金門地區第 61 屆中小學科學展覽會 作品說明書
科 別：物理 組 別：國小組 作品名稱：空氣真奇妙
關 鍵 詞：大氣壓力、空氣砲、射程（最多3個）
編 號：
製作說明：
1.說明書封面僅寫科別、組別、作品名稱及關鍵詞。
2.編號由金門縣教育處與承辦單位統一編列。
3.封面編排由參展作者自行設計。
空氣真奇妙
摘要
認識空氣無色、無味，而且占有空間，空氣沒有固定的形狀，但可以被壓縮。由於空氣 會各自移動，所以，會形成不同的風，而且熱空氣上升，而冷空氣下降，造成對流現象。利 用空氣的特性可以抬高物體，可以將水壓送出去，甚至做玩的空氣砲玩具，原來空氣真奇 妙。
壹、研究動機
有一天，在校園裡看到木工叔叔利用空氣槍在釘櫥子,不用出力就可以把木板用釘子一 根根的釘上去，深感奇妙，另外營養午餐餐桶打不開，廚工阿姨將一道道熱騰騰的午餐放入 餐桶，立即蓋上餐蓋，送到教室時卻怎麼用力都打不開，為什麼餐蓋會打不開呢？於是我們 想到生活中一定有很多類似的現象，我們覺得不可思議，所以決定動手試看看探討奇妙的空 氣，在老師的指導下做幾種實驗更了解空氣。
貳、研究目的
一、探討空氣是否在我們周圍。
二、探討空氣是否有重量。
三、探討空氣的對流情形。
四、探討空氣的壓力。
五、探討吹氣能抬高物品？
六、利用空氣為動力製作空氣砲。
參、研究設備器材
(一)大小燒杯、燒瓶、水盆。(二) 寶特瓶(375ml)、氣球。(三)燒杯、廣口瓶、透明 片、線香。(四)玻璃瓶、圖畫紙、寶特瓶、打氣筒、氣球。(五) 夾鏈袋、書本、吸 管、打氣筒。(六)紙杯、寶特瓶、氣球、剪刀 、美工刀、圖畫紙、膠帶、蠟燭 肆、研究過程及方法
研究一、探討空氣是否在我們周圍
實驗：1.將一個小燒杯杯口鉛直向下，完全沒入水中，觀察杯內情形。
2.再將一個大燒杯在水裡裝滿水，將大燒杯倒放拉到離水面 1 公分處(不離開水 面)，小燒杯置放於大燒杯下方，且使小燒杯漸漸的傾斜，觀察並紀錄結果。
發現：1.將小燒杯鉛直向下，完全沒入水中時，需要一些力氣，才能讓小燒杯杯內完全
無水進入。
2.小燒杯漸漸的傾斜，杯的空間就漸漸被水佔滿，擠出的氣泡向上，到達大燒 杯，且讓大燒杯的水被擠出來。
結果；平常我們認為是周圍的空氣是看不到，抓不住的東西，而這個實驗，可使不可見 的空氣變成可見的東西，使它在水裡變成氣泡，一顆顆發亮的空氣，形狀多 變，佔有體積。
研究二、探討空氣是否有重量。
實驗：將灌氣與未灌氣的汽球，分別放在簡易天秤的兩端，觀察並紀錄結果。
發現：灌有空氣那端的汽球會比較重。
研究三、 探討空氣的對流情形。
實驗(一)：1.在燒杯內放置冰塊，廣口瓶(冷)一併放置於內 3 分鐘。
2.在另一個燒杯內放置熱水，另一個廣口瓶(熱)一併放置於內 3 分鐘。
3.將廣口瓶(冷)取出，點一線香使其煙充滿廣口瓶，用透明片蓋住。
4.廣口瓶(熱)放在廣口瓶(冷)上放，開口對開口，抽出透明片。
5.再冷熱廣口瓶上下倒放。
6.認真觀察，記錄每一個現象。
實驗(二)：同實驗一 1.2.步驟
3.將廣口瓶(熱)取出，點一線香使其煙充滿廣口瓶，用透明片蓋住。
4.廣口瓶(冷)放在廣口瓶(熱)上放，開口對開口，抽出透明片。
5.再冷熱廣口瓶上下倒放。
6.認真觀察，記錄每一個現象。
發現：1.在廣口瓶(冷)的煙霧留在下方未往廣口瓶(熱)上方移動，廣口瓶對調後，在廣 口瓶(冷)的煙霧往廣口瓶(熱)下方移動。
2.在廣口瓶(熱)的煙霧往廣口瓶(冷)上方移動，廣口瓶對調後，在廣口瓶(熱)的 煙霧留在上方，未往廣口瓶(冷)下方移動。
3.綜合 1.2.從煙霧移動的情形知道，溫度高的空氣會上升，溫度較低的空氣會 下降，然後會慢慢達到溫度平衡。
研究四、探討空氣的壓力。
實驗(一)：將一個玻璃瓶裝著滿滿的水,剪一張圓形圖畫紙片蓋住杯口,先扶著紙片便將 杯子倒過來再將手離開紙片，觀察並紀錄結果。
發現：手離開紙片時，杯中而不會掉下來。
實驗(二)：1.我們把一個氣球塞入寶特瓶內,再用力吹氣(打氣筒打氣)，觀察氣球。
2.用刀片將寶特瓶底開了一條裂縫,重新對氣球吹氣(打氣筒打氣)，觀察氣 球。
3.把這一條裂縫用膠帶封住,不再對氣球吹氣(移開打氣筒)，觀察氣球。
發現：1.氣球塞入寶特瓶內,我們如何用力都無法將氣球吹起來(打氣筒打氣)。
2.發現：氣球又可以被吹大起來。
3.將裂縫封住以後，原來吹大起來的氣球竟然不會消氣，一直保持原狀。
研究五、探討吹氣能抬高物品？
實驗：1.將桌子上放一個大、中、小夾鏈袋,然後將袋子上堆好一疊書。
2.往袋子慢慢打氣,會有什麼發現？
結果：1.
