與大自然捉迷藏

 

壹、活動目標  Goal 

動手製作一簡單的電動馬達,體驗電與磁的交互作用。 

大概念 Big Idea 

核心問題(探究問題) Essential Question 

教學對象

教學時間

作者(服務單位) 

曾賢德(國立東華大學物理系) 

通訊作者e-mail 

sdtzeng@mail.ndhu.edu.tw 

貳、課程綱要對照 Course Outline 

參、活動原理 Theory 

當電流通過磁場時,電流會受到一電磁作用力。例如,當導線裡面的電流向上,通過朝向左方的磁場時,會產生一個向後方的力量。但若向上的電流,通過朝向右方的磁場時,會產生一個向前方的力量,如下圖所示。

本實驗利用強力磁鐵產生磁場,利用一顆電池供電,讓銅線上的電流通過磁場,然後產生磁力。實驗裝置示意圖如下。

此圖中,一段銅線折成對稱的通路,銅線中點接觸電池負極(-),端點接觸下方磁鐵,而磁鐵吸住電池正極(+)。由於磁場在兩側的方向不同(此圖中,都朝向電池外),當左右邊的銅線都產生向上的電流,左半段銅線產生向後的力,右半段銅線則產生向前的力,如此造成銅線逆時針轉動。 

肆、活動材料 Material 

實驗器材

一段銅線、3 號電池、強力磁鐵、示範教材、解說圖卡。

實驗藥品

 

伍、活動步驟 Step 

[第一部分]

1.  本實驗可多名學生同時進行闖關。學生就位後先向關主問候,並開始聽取關主講解及示範。

2.  關主可先用已經折好的銅線,架到電池上,示範此一馬達的運作。

3.  以圖卡簡單說明電流在磁場中的磁力,並介紹馬達的原理。

4. 解說闖關成功條件:利用手上的一段銅線,自行折出適當的通路形狀。能架設在電池上,並成功產生連續轉動者即過關。

(此部分預估花 3-4 分鐘)


[第二部分]

1.  每位同學領取所需的材料:每人一段銅線。

2.  提示學生折線的注意事項:(1)形狀儘量對稱、(2)中點折成凸出的支點、(3) 銅線末端僅能輕輕接觸下方的磁鐵。

3.  以關主桌上先準備好的數組電池(可找沒電的電池,但下方仍吸上磁鐵),供學生嘗試折線。(數量依每次闖關人數而定)

4.  學生將銅線折好適當形狀,在試轉用的電池上能穩定支撐且不會卡,即可到關主前嘗試。

(此部分預估花 2-4 分鐘) 


[第三部分]

1.  關主桌上另準備數組有電的電池(下方吸上磁鐵),當學生折好的銅線試轉順利時,可拿到此處架設。若可以穩定轉動,即闖關成功。

2.  請關主判定學生是否完成此關,並給予證明。

3.  學生感謝關主指教,即完成此關。

(此部分預估花 2-3 分鐘) 

教案學習單

(待調整)

可依學生程度,選擇下列問題於闖關單或學習單上詢問學生:

1. 銅線會產生轉動,是因為有下列何種力?

(1)電力,(2)磁力,(3)萬有引力。[答案:(2)磁力 ]

2. 如果將磁鐵翻轉 180 度,則馬達(銅線)的轉動方向會:

(1)跟之前一樣,(2)跟之前相反,(3)不會轉。

[答案:(2)跟之前相反 ] 

實作注意事項 

實驗安全事項

請學生注意銅線末端不要刺到人。

實驗廢棄物處理

可讓學生帶回成品,或加以分類、回收。

教學心得

此一闖關實驗相當有趣。可以用很簡單的方式讓學生體驗複雜的電磁作用。 

參考資料 

闖關活動(分鐘) 

預算表

每人次每組的材料及預算(*以一組為單位)