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螺線形線圈的磁場
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生活中的電與磁(第六冊第二章)
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電流與磁場的交互作用
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45分鐘
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祁明輝、科學學習中心
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一、 能利用磁鐵(或磁針),知道載流螺線形線圈兩端的極性。
二、 了解如何利用右手定則,來判斷螺線形線圈兩端的極性。
三、 知道影響載流螺線形線圈磁場強弱的因素 -
14芯電線x2(長16公分,紅黑各1)、#28線圈、迷你鱷魚夾x4(紅黑各2)、電池燈泡串並聯演示教具、磁鐵(直徑約1.5-2.5cm)、指北針、剪刀、剝線鉗、圓筒狀物體(直徑約2.5cm,如眼藥水瓶)、240號砂紙
- 時間 教學活動流程 教學資源
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10 分鐘一、 生活連結與預測
1. 提問:
還記得小學時學過的電磁鐵嗎?將線圈纏繞在鐵釘上,當線圈通以電流後,此時鐵釘會像磁鐵一樣具有磁性,因此可以吸引迴紋針;當線圈電流切斷後,鐵釘的磁性減弱甚至消失,因而無法吸引迴紋針。為什麼線圈通以電流後,能使鐵釘具有磁性?
2. 生活連結:
電磁鐵在生活中的應用,並說明或示範如何製作簡易電磁鐵。
3. 舊課程回顧:將不具磁性的小鐵釘接觸或靠近磁鐵時,鐵釘接觸(或接近)磁鐵的一端會感應生成相反的磁極(異名極);而在另一端生成相同的磁極(同名極),此時鐵釘被磁鐵「磁化」而帶有磁性。活動單 -
15 分鐘二、 操作與觀察
※介紹螺線形線圈的製作方式
將漆包銅線在圓柱狀物體上(如水管、圓柱形塑膠瓶)重複環繞(盡量保持整齊)形成多匝的線圈,即稱此裝置為螺線形線圈或螺線管。
※提醒學生依實驗步驟觀察完畢後,應立即切斷電源,再填寫活動單。
1. 將實驗裝置以正確方式連接(如活動單示意圖),但先不要接通電源。
2. 如活動單第2題圖①~④進行實驗操作,將螺線形線圈兩端接點A、B分別連接直流電源正、負極(如A→+、B→-或A→-、B→+),再手持圓盤形磁鐵分別以N極或S極靠近線圈,觀察與紀錄線圈的運動情形(吸引、排斥)。
※圓盤形磁鐵一面可貼上貼紙,以方便分辨磁鐵的N極或S極。
3. 根據上述實驗結果,通了電流的線圈兩端是否也像磁鐵一樣具有磁性?判斷線圈的N極和S極各在哪一端?並標示在活動單第2題①~④的對應空格中。
4. 延伸活動:
4-1 也可以利用指北針來驗證通電線圈是否具有磁性,以及判斷線圈的N極和S極各在哪一端。若指北針靠近通電線圈時,指北針N極轉向直指線圈,代表通電線圈靠近指北針這一側為S極。
4-2 若要探究影響通有螺線形線圈產生磁場強弱的因素,應如何設計實驗?活動單 影片觀賞 -
10 分鐘三、 原理說明:
1. 通有電流的螺線形線圈就像磁鐵一樣,具有N極和S極,且線圈兩端的極性與線圈上電流的流向有關。
2. 如右圖所示,可以應用下述原則來判斷線圈兩端的極性:「右手握住線圈,四指彎曲指向線圈的電流方向,則大拇指所指方向即為線圈極性N極的一端,也就是線圈內部產生的磁場方向。」 -
10 分鐘四、 問題與討論
1. 若改用「單位長度內所繞圈數」較多的線圈,則線圈與磁鐵的吸引或排斥情形有何不同?
解答:使用「單位長度內所繞圈數」較多的線圈,通以相同大小的電流時,具有較強的磁場,則線圈與磁鐵的吸引或排斥更為明顯。
2. 如活動單第5題所示,一通有電流的螺線形線圈,試在圖中簡易畫出螺線形線圈「內、外」部磁力線(磁場)分布的圖樣與方向。
3. 通有電流的螺線形線圈就像磁鐵一樣,具有N極和S極,且線圈兩端的極性與線圈上電流的________有關。
解答:方向。
4. 螺線形線圈產生的磁場強度,隨著導線中電流的增大而________,也隨著線圈單位長度圈數的增加而________。
解答:增強,增強。
5. 將一螺線形線圈平放在桌面上,線圈兩端與側邊放置磁針,詳活動單第8題示意圖所示。當線圈兩端接點A、B分別連接直流電源正、負極時,根據實驗結果,預測線圈兩端與側邊磁針N極的偏轉方向,並在圖上標示出來。
6. 如活動單第9題示意圖所示,兩線圈繞在同一紙管上,當線圈1的A、B端連接直流電源並通以電流時,線圈2的C、D端要如何連接直流電源,才能使兩線圈產生「相吸」的效果?
解答:C端接電池⊕極,D端接電池⊖極。活動單 -
五、 新興科技:電磁鐵的科技應用