書本數量 夾鏈袋
(1本≒350g) 撐起書本重量
大(50*34.5公 分)
12 最重
中(24*34公分) 10 小(13.5*17公
分)
3(1.3kg) 最輕
2.書本的慢慢抬起來了,而根本不用很多的力氣；另外夾鏈袋面積越大，能抬起的重 量就越重。
研究六、 利用空氣為動力製作空氣砲。
統一採用: 紙杯(長度11.2公分，V=370ml，採空氣砲前小後大製作，如圖1、2、3)，寶 特瓶(V=600ml)如圖4)，裁一圖畫紙片(5*8公分),折成L型設為標靶，空氣砲 離桌上2公分處，拉開氣球5公分後，標靶、砲口、拉開氣球位置，三點成一 直線，再放手，每個位置打中造成移動後就移往下個距離，以三次為限。
圖1 圖2 圖3
圖4
實驗:(一)探討同開口(寶特瓶為砲身)、同氣球、不同體積的空氣砲 結果:1.V:移動 Δ:晃動不移動
紙片距離(公分) 體積 V=600ml
30 40 50 60 65 70 結果
V V V V V V 最遠 3/4V V V V V Δ
2/4V V V V Δ 1/4V V Δ
2. 射程最遠:V > 3/4 V > 1/2V > 1/4V，體積越大，射程越遠。
實驗: (二)探討同體積，同氣球，不同砲口直徑(全開，開口1/2，開口1/4)的空氣砲 結果：1.V:移動 Δ:晃動不移動
紙片距離(公分)
砲口直徑大小
30 40 50 60 70 結果
全開 V V V V
開口1/2 V V V V V 最遠
開口1/4 V V Δ 加入開口全開，
但前大後小(像 擴大器)
打出空氣砲聲音最響亮，但紙 片在距離10公分處都無法打中
2.射程最遠:開口1/2>全開>開口1/4，發現砲身是前大後小(像擴大器)聲音很響亮，卻 無法打到任何紙片，而且開口全開的射程也不是最大的。
實驗(三)探討同體積V=600ml、同開口，不同氣球(大中小) 結果:1.V:移動 Δ:晃動不移動
紙片距離(公分)
氣球公分
30 40 50 55 60 65 70 結果
L1=14.5-4.5 V V V V V Δ 最遠 L2=12.8-4 V V V V Δ
L3=10.8-3.5 V V V Δ
2. 射程最遠:L1 > L2 > L3，氣球長度越長，射程越遠。
實驗:(四)探討同砲口(寶特瓶為砲身)、同氣球、不同體積的空氣砲(目標標靶為蠟燭) 結果:1. V:蠟燭熄滅 Δ:火芯晃動未熄滅
蠟燭距離(公 分)
體積 V=600ml
10 20 30 40 50 結果
V V V V 最遠
3/4V V V
2/4V V Δ 1/4V V
2. 射程最遠: V > 3/4V > 2/4V> 1/4V，體積越大，射程越遠。
實驗:(五)探討同砲口(寶特瓶為砲身)、同氣球、不同體積的空氣砲(目標標靶為蠟燭) 結果:1.V:蠟燭熄滅 Δ:火芯晃動未熄滅
蠟燭距離(公
分)
砲口直徑大小
10 20 30 40 50 結果
全開 V V Δ
開口1/2 V V V V 最遠 開口1/4 V V Δ
2. 射程最遠:開口1/2>全開(及)開口1/4。
伍、研究結果
一、平常我們認為四周圍的空氣是看不到，抓不住的東西，可以將它壓入水中方便觀 察，當小燒杯傾斜時，空氣在水裡變成氣泡，一顆顆發亮的空氣，形狀多變，佔有 體積。
二、空氣是有重量，壓在我們身上的空氣重量稱「大氣壓力」。
