器材:強力磁鐵、鋼珠、長竹籤
磁鐵應用
操作過程與現象:
以磁力為作用力的科學玩具相當多,而「磁力砲彈」的製作簡易又有趣,也蘊含豐富的基本科學原理,
相當值得推薦。製作過程與現象如下。
1.取二隻長竹籤,在一板子上並排,寬度與強力磁鐵相同。如圖一,然後以膠帶將三個強力磁鐵黏貼在板子上,
強力磁鐵之間的距離約4~5公分。
注意:(1)強力磁鐵之間的磁極為相異,亦即互相靠近時為吸引,不是排斥。
(2)膠帶只要黏貼強力磁鐵,並連同竹籤一起固定,其他位置不要黏貼膠帶。
2.在每個強力磁鐵前面放置二個小鋼珠(如圖二),鋼珠的大小選用與強力磁鐵寬度(直徑)接近的,避免太大或太小。
最後,在最前端(圖二最左邊)放置一紙杯,準備擋住砲彈。
3.放置好後,準備發射磁力砲彈囉!取一小鋼珠靠近發射位置的強力磁鐵(圖二最右邊),距離以小鋼珠能被強力磁鐵吸引過去即可。
準備好後,鬆手釋放小鋼珠,小鋼珠很快的被吸引而撞擊強力磁鐵,並且傳導到最後一個強力磁鐵的小鋼珠,瞬間就將紙杯打飛了!
原理:
磁力砲彈中小鋼珠的運動過程具有「線性加速」的現象,所以能飛快的運動。過程如下圖圖三所示,
一開始小鋼珠為靜止,釋放後小鋼珠被強力磁鐵吸引而具有動能,當撞擊到第一個強力磁鐵時,假設動能為一個單位(1E)。
小鋼珠被強力磁鐵吸住而靜止,動能傳遞給另一邊第二個小鋼珠,此小鋼珠得到1E的動能,而且被第二個強力磁鐵吸引而加速運動,
在撞擊第二個磁力磁鐵時,動能增加一單位為2E。相同過程一直傳遞到第三個強力磁鐵的最後一個小鋼珠時,動能已增加為3E。
所以理論上(距離相等、沒有摩擦力等等)最後一個小鋼珠的動能為起始小鋼珠撞擊到強力磁鐵時動能的三倍,
而速度則增加為約1.71倍(動能與速度平方成正比)。同理,如果使用9組的強力磁鐵,動能可以增加到9倍(速度增加3倍)。
強力磁鐵台北
1.小鋼珠發射的速度相當快,雖然不至於造成如同BB彈的傷害,但仍須注意安全,建議使用紙杯或其他物品擋住射出的小鋼珠。
2.磁力砲彈在教學上,可以改變很多變因讓學生探索與實驗,探討小鋼珠的速度有何變化?
例如:改變各組磁鐵之間的距離、換成不同大小磁鐵、改變小鋼珠數目等等。甚至也可以利用水管或電線,設計環狀的軌道。
3.可以指導高中以上學生,計算如果想要以此裝置發射出時速100公里的小鋼珠,理論上需要幾組的強力磁鐵?總長度又是如何?
參考資料:http://www.ntcu.edu.tw/scigame/electric/electric-032.html
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