致命引力

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。
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

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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 裁切工具

競賽說明

1. 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。

競賽說明=

1. 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。
2. 各隊時間：5 分鐘（不含裁判評分）
3. 競賽程序與規定：
   1. 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。
   2. 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）。
   3. 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。
   4. 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。

1. 1. 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。

1. 1. 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。

1. 1. 堆積期間不得以手扶或觸碰電磁鐵，否則不于計分。
   2. 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。
2. 得點計算
   1. 各組高度記錄 R，依據下式計算之：R＝H－h
   2. 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： 大會提供：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（4〞、8〞、16〞）、 導線、密封式電池、塑膠尺、大迴紋針、棉手套。 自 備：隊旗、裁切工具。  競賽說明： （一） 裝置與製作說明： 1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 在軟鐵棒下方的墊圈座，限以磁力固定。

（二） 競賽說明： 1. 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。 2. 競賽時間：5 分鐘（不含裁判評分） 3. 競賽程序與規定： （1） 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。 （2） 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。 （3） 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 【圖 2-3 拱型橋】 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 跨距 墊圈 墊圈 電磁鐵 隊旗 0.5 公分 刻度板 0 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 跨距 D 墊圈 墊圈 隊旗 10.0 1.0 1.0 10.0 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。 （4） 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。 （5） 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。 （6） 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。 （7） 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。 （8） 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 以下各項取 0～6 點的範圍給點數，滿點數為 30 點，需具備有電磁感應功能。 1. 設計的創意性。 2. 設計的完美性。 3. 設計的趣味性。 4. 設計的實用性。 5. 設計的安全性。 四、器材  大會提供各隊： 品名 規格 數量 備註 透明膠帶 細的，寬約 1.2cm 一小捲 1.製作電磁鐵用。 2.兩支電磁鐵共用於活 動一與活動二。 漆包細銅導線 直徑約 0.4mm、長 30m 兩份 塑膠管 口徑約 15mm、長度 10cm 2 支 軟鐵棒 長度 10cm 直徑 1cm 2 支 鐵墊圈 4〞、直徑約 1.9 cm 10 個 8〞、直徑約 2.2 cm 10 個 共用於活動一與活動二 16〞、直徑約 2.5 cm 10 個 塑膠尺 30 cm 一把 大迴紋針 長度約 4.8 ㎝ 一支 包塑膠皮 手套 一般，棉質的工作手套 2 雙 賽後大會回收。 導線 僅於競賽評分用，不提 密封式可充電蓄電池 6.0V 供參賽者測試。  自備 1. 自製紙隊旗：兩小面，長與寬均應大於 0.5 ㎝，厚度不限。 2. 裁切工具，如：剪刀（大會不提供電源）。 3. 活動三創意競賽作品。 五、時間 製作時間（含說明及領取材料）：30 分鐘 評審時間：每隊活動一與活動二各 5 分鐘，18 隊共 40 分鐘。 六、評等 將活動一與活動二的得點相加後，依六等第計分法排序決定名次，分數最高的隊伍頒 發單項優勝獎，若分數相等時，以活動一得點數最高者獲獎。若活動一的得點再相同時， 以活動二原始成績高低相較，高者為優勝。