磁煞作用

原始設計者：彰師大

一個強力磁鐵掉落於非鐵磁材料金屬管中，會遭遇到下落阻力，請探究此現象。 Magnetic brakes：When a strong magnet falls down a non-ferromagnetic metal tube, it will experience a retarding force. Investigate the phenomenon 實驗材料： 1.鋁管 13mm內徑x2.5mm厚x75cm長 2.銣鐵硼強力磁鐵 10mm直徑x5mm厚。 3.碼表 4.電子秤 5.細繩

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現象說明

影片顯示磁鐵在鋁管內及管外掉落的速度差異；不同數量磁鐵掉落狀況；在銅管內掉落的狀況。

探究問題

• 2.1 磁鐵在空中掉落比較快，越掉速度越快，在地表為等加速掉落（如何確認？）。
• 2.2 磁鐵在管內掉落很慢，鋁管扮演重要角色；如果掉落物體如果不是磁鐵，效果如何？
• 2.3 磁鐵在管內緩慢掉落，有可能是等速掉落（如何確認？）
• 2.4 磁鐵的磁特性造成此現象，使用不同數量磁鐵，從管口靜止釋放，測量直到掉出鋁管所需時間，兩者之間有何關係？
• 2.5 前述的實驗中，不同數量磁鐵，具有不等量的磁特性物理量，可是也牽涉到磁鐵的質量。如何獨立出相關變數？如何量磁鐵的質量？
• 2.6 還有哪些可能的變數？

實作項目

3.1 設計出一項實驗，探究物體在空中掉落的速度與時間關係： 3.1.1 一塊強力磁鐵在空中靜止釋放，使其掉落與鋁管等高的高度差，此掉落接近自由落體，掉落過程中的速度對時間的關係式V(t)為何？全程共需要多少秒？（用橡皮球取代磁鐵）。 3.1.2 實驗數據圖如右所示。 3.1.3 分析實驗結果

3.2 設計出一項實驗，探究一塊磁鐵在鋁管中掉落的速度與時間關係V(t)。 3.2.1 如何追蹤磁鐵在管內的運動？ 3.2.2 實驗數據圖如右所示。 3.2.3 分析實驗結果

3.3 變化磁鐵數目(N)，分別探究與掉落所需時間(t)的關係t(N)。 3.3.1 磁鐵由一個逐漸增加到六個。 3.3.2 實驗數據圖如右所示。 3.3.3 分析實驗結果

3.4 由前面設計3的實驗中，包含了兩個變數，請設計實驗，每次探究一個獨立變數。 3.4.1 固定掉落鋁管內磁鐵數，改變總質量。 3.4.2 固定總質量，改變鋁管內磁鐵數 3.4.3 改用其它金屬管（例如銅管）、不同厚度金屬管、或其它。

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。

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之結果

參考資料

Problem for the IYPT 2014 http://iypt.org/Home