檢視高斯加農砲(Gaussian cannon) 的原始碼

<font size="6">高斯加農砲(Gaussian cannon)</font>

<div style="float:left;">
<font color="red" size="5">在一直線軌道由左至右排列著一系列釹鐵硼磁鐵和鋼珠(如圖一)，將一顆鋼珠放置於軌道左側，使鋼珠被磁力吸引而撞上磁鐵，隨後最右側的鋼珠會快速射出，請探究此現象(參閱影片一)。

<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/%E5%88%A9%E7%94%A8%E5%8F%8D%E5%B0%84%E5%BC%8F%E5%85%89%E6%9F%B5%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E5%BC%B5%E5%8A%9B1.png'/>
 (圖一、高斯加農砲示意圖)

https://youtu.be/JYQgplDfwow
      (影片一)	 &emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;&emsp;<br></font><br>

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</div>

<div style="float: right; border:black 1px solid;">
<font color="blue">實驗材料: </font>
*1.圓柱形釹鐵硼磁鐵10個(直徑11mm高7.157mm)
*2.鋼珠30顆(直徑12mm)
*3.電線壓條1公尺4條
*4.碼錶
*5.捲尺1個
*6.膠帶
*7.指北針1個
</div>

==1.現象說明： ==
<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/%E5%88%A9%E7%94%A8%E5%8F%8D%E5%B0%84%E5%BC%8F%E5%85%89%E6%9F%B5%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E5%BC%B5%E5%8A%9B1.png'/>

如影片所示:

https://youtu.be/JYQgplDfwow
(影片一、高斯加農砲單次加速)

https://youtu.be/iwVgR-X02d4
(影片二、高斯加農砲二段加速)

請探究影片一跟影片二之裝置相同處與相異處

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==2.初探與假說：==

*2.1思考鋼珠為何會加速？
*2.2使用不同的鋼珠數量會有何差別？
*2.3哪些變因可能會影響鋼珠的速度？
*2.4磁鐵的N、S極對調是否會影響鋼珠加速？
*2.5若鋼珠加速的動力來源為磁鐵之磁力，那麼在發射數十次之後，磁鐵的磁力是否會減弱甚至失去磁性？
*2.6在整個系統中是否遵守能量守恆？
*2.7如何設計一組高斯加農砲使鋼珠儘可能以最快的速度發射？
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==3.設計實驗與執行 ==

*3.1拿掉磁鐵只留一排鋼珠作為對照組，觀察在沒有磁鐵的狀況下，是否鋼珠依然會被加速 

:*3.1.1記錄觀測結果
<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ef/%E5%88%A9%E7%94%A8%E5%8F%8D%E5%B0%84%E5%BC%8F%E5%85%89%E6%9F%B5%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E5%BC%B5%E5%8A%9B2.png'/>
 
*3.2針對影片一的現象。設計出一項實驗，在固定磁鐵的情況下，記錄不同鋼珠數量與發射速度之關係。
本實驗提供三種建議方法以量測鋼珠之速度。(方法一：用碼錶計時鋼珠在移動固定距離花了多少時間。方法二：將軌道傾斜45度，紀錄鋼珠爬坡了多少高度，以位能推算動能。方法三：將末端待發射的鋼珠置於桌子邊緣，使鋼珠發射後墜落至地面，量測桌子邊緣與鋼珠落地點的水平距離，推算鋼珠發射後的水平速度。)同學們可以思考看看此三種方法各自有何優缺點，選定一種最適合方法來實驗。

:*3.2.1實驗數據圖(三種方法擇一)
:方法一：
<img style="height:300px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fa/%E5%88%A9%E7%94%A8%E5%8F%8D%E5%B0%84%E5%BC%8F%E5%85%89%E6%9F%B5%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E5%BC%B5%E5%8A%9B3.png'/>
:方法二：

:方法三：

:*3.2.2分析實驗結果 


*3.3同上一個實驗，但這次將磁鐵之N、S極對調，針對2.4的問題，紀錄鋼珠發射速度
:*3.3.1實驗數據圖(三種方法擇一)
:方法一：

:方法二：

:方法三：

:*3.3.2分析實驗結果


*3.4針對2.5的問題。如同影片一的裝置，重覆發射鋼珠數十次，紀錄每次的發射速度是否逐次遞減
:*3.4.1實驗數據圖(三種方法擇一)
:方法一：

:方法二：

:方法三：

:*3.4.2分析實驗結果


*3.5針對影片二，設計一組二段加速系統，在鋼珠數量固定的情況下，調控兩個磁鐵之間相斥相吸的關係與距離，紀錄鋼珠發射速度
:*3.5.1實驗數據圖(三種方法擇一)
:方法一：

:方法二：

:方法三：


:*3.5.2分析實驗結果


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==4.分析與結論 ==

*4.1 能從前述所記錄數據與繪製的數據圖中，分析出相關趨勢，結論出可能之定性關係。 
*4.2 能進一步從記錄之數據與繪製之數據圖中，粹取出相關重要物理量，進一步繪製關係圖，結論出定量關係式。 
*4.3 能從所記錄數據與繪製的數據圖中，瞭解還有額外需要設計實驗與執行的項目。 
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==5.教學目標與評量 ==

*5.1 能實際操作、記錄數據、繪製圖表 。
*5.2 能分析數據圖所表現的結果 。
*5.3讓學生學習科學素養，即探究現象、提出假說、實驗證明假說，最後精緻化結果。
*5.4利用一連串實驗歸納出的結論，將所得結論應用在如何自行設計一組加速效率更好的高斯加農砲，讓學生能應用自己融會貫通的知識。
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==6.參考資料： ==
*[1]https://emergent-scientist.edp-open.org/articles/emsci/full_html/2017/01/emsci170006/emsci170006.html#F9
*[2]https://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=gauss-guns
*[3]https://ungaforskare.se/wp-content/uploads/drupal/files/projektbanken/thegaussiancannon_maria_anghel.pdf
*[4] http://iyptmag.phy.ntnu.edu.tw/upload/journal/prog/7874b8fb_20161107.pdf
*[5]http://vm02.cmsh.cyc.edu.tw/sites/default/files/Gauss%20Gun%20%E5%9C%8B%E7%A7%91%E6%9C%83%E8%A8%88%E7%95%AB%E6%95%99%E6%9D%90_%E8%AC%9D%E7%AB%8B%E5%AE%9C_0.pptx
*[6] http://iypt.org/images/0/05/Problems2012.pdf
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