
|
3
|
3
|
1片葉片的面積(㎝2)
|
18
|
18
|
18
|
18
|
柄的長度(cm)
|
6
|
6
|
6
|
6
|
100cm下落速度(秒)
|
1.13
|
0.93
|
0.76
|
0.64
|
有無翻轉
|
有
|
無
|
無
|
無
|
旋轉速度快慢順序
|
4
|
3
|
2
|
1
|
左右晃動
|
有
|
無
|
無
|
無
|
圖9
(三)討論
1.由實驗結果和圖9分析可以知道，重量越大落下速度越快；旋轉的
速度越快。
2.綜合了旋轉情形和落下速度，我們發現重量太輕時是不平穩的會翻
轉或左右搖晃。
3.由實驗結果的分析可以知道，重量越大降落時較平穩；重量太輕降
落時較不平穩。
三、了解葉片長度對紙螺旋槳的旋轉速度和下落速度的影響。
(一)、研究過程、方法
1.裁剪長條紙（長x寬約15cm x 6cm）（長x寬約14cm x 6cm）
（長x寬約13cm x 6cm）（長x寬約12cm x 6cm）
（長x寬約11cm x 6cm）（長x寬約10cm x 6cm）
（長x寬約9cm x 6cm）（長x寬約8cm x 6cm）各一條。
2.將紙條沿著黑線剪開（如上圖5）。
3.將葉片的部分互相交叉，柄的部分折成長條狀並別上迴紋針。（如上圖6）
7.在室內無風處
8.葉片的寬度固定
9.迴紋針重量固定（1個迴紋針）
10.落下的高度相同
11.測量平穩度。
12.觀察並紀錄。
(二)、研究結果
說明:
1.表格中的10為同心圓直徑10公分，20為直徑20公分，以此類推。
2.表格中的X1.2.3……為降落次數。
葉片長度
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
機型1
|
10
20 30
X2
X1 X2
40
50 60
X3
X1 X1
|
10
20 30
X0
X4 X2
40
50 60
X2
X2 X0
|
10
20 30
X1
X3 X5
40
50 60
X1
X0 X0
|
10
20 30
X2
X3 X0
40
50 60
X1
X3 X1
|
10
20 30
X1
X2 X2
40
50 60
X4
X0 X1
|
10
20 30
X1
X1 X1
40
50 60
X5
X1 X1
|
10
20 30
X0
X1 X3
40
50 60
X2
X1 X3
|
10
20 30
X1
X3 X1
40
50 60
X2
X1 X2
|
機型2
|
10
20 30
X4
X5 X1
40
50 60
X0
X0 X0
|
10
20 30
X2
X3 X2
40
50 60
X4
X0 X0
|
10
20 30
X1
X2 X6
40
50 60
X1
X0 X0
|
10
20 30
X0
X3 X5
40
50 60
X2
X0 X0
|
10
20 30
X0
X1 X6
40
50 60
X1
X1 X1
|
10
20 30
X0
X2 X2
40
50 60
X3
X2 X1
|
10
20 30
X1
X4 X1
40
50 60
X1
X2 X1
|
10
20 30
X2
X3 X2
40
50 60
X3
X0 X0
|
機型3
|
10
20 30
X4
X4 X2
40
50 60
X0
X0 X0
|
10
20 30
X2
X4 X3
40
50 60
X1
X0 X0
|
10
20 30
X1
X3 X3
40
50 60
X1
X3 X4
|
10
20 30
X0
X1 X4
40
50 60
X1
X4 X0
|
10
20 30
X0
X2 X2
40
50 60
X0
X6 X0
|
10
20 30
X2
X3 X5
40
50 60
X0
X0 X0
|
10
20 30
X1
X3 X2
40
50 60
X3
X1 X0
|
10
20 30
X2
X2 X4
40
50 60
X1
X0 X1
|
統計
|
10
20 30
X10X10X5
40
50 60
X3
X1 X1
|
10
20 30
X4X11X7
40
50 60
X6
X2 X0
|
10
20 30
X3X8X15
40
50 60
X3
X1 X0
|
10
20 30
X2
X7 X9
40
50 60
X4
X7 X1
|
10
20 30
X1X5X10
40
50 60
X5
X7 X2
|
10
20 30
X3
X6 X8
40
50 60
X8
X3 X2
|
10
20 30
X2
X8 X6
40
50 60
X6
X4 X4
|
10
20 30
X5
X8 X7
40
50 60
X6
X1 X3
|
總結
|
平穩
|
平穩
|
普通
|
普通
|
普通
|
普通
|
普通
|
平穩
|
1片葉片長度(cm)
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
1片葉片的寬(cm)
|
3
|
3
|
3
|
3
|
3
|
3
|
3
|
3
|
1片葉片的面積(㎝2)
|
6
|
9
|
12
|
15
|
18
|
21
|
24
|
27
|
柄的長度(cm)
|
6
|
6
|
6
|
6
|
6
|
6
|
6
|
6
|
150cm下落速度(秒)
|
0.75
|
0.93
|
1.13
|
1.23
|
1.33
|
1.43
|
1.54
|
