磁煞作用

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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





1.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。




2.探究問題(此為引導,學習者必須要提出合理的假說)

  • 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?

3.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。


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。


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之結果

6.參考資料

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