動手學科學/物質科學/2022公開課/磁浮賽馬

課程日期2022.03.30

觀念說明：

磁鐵的歷史故事

• 古希臘（西元前1400年到西元前400）
• 有一位名叫麥葛尼斯（ Magnes ）的牧羊人。有一天他在山上牧羊時，帶著羊群爬一座高山，沿途有許多大大小小的石塊，他必須另用堅固的鐵拐杖支撐力量前進。突然，拐杖碰到一塊黑色的石頭，竟然就牢牢的黏在石塊上，讓他十分驚訝，以為是上帝要與他對話呢！
• 事實上，碰到的黑色石頭，就是能吸引鐵製品的天然石。所以後來希臘人把磁鐵礦稱為「麥葛尼斯」，用麥葛尼斯來紀念這位天然磁石的發現。

磁浮馬達風扇的三要素

• 磁浮片、磁鐵、矽鋼片
• 利用磁浮片運磁鐵呈360度相互吸引，使馬達運轉時，自成固定的運轉軌道，故其重心較低，較不易搖晃震動。

磁條

• 磁條指在信用卡、金融卡、身份證等卡片或存摺、登機證上用於存儲信息的條形磁性材料。磁條需要與磁頭作物理接觸，由磁條滑過磁頭進行信息的讀寫。

活動流程

科學實作

自製之彩色磁鐵：

• 實驗材料

1. 鋁磁鐵 五個
2. 藍色－標示S極貼紙
3. 紅色－標示N極貼紙
4. 藍色－中間簍空貼紙 兩個
5. 紅色－中間簍空貼紙 兩個

• 製作方法

1. 找出磁鐵之南極、北極，
   • 方法一：使用手機找出北方，再將磁鐵放置於桌面上，磁鐵會自然一面朝向北方、一面朝向南方。
   • 方法二：磁鐵上標記有一個小洞，在有小洞的一側代表事S極，而沒有小洞的一側代表是N極。（此為實驗器材之舉例，並不適用於所有材料）
2. 於N極磁鐵上方黏貼紅色－標示N極貼紙
3. 接著在另外一側的S極上黏貼藍色－標示S極貼紙
4. 重複此動作四遍，在其餘四個磁鐵上黏貼藍色－中間簍空貼紙以及紅色－中間簍空貼紙
5. 彩色磁鐵製作完成，放置於桌面上備用。

• 實驗操作

1. 將藍色－標示S極貼紙的彩色磁鐵與藍色－中間簍空貼紙相連會發生什麼事？
2. 將藍色－標示S極貼紙的彩色磁鐵與紅色－中間簍空貼紙相連會發生什麼事？
3. 將紅色－標示N極貼紙的彩色磁鐵與藍色－中間簍空貼紙相連會發生什麼事？
4. 將紅色－標示N極貼紙的彩色磁鐵中間簍空貼紙相連會發生什麼事？
5. 將藍色－中間簍空貼紙與藍色－中間簍空貼紙相連會發生什麼事？
6. 將藍色－中間簍空貼紙與紅色－中間簍空貼紙相連會發生什麼事？
7. 將紅色－中間簍空貼紙與紅色－中間簍空貼紙相連會發生什麼事？

• 探究問題

1. 彩色磁鐵與黑色磁鐵有什麼差異？
2. 彩色磁鐵有什麼好處？
3. 自製彩色磁鐵有什麼好處？
4. 市售的彩色磁鐵價格為什麼比較高？
5. 為甚麼要用中間簍空的磁鐵？
6. 中間簍空的磁鐵與一般磁鐵有什麼差異？
7. 相同顏色磁極的磁鐵相連會造成同性相斥，中間簍空的磁鐵相斥的程度是否會有差異？
8. 不同顏色磁極的磁鐵相連會造成異性相吸，中間簍空的磁鐵相吸的程度是否會有差異？

指北針：

• 實驗材料

1. 透明塑膠圓形盒子 一個
2. 長腳丁 一個
3. 藍色－中間簍空貼紙 兩個
4. 紅色－中間簍空貼紙 兩個
5. 鋁磁鐵 四個

• 製作方法

1. 將長腳丁得雙腳打開
2. 將製作好備用的彩色磁鐵放置於雙腳打開的長腳釘中間固定
3. 將製作好的磁針放置於透明塑膠圓形盒子上方

• 實驗操作

1. 將指北針平放，置於手心中央，保持平衡
2. 請學員們從座位上起立
3. 讓學員們繞教室一圈，看看是否能夠保持平衡

• 探究問題

1. 指針的長度是否會影響實驗的準確度？
2. 什麼形狀的指針最適合作為指北針？
3. 在繞教室的時什麼情況最容易造成指針出現誤差？
4. 怎麼做最容易讓指北針在移動時仍然準確？

