2023臺北科學日

活動內容單

 

單位：臺北市立新興國民中學                 帶隊老師：黃嘉郁            

 

• 活動標題：電與磁的互動遊戲

 

• 活動類型：  ■ 實驗     □ 觀察    □ 實作

 

• 適合年齡：  □ 全年齡   ■   6   歲以上

 

• 活動內容簡述

載流導線會產生磁場，若將它置於磁場之中，兩個磁場間的交互作用，會使得導線（或磁鐵）受到吸力或斥力而移動。本活動設計目的，在於透過器材的操作與活動體驗，在遊戲之中指導民眾認識相關科學原理，並且熟悉右手開掌定則以判斷導線在磁場中的受力方向。

 

• 運用原理和操作步驟

壹、運用原理：

一、載流導線在磁場之中，電流與磁場有交互作用產生。

二、導線受力方向判斷：右手開掌定則。右手掌打開，將四指指向磁場方向、大拇指指向電流方向，則掌心方向即為導線受力的方向。三者間相互垂直。

貳、操作步驟

一、原理的體驗—藉由電流鞦韆的操作，以右手開掌定則判斷導線在磁場中的受力。裝置如下圖：

 

二、活動的操作

活動一、單極馬達：將折好的銅線，讓軸心接觸正極。放置上去後，下方的兩隻腳要能接觸磁鐵（如下圖左），之後便可發現銅線開始旋轉了。

  

【註】右圖引自『人間福報』2022.03.03：單極馬達 DIY

 

原理說明：判斷銅線旋轉方向的方法是右手開掌定則。將右手的拇指順著銅線的電流方向（黑色箭頭），其他四指順著強力磁鐵的磁場方向（綠色箭頭），掌心的方向就是銅線的前進方向了（紅色箭頭）。

 

活動二、簡易電聯車：將前後吸附有強力磁鐵的電池（磁極方向必須同極相對），放入一個長條狀的銅線圈，將會發現整個裝置如同火車過山洞一般，迅速地穿越銅線圈。

 

原理說明：（如下圖）乾電池的電流由強力磁鐵導引到銅線線圈而構成通路，電流流通（藍色朝上箭頭）產生感應磁場（綠色箭頭）。而感應磁場的磁極方向與電池前端的強力磁鐵（圖左側）同為N極，因此強力磁鐵被排斥而往左邊運動。反之，感應磁場與電池後端強力磁鐵（圖右側）為S-N極，磁鐵被吸引，也是往左邊運動，因此電聯車就往左邊運動了。

【註】圖片及說明引用自國立台中教育大學科學教育與應用學系科學遊戲實驗室網站資料。

 

• 注意事項

強力磁鐵吸力甚強，因此操作過程需多加注意，以免被夾傷。

 

• 參考資料（若實驗內容有引用他方所製圖片、文章的部份，請於此處加上來源。）

1.『人間福報』2022.03.03：單極馬達 DIY

2.國立台中教育大學科學教育與應用學系科學遊戲實驗室網站