能自动走迷宫的陀螺 - 教育大市集.DOC

教學單元（5）─電磁篇 5-11能自動走迷宮的陀螺 〈磁力、同極相吸、吸力、異極相斥、斥力〉 教學簡案 教學對象： 三至年級 材料： 市售磁鐵陀螺（或自製磁鐵陀螺） 操作過程： （1）把鐵絲折成迷宮狀（如本欄左側小照片） （2）旋轉磁鐵陀螺，磁鐵陀螺會自動走入迷宮。 （上面照片上左） （3）旋轉磁鐵陀螺，加上一些小鐵片，則小鐵片會跟隨磁鐵陀螺，做有趣的運動（上面照片上右）。 原理講解： 實作或遊戲： 遊戲 教學評量： 視時間狀況，以口試、筆試或實作評量。 師生參考資料 （本篇參考資料來源：教育部科學教育網，作者：龍慧真老師） 磁力是如何作用的 磁石是兩千年前於希臘的馬革尼西亞（Magnesia）地區發現的，因此英文稱磁性為magnetism而我們老祖先在十二世紀時開始利用磁石來航海。 磁場與磁力線 磁鐵彼此間會有相吸或相斥的力量，這力與重力一樣都屬於非接觸力，而磁鐵附近磁力可作用的空間範圍稱為磁場。那磁鐵周圍的磁場是什麼樣呢？我們可以利用鐵粉將磁場呈現出來：將一張紙放在磁鐵上再將鐵粉灑在紙上，鐵粉會排列成一條條的線，稱為磁力線。這些磁力線的形狀就是磁場的形狀。磁力線的方向被定義為磁場方向。在磁鐵外面磁力線是由N極出發經由S極進入磁鐵內再回到N極。當我們在磁場範圍內放入一指針時，指針的N極會受到磁場方向的力使得磁針N極會停在磁場方向上，因此我們也可以利用磁針的N極得知磁場方向。 磁力來源與磁化 雖然一般磁鐵是以磁性材料做成，但沒有任何磁性物質時也能產生磁場，例如通過電流的導線就能產生磁場，這項事實給了科學家一個線索，發現運動中的電荷是磁力的來源。可是一般的磁鐵內有電荷在運動嗎？別忘了磁鐵是由原子所構成的，原子中的電子會繞著原子核轉動（公轉）產生了小小的磁場，不過這種磁場的強度非常小。另一個較大的磁場是由電子自旋（自轉）所造成的。每一個自旋的電子都是一個小磁鐵，兩個電子朝相同方向自旋就會造成較強磁場，然而兩個電子朝相反方向自旋時則會使磁場互相抵消。大部分原子內的電子自旋方向會相反，使之沒有磁性。而鐵、鈷、鎳這種物質則有四個相同自旋方向的電子所產生的磁場沒有被抵消，所以每個鐵原子都可以被視為一個小磁鐵。因此每個普通的鐵塊裡存在許多小磁鐵，那鐵塊為什麼沒有磁性呢？因為裡面小磁鐵的方向雜亂無章使得磁力抵消了。當我們將一鐵釘靠近磁鐵或放在磁場中，鐵釘內的小磁針會轉成和外加磁場相同的方，使得鐵釘被磁化而帶有磁性。有些磁性物質在微弱的磁場下就能被磁化（例如鐵）成暫時磁鐵，但外加磁場消失時鐵棒的磁性也消失。這種磁性物質大多是材質較軟，因此被稱為軟磁物質。製成的暫時磁鐵又稱為軟磁鐵。而硬磁物質（例如鋼）則需要較大的磁場才會被磁化，一旦磁化後磁性也不容易消失稱為永久磁鐵。除了外界的磁場外，鐵棒中的小磁鐵也會受到熱或撞擊而改變方向。 地磁 磁針會指向南北向是因為地球本身是一個大磁鐵，而且這大磁鐵的S級在北方因此所有指針的N極都會指向北方。至於地球為什麼會有磁場的原因至今不明，部分科學家認為是地殼內熔融部分的流動造成內部電荷移動而產生磁場。不過無論地球磁場的成因是什麼，地球磁場是會改變的，過去500萬年中地磁曾經消失過20次，消失後再產生的磁場方向竟然完全相反。最近一次發生在70萬年前，不知道下一次地磁消失與反轉會是什麼時候？ 兩段式及題組評量 舉例 （國中組評量題目） 一、前測 1、您認為抽掉壓克力圈，白板筆能掉入牛奶瓶嗎？ （1）□能 □不能 □不一定 （2）請說明您做這種預測的原因： 二、後測 1、從白板筆「可以」掉入牛奶瓶的過程中，您觀察到哪些現象？ 答：（請條列作答） 2、從白板筆「不能」掉入牛奶瓶的過程中，您又觀察到哪些現象？ 答：（請條列作答） 3、影響白板筆「能否」進入牛奶瓶的可能因素有哪些？並請說明其影響程度（如能敘明理由最佳）。 答：（請條列作答） 4、白板筆進入牛奶瓶的現象，符合哪些科學原理？（可多選） （1）□慣性 □萬有引力 □重力加速度 □低摩擦力 □其他： （2）理由：（請條列作答） 5、我們的生活裡，有哪些現象與本實驗的原理有關？ 答：（請條列作答） 6、請設計一個與本實驗原理相同，但形式不同的實驗。（繪圖說明最佳）