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==目的== 利用自己纏繞的線圈中間放入軟鐵棒,當線圈通電後就成為電磁鐵。若把鐵墊圈放在磁極上磁化,可因磁的吸引力將墊圈當作積木堆積成各種造型。<br/> 由這些操作中,可學習到電磁鐵原理、磁感應現象及一些磁鐵的性質,此外疊放積木時也可學到工程上非常重要的靜力平衡原理。 ==原理== #將導線繞成線圈通以電流後成為電磁鐵,若線圈內插入軟鐵棒其磁性可增強。這樣的電磁鐵可用電流的開關來控制其磁性的產生與消失,如圖 2-1。 #改變通入線圈的電流及其單位長度內所纏繞的圈數,可改變電磁鐵的磁場強度。 #積木只受重力作用時,上層積木之共同重心的鉛垂線不能超過襯底積木的外側邊緣,否則將因為重力的力矩作用而崩塌。 #積木若同時受重力與磁力的作用,則兩力的合力矩才是決定堆積時是否崩塌的原因。 <img src=''> ==活動一:墊圈塔== ===使用材料=== *透明膠帶 *漆包細銅導線 *塑膠管(製作電磁鐵用) *軟鐵棒 *鐵墊圈 *導線 *密封式蓄電池 *塑膠尺 *大迴紋針 *棉手套 *隊旗 *裁切工具 ===競賽說明=== #裝置與製作說明: ##除隊旗以外均應利用大會所提供的材料製作(不一定全用到,但不得用其他材料),設計如圖 2-2 之墊圈高塔。 ##電磁鐵:現場用大會提供的漆包線纏繞於塑膠管上做成線圈,在線圈內部置入長度10cm 的軟鐵棒,即製作完成一個電磁鐵。線圈形狀可自行設計,每隊四人,共製作兩支電磁鐵。 ##旗杆:必需用迴紋針製作,形式不拘、可自行設計。 ##旗幟:限用「紙」的質材製作,形狀以「平面」為限,面積大小在 1~25 平方公分內。 ##底座:電磁鐵下方限用以磁力來固定的鐵墊圈為底座。 #競賽說明: ##競賽重點:利用大會所提供的材料及參考作法,設計電磁鐵並進行墊圈疊高,比比看誰可以設計並製作最高的墊圈高塔。 ##各隊時間:5 分鐘(不含裁判評分) ##競賽程序與規定: ###全隊四人分成兩組,5 分鐘內依序堆積兩組墊圈塔,如圖 2-2 所示,逾時部分不計分。 ###各隊被點名叫號後,負責手扶電磁鐵的參賽者,先戴上棉質工作手套再手扶著電磁鐵,將其鉛直豎立放於桌面的鐵墊圈底座上(式樣自行設計)。 ###參賽者依裁判指令,在裁判接通電源線後手離電磁鐵,計時開始並進行堆積高塔的競賽。在競賽的同時,裁判可由背景刻度板讀出電磁鐵鉛直高度,紀錄為 h(含當底座的墊圈高度),精確度到 0.5 公分為止。 ###第一組堆疊完成(或宣佈放棄)後,應立即通知裁判,若作品可維持 3 秒而不倒,裁判隨即暫停計時,並進行測量及記錄第一組墊圈塔的總高度 H。塔高 H 的最高測量點,是旗桿的頂點,不計旗面高度;其精確度亦以 0.5 公分為準。 ###等待的第二組競賽人員,於第一組計分完成後,再聽裁判指令,開始計時後進行並完成堆積第二個墊圈塔。 ###電磁鐵上堆積高塔的每個墊圈必須為鉛直豎立形式,不得平放。此外插旗用的迴紋針下端不得低於電磁鐵頂端,否則不于計分。 ###堆積期間不得以手扶或觸碰電磁鐵,否則不于計分。 ###堆積期間倒塌可從頭再來或宣佈放棄,但計時不停止,繼續累積。 ##得點計算: ###各組高度記錄 R,依據下式計算之:R=H-h ###各隊活動一最後的計點成績為兩組堆高記錄 R1和 R2的總和,即總點數為 R1+R2。 ==活動二:墊圈拱橋== ===使用材料=== *透明膠帶 *漆包細銅導線 *塑膠管(製作電磁鐵用) *軟鐵棒 *鐵墊圈 *導線 *密封式電池 *塑膠尺 *大迴紋針 *棉手套 *隊旗 *裁切工具 ===競賽說明=== #裝置與製作說明: ##在平放於水平桌面的刻度板上,選兩個適當位置,以鐵墊圈為底座鉛直豎立兩支電磁鐵做為拱橋柱。 ##當兩支電磁鐵分別接通到密封式電池的電源線上時,由於底座的鐵墊圈立即被磁力吸住而能使拱橋柱固定。 ##手扶兩根電磁鐵所做的基柱,依據電磁感應原理及靜力平衡原理,水平橫向連接鐵墊圈進行搭橋並適當調整間距,當手放開電磁鐵時,若它們能穩定不倒,則完成拱橋如圖 2-3。 ##在軟鐵棒下方的墊圈座,限以磁力固定。 #競賽說明: ##競賽重點:利用大會所提供的材料(同活動一)及參考作法,設計兩個電磁鐵並進行搭橋比賽。比比看誰可以搭建橋面距離最長的拱橋。 ##競賽時間:5 分鐘(不含裁判評分) ##競賽程序與規定: ###全隊四人分成兩組,5 分鐘內依序堆建兩組拱橋,如圖 2-3 所示,逾時部分不計分。 ###各隊等待叫號前,負責手扶電磁鐵的參賽者,先戴上棉質工作手套準備。 ###各隊被叫號就位後,第一組兩位參賽者可在平放於水平桌面的刻度板上,選兩個適當位置,以鐵墊圈為底座鉛直豎立兩支電磁鐵做為拱橋柱並用手扶著,聽候裁判指令。當裁判接通電磁鐵的電源線後,立即開始計時並進行搭橋競賽。 ###參賽者搭好拱橋並調整跨距後,必須把使用迴紋針為旗杆的隊旗,鉛直豎立在以墊圈懸空連接而成的拱橋上方,當競賽者向裁判宣佈完工並雙手離開電磁鐵起,若作品可維持 3 秒而不倒,則裁判立即暫停計時並測量及記錄跨距 D。 ###跨距 D 的量度為兩根電磁鐵外側的距離,並以 0.5 公分的精確度為準。 ###拱橋必須是由墊圈連接懸空成形才算合格,此時裁判即可由桌面上刻度線讀出跨距D,作為成績記錄。 ###等待的第二組競賽人員,於第一組計分完成後,再聽裁判指令,開始計時進行並完成搭架第二組拱橋。 ###計時開始後,參賽各組立即進行搭建墊圈拱橋,搭橋期間可以用手扶電磁鐵,但以該組兩人為限,否則成績不計入。 ##得點計算:最後的計點以兩組跨距之總和 D1+D2為本項計點數。
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