用Algodoo製作虛擬眼球

之前介紹過一個軟體叫做Phun，是一個可以虛擬物理世界的軟體。我也用了這個軟體做了幾次虛擬的實驗。

Phun是一款免費的軟體，Algodoo可以說是phun的進階版，但是要收費。algodoo和phun最大的差別，就是algodoo裡面有光學的套件。可以把物體調整為透明的，也可以調整折射率。也可以做出雷射筆作為光源。

於是我就想可以利用這些套件做眼球的虛擬教具。其實只要對凸透鏡成像夠熟悉，眼睛的成像原理並不難。在黑板上畫個圖就行了，不過因為algodoo很好玩，所以就決定來做這個教具。作法如下面的投影片：

相簿在此

虛擬眼球製作

眼球製作完畢後，實際使用操作的影片如下：

隨身版的孔特管

想做孔特管已經一陣子了，前一陣子在中大辦的物理示範教學年會蘇裕年老師展示了自製的孔特管，效果非常好。所以自己也想要真的做出一個孔特管。

要做孔特管需要幾個東西：訊源、揚聲器、透明的長管子、保麗龍球。其中訊源的部份，要去買訊號產生器，但是這個東西實在很貴。所以就四處找尋替代方案，最後找到了這個軟體，這可以調整輸出的頻率，從40Hz~2000Hz，雖然調節的精度不算很高，可是也夠用了。

但是notebook當做訊源還不夠隨身，在生物趴辣客2的時候，熱血彥文老師分享了一個smart  phone的app，是可以發出高頻率噪音的。本來的用意是可以看耳朵能聽到多高的聲音，但因為軟體可以發出從40Hz~20000Hz的訊號，所以也可以拿來當做訊源。

接下來是揚聲器。一開始我是去買了一顆約4吋的全音域喇叭，但是要讓喇叭叫，還要接一個擴大機，雖然可以用，但總是有點麻煩。直到我找到了X-mini2 max，這東西體積小，聲音大，內建鋰電池，兩顆可以拆開獨立使用。所以其中一個給了小孩接上ipod nano，當他的語言學習機，另外一顆就當做孔特管的揚聲器了

接著是透明管子。最容易取得的方式，就是去壓克力行買一根管子，但是一次要買兩公尺，價格和半徑有關。要做到比較好的話，可能要價300~800元不等。想了幾次還是沒買。最後決定用大根的量筒替代。效果也不錯啦，玻璃材質還比較能防靜電。

保麗龍球其實去買就可以了，3mm的買一包也不貴。另外就是有一種枕頭裡面有聚酯小球的，也可以。我是把前幾年學生做科展買的大片的保麗龍一顆一顆拔下來，就成了。

實際操作的影片如下

11/19日更新

由於在iPhone app store找到一個更棒的訊號發射軟體，可以微調發射頻率。精度為1Hz，所以就可以調整到保麗龍球不要亂跑的頻率，確實量出一些實驗數據。

實驗影片如下


測量結果為：兩個波腹的距離約略小於20cm，發出的頻率為897Hz, 當時的氣溫以電子溫度計測量為攝氏22度。

兩波腹的距離為波長的一半，所以波長約為40cm，乘上897Hz，得到358.8m/s的波速。若只考慮聲音受氣溫影響的話則實際的聲速為

331 + 0.6x22 = 344.2m/s

這樣還蠻準的唷！

阿腦想呼吸，於是有了肺

光是一顆腦是活不下去的，又不是太空突擊隊的田教授。

所以我就弄了一個肺給他..

寄件者 阿腦

有肺當然就得要有胸腔肋骨脊椎骨，鼻子氣管支氣管和橫隔膜。

臉上鑽了兩個洞當鼻孔，兩根滴管當氣管，經過頸部到胸腔...

寄件者 阿腦

背後的部份，大腦連著頸骨、脊椎骨，一路往下（我亂畫的）...然後胸腔的脊椎骨連著肋骨..

寄件者 阿腦

前面則是胸骨連著肋骨

寄件者 阿腦

吸氣時，隔膜下降，肺部充氣...

寄件者 阿腦

吐氣時，隔膜上升，肺部壓縮...

寄件者 阿腦

這樣有沒有很kuso....接著恐怕要做消化系統了...