1.64
|
有無翻轉
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
旋轉速度快慢順序
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
左右晃動
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
圖10
(三)討論
1.由實驗結果和圖10分析可以知道我們發現葉片長度不同在相同的高度降落時，葉片越短面積較小而受到的空氣阻力變少，下落秒數會較快，會較快旋轉。
2.葉片越長下落秒數會較慢，會較慢旋轉，這次的操作沒有左右搖晃
和翻轉的現象。
3.葉片愈短降落時較平穩，葉片愈長降落時較不平穩。
四、了解葉片寬度對紙螺旋槳的旋轉速度和下落速度的影響。
(一)、研究過程、方法
1.裁剪長條紙（長x寬約6cm x2cm）（長x寬約6cm x 3cm）
（長x寬約6cm x 4cm）（長x寬約6cm x 5cm）
（長x寬約6cm x 6cm）（長x寬約6cm x 7cm）
（長x寬約6cm x8cm）（長x寬約6cm x 9cm）各一條。
2.將紙條沿著黑線剪開（如上圖5）。
3.將葉片的部分互相交叉，柄的部分折成長條狀並別上迴紋針。（如上圖6）
4.在室內無風處
5.葉片的長度固定
6.迴紋針重量固定（1個迴紋針）
7.落下的高度相同
8.測量平穩度。
9.觀察並紀錄。
(二)、研究結果
說明:
1.表格中的10為同心圓直徑10公分，20為直徑20公分，以此類推。
2.表格中的X1.2.3……為降落次數。
葉寬度
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
機型1
|
10
20 30
X3
X2 X5
40
50 60
X0
X0 X0
|
10
20 30
X0
X4 X5
40
50 60
X1
X0 X0
|
10
20 30
X0
X0 X5
40
50 60
X3
X2 X0
|
10
20 30
X0
X0 X3
40
50 60
X5
X2 X0
|
10
20 30
X0X0X2
40 50 60
X4X4X0
|
10
20 30
X0X0X2
40
50 60
X4X4X0
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X0X5X5
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X1X3X6
|
機型2
|
10
20 30
X3
X4 X3
40
50 60
X0
X0 X0
|
10
20 30
X0
X4 X4
40
50 60
X2
X0 X0
|
10
20 30
X0
X3 X3
40
50 60
X2
X2 X0
|
10
20 30
X0
X0 X5
40
50 60
X5
X0 X0
|
10 20 30
X0
X0 X3
40
50 60
X2X5X0
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X3X4X3
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X1X5X4
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X2X3X5
|
機型3
|
10
20 30
X3
X3 X4
40
50 60
X0
X0 X0
|
10
20 30
X3
X2 X5
40
50 60
X0
X0 X0
|
10
20 30
X0
X2 X4
40
50 60
X4
X0 X0
|
10
20 30
X0
X0 X5
40
50 60
X5
X0 X0
|
10
20 30
X0X0X1
40
50 60
X5X4X0
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X4X5X1
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X2X6X2
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X1X3X6
|
統計
|
10
20 30
X9X9X12
40
50 60
X0
X0 X0
|
10
20 30
X3X10X14
40
50 60
X3
X0 X0
|
10
20 30
X0X5X12
40
50 60
X9
X4 X0
|
10
20 30
X0X0X13
40
50 60
X15X2X0
|
10
20 30
X0X0X6
40
50 60
X11X13X0
|
10
20 30
X0X0X2
40
50 60
X9X14X5
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X3X16X11
|
10
20 30
X0X0X0
40
50 60
X4X9X17
|
總結
|
平穩
|
平穩
|
普通
|
普通
|
普通
|
不平穩
|
不平穩
|
不平穩
|
1片葉片寬度(cm)
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
1片葉片的長(cm)
|
6
|
6