懸浮磁鐵：

• 實驗材料

1. 鋁磁鐵 兩個
2. 藍色－中間簍空貼紙 兩個
3. 紅色－中間簍空貼紙 兩個
4. 紅色筆芯 0.5 mm 一個

• 製作方法

1. 將已經製作好備用的彩色磁鐵插入紅色筆芯中央
2. 再將另外一顆彩色磁鐵插入紅色筆芯中央
3. 磁鐵的排列方式必須是相斥
4. 製作完成，此時磁鐵會懸浮在半空中

• 實驗操作

1. 將製作好的懸浮磁鐵放入手中觀察
2. 觀察磁鐵相斥時的現象
3. 觀察磁鐵相吸時的現象

• 探究問題

1. 將相斥的磁鐵相連時會發生什麼事？
2. 距離多遠時磁鐵不再有吸引力？
3. 為什麼必須是相斥？
4. 如果是相吸會發生什麼事？
5. 生活當中有什麼使用相同原理的應用呢？
6. 如果磁性太弱會發生什麼事？
7. 如果磁性太強又會發生什麼事呢？
8. 筆芯的大小會不會影響實驗的成果

磁浮賽馬：

• 實驗材料

1. 鋁磁鐵 四個
2. 藍色－中間簍空貼紙 四個
3. 紅色－中間簍空貼紙 四個
4. 塑膠圓形杯蓋 一個
5. 塑膠圓形杯子 一個
6. 泡綿膠 七個
7. 透明膠帶 一段

• 製作方法

1. 將三個製做好彩色磁鐵備用的磁鐵用泡綿膠黏貼在杯蓋上方
2. 在紅色磁鐵上黏貼一圈透明膠帶
3. 將製作好彩色磁鐵放入紅色筆芯的中間
4. 再把影印好的賽馬照片對折成兩半
5. 再將製作好的照片插入紅色筆芯的中間
6. 在杯子底部黏貼四個泡綿膠
7. 在泡綿膠上黏貼十字形的膠帶
8. 把紅色筆芯放入杯子中
9. 將杯子蓋上杯蓋
10. 製作完成，旋轉筆芯即可看到賽馬奔跑的模樣

• 實驗操作

1. 觀察賽馬奔跑的樣子
2. 觀察旋轉太慢是會怎麼樣
3. 觀察旋轉太快是會怎麼樣
4. 觀察被杯蓋上的磁鐵較分散時會發生什麼事
5. 觀察為什麼在第一次旋轉過後會轉個不停

• 探究問題

1. 旋轉快和慢是否會影響賽馬的殘影
2. 旋轉太快會發生什麼事？
3. 旋轉太慢時會發生什麼事？
4. 杯子底座的膠帶是作什麼用的呢？
5. 為什麼在第一次旋轉過後會轉個不停，與磁力有關嗎？

小怪物：

• 實驗材料

1. 塑膠圓形小盒子 一個
2. 眼睛裝飾 兩個
3. 單面多極小磁片 5cm兩片
4. 單面多極大磁片 15cm一片
5. 塑膠尺 15cm一個
6. 泡綿膠 兩個

• 製作方法

1. 在塑膠圓形小盒子的1／2處黏貼
2. 用膠帶固定兩片單面多極小磁片
3. 並在塑膠圓形小盒子上裝飾
4. 撕開單面多極大磁片背後的雙面膠
5. 黏貼在塑膠尺上兩顆眼睛

• 實驗操作

1. 拉動小怪物
2. 慢慢拉小怪物
3. 在不要接觸到尺的情況下讓小怪物走路
4. 快速拉動小怪物
5. 在拉動小怪物時左右移動
6. 如果用不同方向拉小怪物一樣會有相同的現象嗎？

• 探究問題

1. 為什麼要用單面多極磁片？
2. 為什麼小怪物會走路？
3. 如果磁力太強會法深什麼事呢？
4. 太弱又會如何？
5. 左右拉時走路的效果會比較好嗎？如果會為什麼呢？

磁顯片：

• 實驗材料

1. 磁顯片 一片
2. 單面多極磁鐵大片
3. 鋁磁鐵 五片
4. 藍色－中間簍空貼紙 四個
5. 紅色－中間簍空貼紙 四個
6. 藍色－標示S極貼紙
7. 紅色－標示N極貼紙

• 實驗操作

1. 將製作好備用的彩色磁鐵放置於磁顯片下方
2. 觀察磁鐵相斥與相吸的差異
3. 將單面多極磁鐵大片放置於磁顯片下方
4. 觀察為什麼N與S都可以吸在單面多極磁鐵上
5. 觀察彩色磁鐵和單面多極磁鐵在磁顯片下方有什麼不同

• 探究問題

1. 為什麼單面多極磁鐵在磁顯片下方是條狀？
2. 單面多極磁鐵有什麼好處呢？
3. 彩色磁鐵的側面在磁顯片下方只有上下有出現？
4. 彩色磁鐵的側面在磁顯片下方的中間沒有出現？
5. 磁顯片上的殘影要如何消除？