搞笑的阿腦

因為參加生物趴辣客的關係，抽獎抽中一顆大腦。當時忘在會場，還麻煩月鈴老師幫我保管，今天才拿到。可是由於果凍蠟的特性，拿到的時候已經塌掉了，變成扁大腦。所以我拿到之後，就開始想，能夠對這顆腦做什麼加工呢？從師大分部騎車到家前，就想到一個主意：把腦子放扭蛋裡面，這樣上半部是透明的殼，可以觀察大腦。下半部是半透明的殼，可以畫上臉。就變成

寄件者 阿腦

寄件者 阿腦

其實這顆扭蛋的下方有兩個洞，我還想把這兩個洞各自加上管子，一個變成呼吸系統，一個變成消化系統...希望可以成功

頻閃燈與閃光攝影

九年級上到「速度」單元的時候，都會有個用打點計時器的實驗來說明速度的概念。但是我不喜歡打點計時器。原因是打點計時器的頻率並不穩定，嚴重的話，甚至會有走走停停的狀況發生。只要打點的頻率不穩定，時間的因素控制不佳，用打點的距離來理解速度的活動，就失去意義。
另外就是當打點計時器敲在紙帶上的時候，明顯會讓紙帶煞車，所以等速運動的紙帶根本就不會是等速運動。
所以我就決定用頻閃燈和照相機來拍攝閃光攝影，記錄球的軌跡來說明速度的觀念。裝置如下：

寄件者 頻閃燈做加速與等速運動的實驗

器材：照相機、頻閃燈、投影機、腳架、尺、黑色軌道、球

照相機必須要能有快門先決功能。快門長度可以自由調整，我通常都調1~2秒。另外相機最好有影像傳輸線，能直接把影像用VGA或HDMI的線傳到投影機，就不需要經過電腦了。事先把訊號線接好，只要相機切到檢視相片功能時，就可以將影像傳給投影機了。

頻閃燈只要能穩定的輸出閃光就可以。

黑色軌道：為什麼軌道要黑的呢？因為閃光攝影會連續曝光1~2秒鐘，通常都會太亮。如果軌道是淺色的，那就會整個白掉，球會看不清楚。所以球的背景以黑色的比較好。

上圖是用兩隻1公尺的鐵尺放在黑色實驗桌上作為軌道，同時可以讀取距離的資料。

實驗作法：

1.打開頻閃燈，調到10Hz

2.半按相機快門鈕，讓相機對好焦。(如果有手動對焦模式，也可以事先對好焦）

3.把球沿著軌道滾出，按下快門拍攝

4.將相機功能切成檢視相片，就可以把實驗結果投影到螢幕上了

寄件者 頻閃燈做加速與等速運動的實驗

接著就可以在白板上（我直接把白板當螢幕，就可以任意書寫）標出實驗結果，計算，示範速度的觀念。

寄件者 頻閃燈做加速與等速運動的實驗

上面這個圖是用大玻璃珠做的，所以會有亮點。而且DC在檢視圖片時，可以放大檢視。所以實驗結果可以看的更清楚。

RGB混光裝置2010

幾年前，做了一個RGB混光裝置，效果還不錯。但當時採取的方式是用三個電源控制三個燈泡。這樣做的原因是如果用一個電源驅動三顆並聯燈泡的話，會造成某個燈泡電流過小的問題。
今年去中大參加了物理示範教學年會，看到林宣安老師示範了一個類似的裝置。但是他只用了一顆12V的鋰電池就驅動了三個燈泡。詢問之下，才知道他用串連可變電阻的方式來解決這個問題。
所以回來之後，就立刻將舊的裝置接上可變電阻，果然就可以用一組電源驅動三個燈泡了。接著我就想要把整個裝置做成更精緻的樣子。可惜我之前拿到的高功率LED已經用完了，只好另外買一般正常的聚光LED。

另外更新的裝置還有電源和燈泡座的部份。

材料如下：RGB LED燈泡各一個，單切開關三個，100歐姆可變電阻三個，USB母頭一個，放光碟的布丁筒一個（高度約4~5cm）3pin杜邦端子三個。

單切開關，我選擇2pin的，其實3pin也無所謂都可以。

寄件者 光與顏色教具

100歐姆可變電阻和旋鈕

寄件者 光與顏色教具

旋鈕其實可以不用買，但是為了愛漂亮也只好買了...可變電阻有三隻腳，要接的是右邊兩隻腳。這樣的話旋鈕向逆時針轉到底時，電阻最大（燈泡最暗），順時針轉到底時，電阻最小（燈泡最亮）。如果沒把握的話，拿個三用電錶測一下電阻，比較保險。