三、空氣的流動形成的風,熱的空氣會上升任的空氣會下降而形成的空氣的對流現象，
因此才會看到冷氣機放置於房間的上面，而熱暖爐放於房間靠近地面處。
四、我們四周一直都有大氣壓力，大氣壓力存在我們四周圍雖然感覺不出來，因為人體 內外的壓力達到平衡的緣故；但被玻璃瓶外的空氣施在紙片上的壓力,大到使紙片 頂著杯口，使水不受重力往下流。
五、寶特瓶內的氣球用力吹氣也沒辦法吹起來，因為寶特瓶內的氣壓比氣球大。把寶特 瓶切一隙縫再吹氣，就容易吹起來，但把這隙縫在封住，會發現原來的氣球並沒有 消氣掉，而是保持隙縫封住前的樣子，而餐桶也是因為桶內外壓力不同才造成打不 開的窘境，只要讓餐桶蓋有一絲縫隙，外面空氣進入後，就很好打開。
五、慢慢吹氣到夾鏈袋中，書本會慢慢被抬起來了，原來利用空氣的大氣壓力的原理在 日常生活中可以做許多的事，如：木工釘鐵釘的氣槍、起重機、千斤頂……等。
六、砲身體積大，空氣砲的射程大，砲身體積小，空氣砲射程小。
七、越大的氣球，可以拉動的長度越長，空氣砲的射程大；越小的氣球可以拉動的長度 短，空氣砲射程小，所以氣球彈性越大越好，往後拉動的長度大，提供給空氣的動 力會較強。
八、砲口均為圓形，以開口1/2砲口的射程最好，擊出的力量較集中；砲口面積越小，
則發射的範圍比較小，擊出的力量雖集中，但射程並不遠；開口全開，空氣砲的力 量會減弱，因為擠壓出來的空氣，沒法集中，射程降低。
七、空氣砲的材料(紙杯、寶特瓶)使用兩種各有優劣，所以混合使用
實驗情形 空氣砲材料
特色 使用次數
紙杯 砲口易切割，砲身容易固定，適 合探討不同口徑的空氣砲
每個實驗次數約20次數
，超過30次就變形了 寶特瓶 砲口容易固定，炮身容易切割，
適合探討不同炮身的空氣砲
每個實驗次數約30次數
八、空氣砲的標靶(紙片、蠟燭)使用兩種各有優劣。
實驗情形 空氣砲標靶
特色 使用狀況
紙片(5*8公分), 1. 材料容易取得。
2. 不管紙杯或寶特瓶當空氣砲射 程都比較遠(最遠=70公分)。
使用很多次都不會壞 掉
蠟燭 1. 材料比較有危險性，被打到的 視覺效果很明顯。
2. 需要空氣砲的空氣更集中，所 以射程都比紙片差。
隨著實驗時間拉長，
蠟燭會越燒越短，蠟 燭短於1/3就不再使用
陸、討論與結論
在看不到摸不著，無所不在的空氣環境中生活慣了，空氣的特性和重要性反而會忽 略，而我們日常中與空氣息息相關，利用空氣的特性可以幫我們改善生活；另外在製作 空氣炮的過程中，我們使用紙杯、寶特瓶都是資源再利用的材料；製作中遇到不易切割 的砲口、炮身、氣球，都要一一去克服，有耐心去慢慢完成，而實驗的過程也不能操之 太急(因為空氣砲打蠟燭很刺激，會忍不住想一直發射)，所以「耐心尋找答案」是實驗 必須的。我們將空氣的奇妙運用在科學遊戲上，玩射擊遊戲，在校慶的園遊會上擺攤，
希望更多的動手做的空氣遊戲，讓更多人體驗空氣真是太奇妙了。
柒、參考資料
1.自然與生活科技第一冊(三上：看不見的空氣)。台北：康軒文教事業。
2.自然與生活科技第七冊(六上：熱對物質的影響)。台北：康軒文教事業。
3.生活裡的科學－大氣壓力看得見
https://www.youtube.com/watch?v=e4CRD-78wQ8
4.未來少年‧梅期光創意科學實驗室】看不見的子彈－－空氣砲 https://www.youtube.com/watch?v=_6tU5Va_EAc
