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磁懸浮轉盤
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翰林三上第四章:磁鐵好好玩 康軒三上第二章:生活中的力 南一三上第四章:磁鐵
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翰林:磁鐵的秘密 康軒:磁力有什麼特性 南一:磁鐵的特性
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40分鐘
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科學學習中心
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一、 了解磁鐵的斥力是超距力,可以應用為無摩擦的磁浮。
二、 想辦法使牛頓七色盤快速轉動,觀察到色光的合成效果。 -
環形磁鐵x4(直徑19mm,厚4.5mm)、13cm氣球桿、氣球座、紙卡、剪刀、吸管、黏土
- 時間 教學活動流程 教學資源
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5分鐘一、 生活連結與預測
1. 引起動機與生活連結:
(1) 磁浮列車是目前最先進的動力車,它是如何懸浮在鐵軌上方的呢?而這種高科技與磁鐵有關聯嗎?想想看是與磁鐵的相吸力還是相斥力有關呢?
(2) 市面上的懸浮玩具,大多數是利用轉子的重量與底部磁鐵的相斥力達成力平衡的狀態。
(3) 彩虹有哪幾種色光呢?
2. 舊課程回顧:
(1) 彩虹的七種色光是由太陽的白光色散出來的。
(2) 「超距力」也稱「非接觸力」, 施力者與受力者不必接觸,即能產生力的效應。 例如:靜電力、磁力、萬有引力(重力)。 -
20分鐘二、 操作與觀察
1. 依據操作步驟進行安裝與實驗。
2. 教學提示
(1) 請先完成氣球座組組裝,再開始進行實驗。
(2) 七彩紙盤中央的洞需略大於磁鐵中央的洞。
(3) 七彩紙盤分界線開口須往同一方向(如順時針方向),稍微向上折出細長的三角形,來加大承受吸管吹出的受風面,藉此提升旋轉的速度。
3. 延伸探究:請先預測結果後,再進行實驗驗證。
(1) 除了利用吸管來吹動七彩盤,還有其他方法可以提升旋轉速度嗎?
(2) 用另一片黑白圖卡來進行實驗,先預測可能看到的結果,再進行實驗觀察,看看結果是否與預測的情形一樣呢。
(3) 利用圖卡的背面進行圖案創作,先構想圖卡在快速轉動後呈現的畫面效果,再進行圖案繪製,完成後進行實驗驗證。 -
5分鐘三、 原理說明:
1. 磁鐵是具有磁性的物質,會吸引鐵釘、迴紋針等鐵製物品。磁鐵磁力最強之處在兩個「磁極」,兩個磁鐵的同極靠近時會相斥,異極會相吸。
2. 磁懸浮轉盤利用相吸的兩片圓環形磁鐵夾住圓形紙盤做成轉盤,再利用下方磁鐵的斥力支撐轉盤重量。兩者之間因為沒有接觸,所以沒有摩擦力,因此轉盤只需要很小的力矩就能快速旋轉起來。
3. 將紙盤邊緣剪出切口及上折是為了在吹氣時能獲得較大的推力,產生較大的力矩。
4. 陽光經過三稜鏡分光變成彩色光或雲中小水滴產生彩虹;反過來這些光混合在一起又會變成接近白光。當各種不同顏色的色塊以很快的速度旋轉閃過同一個位置時,我們肉眼的視覺會看到混和後的顏色。
5. 再仔細分辨,轉盤快速轉動後的色彩變化,觀看影片和肉眼觀看實物是稍有不同的。影片是以每秒數十張的「幀率」放映影像,每張影像時間是數十分之一秒,比起人類視覺暫留約16分之一秒要短,攝影機的光學元件反應時間又更快,因此,影片比較可以在轉盤快速旋轉時看到各種顏色,混色情形比較不明顯;人類肉眼看實物時則幾乎只看到一個顏色。 -
10分鐘四、 問題與討論
1. 磁浮列車是怎麼懸浮在軌道上的呢?
2. 如何能使轉盤快速轉動?
3. 轉盤快速轉動後,牛頓七彩盤的顏色產生甚麼變化?為什麼?
4. 如何在彩盤上創作出特定的色彩,試試看如何繪圖,才能在轉盤快速旋轉下,呈現出橘色、紫色等預定色彩。