接下來是USB母頭。可以看到上面三隻腳，下面兩隻腳，共五隻腳。但其實我們只需要兩隻腳。就是上面三隻腳的最左邊和最右邊。

怎麼知道呢？只要接上電，用電錶量一下就知道了。左邊那隻是高電位，右邊那隻是低電位的。因為LED的正負極不能弄錯，所以USB電源這邊也不能弄錯。

寄件者 光與顏色教具

接下來這個是3pin的杜邦端子，上面有三個孔，連到下面三隻腳，這樣只要把下面其中兩隻腳焊上電路，上面的孔就可以插LED燈泡，當做LED燈座。LED燒壞的時候更換就很方便。（wiimote的IR pen也可以用喔，所以我買了一堆）（感謝鄭永銘老師告知名字）

寄件者 光與顏色教具

布丁筒應該就不用講了，首先先把布丁筒在三等份的地方挖出一個長方形和圓形的洞，讓開關和可變電阻可以穿過去。布丁筒剛好在三等份的地方都會有一個突出來的，可以扣住底盤的形狀，所以只要抓那個位置就可以了。裝好之後，就要開始布線。線路其實很簡單，就是一個電源，並聯三個電路。三個電路中都有一個燈泡、一個開關和一個可變電阻串聯。就可以了。

寄件者 光與顏色教具

寄件者 光與顏色教具

整個組合起來的樣子如下圖

寄件者 光與顏色教具

RGB的開關和調光位置是120度的間隔，剛好可以搭配色環來講解混光源裡。上方再用fuji底片的底片盒當做燈罩。

LED插在底座上，更換很方便。

寄件者 光與顏色教具

開燈的樣子如下面三張圖：

寄件者 光與顏色教具

寄件者 光與顏色教具

寄件者 光與顏色教具

由於LED是聚光型的燈泡，所以會集中在某處。接著來看一下混光的效果


燈罩打開後，可以看到燈泡

寄件者 光與顏色教具

電源就用usb就可以了，只要你有電腦或者USB充電器，都可以用...

寄件者 光與顏色教具

用USB電源的好處是它有5V，扣掉給可變電阻的電壓，應該差不多是可以讓3V LED承受的電壓。不過我選用USB電源的最主要原因，還是因為我覺得USB電源比較炫啦...

最後來看看三顆燈泡一起開，外面再墊一層塑膠免洗杯當燈罩的效果

寄件者 光與顏色教具

應該可以感覺到白色的效果了

出外攜帶這個教具的話，其實還是用電池比較方便。所以我就把一條壞掉的USB線，剪下公頭。裡面有四條線（紅黑綠白），用一個電池盒接上USB公頭（紅接紅，黑接黑，綠白不用管）就變成隨身版的教具了。

其中這個USB電池盒，還可以拿來幫我的手機充電...實在讚！

孔特管

一直想做個孔特管，一支孔特管需要的材料有：訊號發射器，擴大機，揚聲器，管子，保麗龍球。這幾樣材料中，擴大機、揚聲器、保麗龍球都是很簡單可以取得的東西。（我的保麗龍球，是從大片保麗龍板上一顆一顆剝下來的，其實直接買現成的就可以了）可是管子和訊號發射器兩樣東西是比較難搞的。

水族館賣的透明PVC管，多是四分管，太細了。今天臨時想到可以用玻璃量筒來做，於是就試驗了一下，沒想到還算有點效果。

訊號發射器動不動就要五千塊錢以上，八九千甚至上萬訊號發射器也很常見。價格太高了。所以一定要有替代方案才行。一個簡單的替代方案就是用audacity做訊源輸出。這個軟體可以讓你輸出指定頻率的正弦波，雖然每次改變頻率就要重新輸入一遍，不過這軟體免費，絕對是很棒的替代方案啦！

把訊號線接上喇叭後，按下play，看一下效果

目前還沒有把喇叭的部份和量筒封閉起來，封閉起來後，應該效果會更好。當然保麗龍球也得多一點才行。

轉不停陀螺

在今年2010年物理教學及示範研討會中，我參加了第一個工作坊是由好幾位超強老師組合成的團隊辦理的「玩手機，玩科學」工作坊。其中印象最深刻的應該就是陳坤龍老師做的一些教具。但是因為時間太短了，許多教具只有看個大概，沒辦法現場做出成品。

在陳老師展示的諸多教具中，其中有一個「轉不停陀螺」相當有趣，後來在阿簡老師的部落格中，也看到相關的資訊，就決定要把這東西做出來。

這個教具的構造很簡單，就是一個電池（盒），一個磁簧開關，LED，電磁鐵，和一個陀螺（黏兩個磁鐵），在陀螺上的兩個磁鐵上黏的方向，必須是相反磁極。也就是一顆磁鐵N極朝外另一顆就要是S極朝外。