|
6
|
6
|
6
|
6
|
6
|
6
|
1片葉片的面積
|
12
|
18
|
24
|
30
|
36
|
42
|
48
|
54
|
150cm下落速度(秒)
|
1.24
|
1.33
|
1.24
|
1.26
|
1.27
|
1.26
|
1.24
|
1.14
|
有無翻轉
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
無
|
左右晃動
|
無
|
無
|
有
|
有
|
有
|
有
|
有
|
有
|
圖11
(三)討論
1. 由實驗結果和圖11分析可以知道我們發現葉片寬度不同，在
相同的高度降落時，葉片寬度越短面積較小，因受到的空氣阻力
變少，下落秒數會較快，會較快旋轉。降落時比較不會左右晃動
及翻轉。
2.葉片寬度越寬，下落秒數會較慢，會較慢旋轉，因增加葉片的面積，
就會阻力變大，降落時出現左右晃動的情形較大。
3.雖然葉片的寬度不同，但是葉片長度固定而發現下落的時間都很接
近。
4.由實驗結果可以發現，葉片寬度愈寬降落時較不平穩，葉片寬度愈
小降落時較平穩。
五、了解葉片數量對紙螺旋槳的旋轉速度和下落速度的影響。
(一)、研究過程、方法
1.影印紙先裁剪6條長條紙（長x寬12cm x 6cm）做成6個紙螺旋槳。
2.將2個紙螺旋槳（如下圖12、圖13）沿著黑線剪開，將葉柄的部分
交叉疊成4片螺旋槳 (圖14)。
3.將4個紙螺旋槳（如下圖12、圖13）沿著黑線剪開，將葉柄的部分
交叉疊成8片螺旋槳 (圖15)。
圖12 圖13
4.在室內無風處
5.葉片的長度及寬度固定
6.落下的高度相同
7.測量平穩度。
8.觀察並紀錄。
(二)、研究結果
圖8
圖14 圖15
說明:
1.表格中的10為同心圓直徑10公分，20為直徑20公分，以此類推。
2.表格中的X1.2.3……為降落次數。
葉片數量
|
2
|
4
|
8
|
機型1
|
10 20 30
X5 X3 X0
40 50 60
X1 X1 X0
|
10 20 30
X1 X3 X1
40 50 60
X2 X1 X2
|
10 20 30
X2 X3 X0
40 50 60
X0 X3 X2
|
機型2
|
10 20 30
X3 X1 X1
40 50 60
X0 X5 X0
|
10 20 30
X6 X2 X0
40 50 60
X2 X0 X0
|
10 20 30
X2 X1 X3
40 50 60
X2 X1 X1
|
機型3
|
10 20 30
X5 X2 X0
40 50 60
X3 X0 X0
|
10 20 30
X3 X1 X0
40 50 60
X4 X2 X2
|
10 20 30
X6 X2 X1
40 50 60
X0 X0 X1
|
統計
|
10 20 30
X13 X6 X1
40 50 60
X4 X6 X0
|
10 20 30
X10 X6 X1
40 50 60
X8 X3 X4
|
10 20 30
X10X6X4
40 50 60
X2 X4 X4
|
總結
|
平穩
|
平穩
|
平穩
|
螺旋槳的個數
|
2片螺旋槳+1個迴紋針
|
4片螺旋槳
|
8片螺旋槳
|
螺旋槳的重量(g)
|
0.027
|
0.028
|
0.056
|
1片葉片的長(cm)
|
6
|
6
|
6
|
1片葉片的寬(cm)
|
3
|
3
|
3
|
總葉片的面積(㎝2)
|
36
|
72
|
144
|
柄的長度(cm)
|
6
|
6
|
6
|
150cm下落速度(秒)
|
1.16
|
1.17
|
1.16
|
有無翻轉
|
無
|
無
|
無
|
旋轉速度快慢順序
|
1
|
2
|
3
|
左右晃動
|
無
|
無
|
無
|
(三)討論
1.由實驗觀察發現當2片紙螺旋槳下落時會先有一小段墜落後才展開雙翼旋轉；紙螺旋槳太輕容易造成翻轉，太重則不旋轉直落到底；紙螺旋槳葉片太寬容易造成左右搖晃。
2.經過改良組合2個紙螺旋槳成為4片紙螺旋槳後，能從開始到結
束都能平順的旋轉，不會翻轉也不會左右搖晃。
3.再改進組合4個紙螺旋槳成為8片紙螺旋槳，雖然重量增加一倍
仍然能從開始到結束都能穩定的旋轉，不會翻轉也不會左右搖
晃。
4.從實驗發現2片葉片有時候會晃動，4片葉片較平穩，8片葉片
較穩定。
伍、結論
2片紙螺旋槳重量太輕會翻轉，太重會直接墜落不會旋轉；葉片寬度
固定長度短則面積小，受到的空氣阻力變少所以下落較快，如果要減慢
下降的速度就須增加葉片的面積，但是增加空氣阻力過大又造成左右晃
動，所以紙螺旋槳的重量、葉片長度和寬度都需要配合才能旋轉的平順
穩定。經過改良組合2個紙螺旋槳成為4片紙螺旋槳後，讓葉片上的空氣
阻力分散到各個方向，發現紙螺旋槳能從開始到結束不會翻轉也不會左右
搖晃都能旋轉的平順。最後再改進組合4個紙螺旋槳成為8片紙螺旋槳，
雖然重量增加了一倍仍然能從開始到結束不會翻轉也不會左右搖晃都能旋
轉穩定，4片紙螺旋槳操作「平順」而8片紙螺旋槳穩定」，作品名稱就叫
「4平8穩的紙螺旋槳」。
陸、參考資料
一、南一自然與生活科技第一冊單元三
二、不可思議的科學實驗室.物理篇/珍妮絲‧派特‧范克勞馥著；林怡芬譯.—
初版.—臺北縣新店市：世茂，1993[民82]
三、http://etoe.tc.edu.tw/frs/dw/moid/50a1b651f26d962e47000000/did/16574
