高斯加農砲(Gaussian cannon)

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)。	實驗材料: 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
(圖一、高斯加農砲示意圖)	(影片一)

1.現象說明：

如影片所示:

(影片一、高斯加農砲單次加速)

(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

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？

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

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。