電路的部份，就將LED和電磁鐵並聯後，再和磁簧開關串聯就可以了。

寄件者 轉不停馬達

這東西的原理是陀螺會觸發磁簧開關，陀螺每轉一圈，磁簧開關就被接通一次，讓電磁鐵作用，就可以推陀螺一把。陀螺就會一直轉囉。

這個小玩具，可以做成不透明的版本。然後和學生比賽誰的陀螺轉的比較久。當學生看出怪怪的時候，可以引進一些科學界對永動機的看法。

極簡的IR pen製作

簡單的說，就是以4號電池盒為筆身的IR pen。電池盒就是筆身，就不用另外找一個筆身再加上電池盒...

寄件者 Wii remote whiteboard

電路是一樣的：電池、燈泡和微動開關都串聯就好。燈泡用熱容膠固定在電池盒底部。（我找不到適當的LED燈泡座，否則固定在電池盒前方應該是更好！）比較詭異的是，微動開關固定在電池上

寄件者 Wii remote whiteboard

更換電池的時候，要把微動開關拔起來，換新電池時，再上膠。

寄件者 Wii remote whiteboard

微動開關壓下去，就發亮。這個微動開關也是最簡形式了，就兩片有彈性的彈簧片而已...這個大小大約如同粉筆一般，重量當然是比粉筆重，不過還可以接受。

另外比較搞笑的是，我切了一段約三公分的壓線條，把ir pen黏在背膠上，就變成手指式的ir pen

寄件者 Wii remote whiteboard

我想手指式IR pen真是想瘋了是吧...

寄件者 Wii remote whiteboard

整個運作正常流暢...本來有拍個測試影片，結果不知道為什麼檔案損毀了...之後有重拍再放上來吧

p.s.這兩天用鈕扣電池做了三四個指套式IR pen，雖然都運作的很好，但是鈕扣電池輸出的電量好像太小了，IR燈泡的亮度不太夠，所以Wii remote有時候會收不到訊號。看樣子還是得用四號電池才是王道...

用畫的爵士鼓

先來看影片：



好玩嘛？
這個作法很簡單，就是先把GarageBand打開，設定樂器為drumset，接著把虛擬的鍵盤打開（通常這種軟體都會有這種功能，讓人可以用滑鼠或電腦鍵盤輸入音樂吧）

接著挑出大鼓、小鼓、tomtom和鈸的位置，在白板上略作記號。

然後把投影機關掉，在白板上畫出樂器之後，就可以開始玩了～～

wiimote 指套式IR pen

把IR pen戴在手上當手指如何？

寄件者 Wii remote whiteboard

首先是要弄一個扭扣電池的電池座，本來想找LR44的小鈕扣，沒想到只找到CR2032的大鈕扣。只有一個選擇，只好用了。而且這個電池是3V的，我很怕會把IR燈泡燒掉，回來試了一下，沒有燒掉，所以就放心的做了。畢竟在使用時，並不會長時間點亮燈泡。

寄件者 Wii remote whiteboard

接著是弄一個超小的微動開關。這微動開關構造超簡單！就是兩片有彈性的銅片而已。超級小！

然後指套的部份是什麼呢？這是試紙罐子的蓋子唷～剛好符合我的食指大小。（如果有人手指大一點，就要找其他的替代品了）

寄件者 Wii remote whiteboard

連接的方式一樣沒什麼了不起，就是開關、燈泡、電源通通串聯就是了

寄件者 Wii remote whiteboard

燈泡按下去，就亮了

寄件者 Wii remote whiteboard

實際使用的樣子



朗朗用ipad彈大黃蜂，我用wiimote彈小星星啦...XD

光與顏色的教具

壹、前言

這個教具是製作一個有RGB三色燈泡的裝置。並且可以利用RGB三色的燈泡來混出青色、黃色和洋紅三種顏色。可以讓學生看到光與顏色的混合是怎麼發生的。

這個教具是小型裝置，可以在上課的時候製作，製作完學生可以帶回家的。如果要拿來上大班課，還是用大型燈泡投影比較好。

貳、器材：

九伏特電池2顆、九伏特電池接頭兩個、RGB的LED燈泡各一個、4 pin 接頭一個、廢棄光碟片一片、迴紋針5根。

參、製作方式：

一、將RGB三顆燈泡的負極端一起接到 4pin接頭的第四個pin上。

二、將R、G、B三顆燈泡的正極端分別接到1、2、3號pin上。

圖一、三個燈泡的線路接法

三、將三根迴紋針分別接到1,2,3號pin的另一端。

圖二、電池端的線路接法，四號pin上多接了一個迴紋針。Orz..

