壹、活動目標 Goal
轉動是甚麼?如何由水平轉動變為直立轉動? 本實驗系列觀察蛋的轉動現象及原因。實驗一觀察生蛋和水煮蛋的轉動,驗證熟蛋能夠由水平、垂直立起且繼續轉動,探究流體、固體、重心、慣性與轉動慣量等效應。實驗二觀察磁生電,驗證轉動的磁鐵靠近時線圈燈亮,探究電磁感應效應。實驗三觀察鋁蛋的轉動,驗證鋁蛋能夠由水平、垂直立起且繼續轉動,探究電磁感應、磁性、冷次定律、渦電流等效應。
關鍵字:
轉動、電磁感應、磁性、冷次定律、渦電流
貳、實驗原理 Theory
實驗一
1. 水煮蛋的外殼、內部的蛋白和蛋黃都是固體,重心固定,用手按住水平轉動中的熟蛋再放開,熟蛋仍然靜止不動,符合牛頓第一定律:慣性定律,靜者恆靜,動者恆動。
2. 若快速轉動熟蛋,當速度夠快時,熟蛋會由水平轉成直立旋轉。因為物體在運動時朝向消耗能量最少的狀態進行,直立蛋的轉動半徑變小,而轉動慣量也變小,垂直立起後能持續轉動。但轉動中與地板和空氣都有摩擦力,轉速會逐漸變慢而停止。
實驗二
當封閉線圈內的磁場改變或磁力線數目變化時,線圈會產生電流(應電流),稱為電磁感應。使用多層線圈或加快線圈內磁力線數目的變化,可以增加應電流的大小,判斷應電流方向的方法稱為冷次定律。
實驗三
1. 鋁金屬本身沒有磁性,但具有導電性。當鋁遇到外加磁場變化時,它會在材料中感應出渦電流;渦電流產生自己的感應磁場,再與外加磁場相互作用。鋁的密度較小,隨著廻轉磁場變化,產生相斥或相吸的作用力,可被帶動跟著旋轉。
2. 當快速轉動時,鋁蛋最大圓徑與蛋的鈍端和尖端重量相互拉扯,距離較短的鈍端往下當軸心,距離較長的尖端往上甩動後直立,且繼續快速轉動。由水平轉成直立後仍繼續轉動一段時間,最後再停止。
參、生活應用
用手按住轉動的蛋後放開,生蛋還會持續轉一下,熟蛋會立即停止。
2. 花式溜冰選手表演旋轉動作時,最後將雙手舉在頭上或抱住身體而快速旋轉。
3. 認識電磁爐的結構與功能。
注意事項
若您覺得手持馬達不方便操作,可以製作紙杯簡易裝置(參考照片),將馬達和電池盒分別黏貼於紙杯內外。此裝置可以減少手持馬達的不適感,但仍須用手扶著紙杯以避免紙杯因震動而移位
學習單
(待調整)
探究下列參數對於實驗的影響:
1. 實驗一:使用凹弧杯蓋、平面杯蓋的差異?
2. 實驗二:改變磁鐵與線圈距離,看到現象的差異?
3. 實驗三:使用燈泡形寶特瓶、其他形狀的差異?