國立科學工藝博物館 科學學習中心

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物理應用

:::首頁>教學資源>物理應用
  • 電流磁場交互作用的實作-行動電源版
  • 生活中的電與磁(第六冊第二章第三節)
  • 電流與磁場的交互作用
  • 45分鐘
  • 科學學習中心、蘇宥誠老師
  • 一、 藉實驗觀察,得知在電流流經鋁管後,會與磁場產生交互作用,進而使鋁管產生運動。
    二、 能運用右手開掌定則解釋電流、磁場與物體受力方向的關係。
  • 鋁管x2(長13cm、外徑1.59cm、內徑1.29cm)、細鋁管(長10cm,外徑0.5cm、內徑0.36cm)、環形磁鐵x2(直徑19mm,厚4.5mm)、強力磁鐵(直徑25mm x 2mm)、鱷魚夾x2(31mm,1紅1黑)、萬能黏土、USB電源線、剪刀、剝線鉗、行動電源
  • 一、 實驗前須確認桌面是否水平,以免影響實驗結果。
    二、 小心連結電源兩極的鱷魚夾,不可使之直接相互碰觸,當不使用時務必關閉電源。
    三、 鋁管表面的清潔與順滑會影響實驗結果,實驗前須以軟布擦拭乾淨。
  • 檔案下載
    教案-電流磁場交互作用的實作-行動電源版.pdf | 電流磁場交互作用的實作-行動電源版PPT.pdf |
  • 時間 教學活動流程 教學資源
  • 5分鐘
    一、 生活連結與預測
    1. 讓學生觀看簡易馬達,詢問學生為什麼馬達可以旋轉?
    2. 舊課程回顧:複習電流磁效應,講解右手開掌定則。
  • 20分鐘
    二、 操作與觀察
    1. 依操作步驟進行安裝與實驗。
    2. 教學提示:
    (1) 鱷魚夾不可一直連接在鋁管上,避免因持續短路而產生高熱,且此舉將導致電源電力被迅速消耗,故操作時應將電源負極夾住其中一支鋁管,以正極鱷魚夾短時間輕碰另一支鋁管。
    (2) 在實驗時需小心謹慎,避免2個鱷魚夾相接觸而造成短路。
    (3) 實驗之前須確認桌面是否平整,以免影響實驗結果。可將細鋁管平放於鋁管上,與鋁管夾角90度,確認細鋁管在不受力狀態下靜止,並在輕微受力後能夠滾動。
    (4) 鋁管若無法滾動,可試著將其表面擦拭乾淨,亦可用砂紙稍微磨擦鋁管,或者檢查鋁管與鱷魚夾是否接觸不良。
    (5) 為使鋁管能順利滾動,可藉調整黏土厚度使磁鐵高度略低於鋁管,二者間保持最小距離但不接觸,故不宜使用過多黏土,且兩支鋁管需維持平行且水平。
    (6) 將USB接線連接鱷魚夾之前,需先測試其極性。可於連接行動電源之狀態下,連接5V LED或以三用電表測試電壓來進行確認。
    3. 延伸實驗:
    (1) 可改變電源電壓、磁鐵與細鋁管之間的距離、磁鐵組合、磁鐵的面積大小、細鋁管的粗細重量等操縱變因,以觀察細鋁管通電後之運動情況。
    (2) 如何使細鋁管能來回滾動?
    (3) 如何製作一個加速器?
    (4) 如何用固定的磁鐵組數量,讓細鋁管滾最遠?
    影片觀賞
  • 10分鐘
    三、 原理說明
    在鋁管下方擺放強力磁鐵以建立磁場,鋁管通電後會因受到磁力作用而滾動,可運用右手開掌定則來判斷其滾動方向,亦可藉由調整強力磁鐵擺放的方向和交換電流正負極來改變其滾動方向。另外,透過鋁管滾動的方向,以及電池正負極連接的方向,可判斷出未知磁極之強力磁鐵的N極和S極。
  • 10分鐘
    四、 問題與討論
    1. 觀察鋁管的滾動方向是否跟強力磁鐵磁極擺放的方向有關?
    解答:強力磁鐵提供磁場,鋁管通電後因受到磁力作用而滾動,可運用右手開掌定則來判斷受力方向。
    2. 是否可由鋁管的滾動方向來判斷強力磁鐵的N極和S極?
    解答:藉由鋁管滾動的方向以及電池正負極連接的方向,可用右手開掌定則判斷出強力磁鐵的N極和S極。
    3. 為什麼鱷魚夾不能一直連接在鋁管上?
    解答:電路上的總電阻很小,電流很大,熱效應很強。長時間接通電路會導致溫度上升過高,造成危險,也將使電池電能耗損過快。
    4. 上方的鋁管是否越長越好?
    解答:上方的鋁管長度不會影響電流或磁力的大小,但根據牛頓第二運動定律可知,鋁管的質量愈大,滾動加速度會愈小;且其重量愈大,摩擦力也愈大。
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