四、將九伏特電池兩顆接上電池接頭，電池接頭的負極接到4號pin上。

五、將兩個九伏特電池的正極綁上迴紋針。

六、將所有的裝置用熱融膠固定在廢棄的光碟片上，就完成了。

拍完照片之後，我才發現我多接了一根無用的迴紋針在第四個pin上。

圖三、完成全圖

肆、實際操作的紀錄

一、單色燈泡，為了讓顏色可以均勻，必須在燈泡上面蓋免洗塑膠杯，大概用三個杯子疊上去就可以了。原理和磨砂燈泡一樣。

圖四、紅燈亮了

圖五、紅燈蓋上免洗杯的樣子

圖六、綠燈蓋上免洗杯的樣子

圖七、藍燈蓋上免洗杯的樣子

二、兩個燈泡一起開。

1.紅加綠

圖八、紅加綠

2.藍加綠

圖九、藍加綠

3.紅加藍

圖十、紅加藍

這個實驗裝置除了可以混光之外，還可配合色紙做不同色光在不同顏色色紙上的反射。

p.s.這東東是第八屆行動研究教具類優選

寄件者 Blogger 圖片

不過行動研究有把穿透和反射的實驗都做了

照相機成像

這是什麼？

寄件者 相機成像

這是一台古董了，是我岳父大人給我老婆的相機。有多老？這接環是M42接環，現在新的相機已經沒有這種接環了。這M42系統，還蠻輝煌一時的，著名的蔡斯也有好幾顆現在還在二手市場流通的鏡頭，價格也一直居高不下。

寄件者 相機成像

這台相機，也是當年的一代銘機，現在被我拿來當國中教具..ㄎㄎㄎ...

在八年級理化課，光學部分的最後。在講完凸透鏡成像後，會提到像是望遠鏡、眼鏡、照相機等等的光學儀器。既然要講相機的成像，那最直接的教具，就是拿一台相機來看囉。

但是什麼樣的相機適合呢？

第一、要單眼相機。（其實TLR也可以，不過這樣太討債了。leica M6這種RF也可以，不過更加討債）

第二、要有全手動功能，可以很容易的對焦和調整光圈。

第三、要能使用便宜的機械快門線（M42有可以用電子快門線的嗎？）

第四、相機要有B快門

大概就這樣～

怎麼用呢？重點在後面...把背蓋打開後，裝上一卷底片，把底片黏上隨便一個可以半透光的東東就可以了..最簡單的材料就是一張薄一點的紙

寄件者 相機成像

我用的是還沒使用過的護貝膠膜...

寄件者 相機成像

把相機的快門設定為B快門（意思是快門鈕按下去，反光鏡就會跳起來，快門簾就會打開，總之就是讓光線可以打到底片上，啊本來光線不是打到底片上嗎？不是，光線會打到反射鏡，把光線往上反射，經過五稜鏡反射後進入觀景窗）

設定好之後，按下快門，然後用快門線把快門鎖住

就可以在膠膜上看到成像囉～

寄件者 相機成像

這時候最好挑個風和日麗鳥語花香的日子，把相機..喔～是教具啦..拿到外面去，對著外面美麗的風景按下快門

寄件者 相機成像

看到我們美麗的校園了吧

寄件者 相機成像

改變對焦位置，將焦點對在較近的雲南黃馨上，背景就模糊了，這就是傳說中的淺景深嗎！！

寄件者 相機成像

到目前為止可以看到相機成像是倒立的、縮小的實像...但是剛剛提到「改變對焦位置」，何謂也？相機怎樣改變對焦位置？

這裡可以讓學生觀察、操作、思考。

觀察什麼呢？觀察在對焦點改變的時候，相機改變了什麼？

思考什麼？為什麼相機做了這樣的改變，能夠改變對焦點？

學生需要知道什麼才能夠想出來？啊就是前面才教過的凸透鏡成像啊...

大家有興趣可以想想看，下面這張圖和

寄件者 相機成像

這張圖

寄件者 相機成像

注意到相機哪裡改變了嗎？當當～～～相機沒有改變～～～改變的是鏡頭....囧...

一個鏡頭伸長了，另一個縮短了...

那請問，哪一個對焦點是在遠方？那一個是對在比較近的雲南黃馨上？（前景）

想一想，可以讓你的凸透鏡成像觀念更清楚唷