學教 意 創 創意教學 當哈利波特遇上物理 電學篇 鄭永銘老師 http://www.balloon.com.tw 一 實驗名稱 名 稱 1 星際爭霸戰光劍秀 2 光劍的製作方法 實 驗 器 材 40 瓦日光燈管 30 瓦環形 燈管 40 瓦日光燈管 電蚊拍 漆包 線 電池盒 1.5 V 乾電池 2 http://www.balloon.com.tw/elect2.htm 特斯拉線圈 日光燈管 http://www.balloon.com.tw/elect3.htm 4 特斯拉線圈的玩法 日光燈管 省電燈泡 臭氧機 http://www.balloon.com.tw/elect4.htm 5 實驗室的特斯拉線圈 特斯拉線圈 日光燈管 http://www.balloon.com.tw/elect5.htm 6 電子風車 特斯拉線圈 電子風車 http://www.balloon.com.tw/elect6.htm 7 靜電章魚 PVC 塑膠水管 塑膠繩 http://www.balloon.com.tw/elect7.htm 8 水是具有極性的分子 PVC 塑膠水管 水流 http://www.balloon.com.tw/elect8.htm 9 旋轉的紙杯 紙杯 粗吸管 面紙 http://www.balloon.com.tw/elect9.htm 0 徒手吸紙屑 紙屑 http://www.balloon.com.tw/elect10.htm 定律 w 電動機 I e 電動機 II r 棒棒糖耳機 水桶 釹鐵硼磁鐵 1.5V 乾電池 鐵 釘 導線 釹鐵硼磁鐵 1.5V 乾電池 鋁罐 棒棒糖 收音機 3V 直流小馬 達 導線 http://www.balloon.com.tw/elect11.htm http://www.balloon.com.tw/elect12.htm http://www.balloon.com.tw/elect13.htm http://www.balloon.com.tw/elect14.htm t 披薩盒上的精靈 電磁爐 環形鋁箔 http://www.balloon.com.tw/elect15.htm y 法拉第感應定律 電磁爐 漆包線 燈泡 http://www.balloon.com.tw/elect16.htm u感 應電動勢 V.S. 屏 電磁爐 漆包線 蜂鳴器 蔽效應 e http://www.balloon.com.tw/elect1.htm 3 魔法櫻花樹 q一 起牽手來驗證電阻 調 光 器 鎢 絲 燈 泡 水 壺 影 音 連 結 ZX自然科學天地 收音機 鋁箔紙 http://www.balloon.com.tw/elect17.htm
創 名 稱 i 千人震 實 驗 器 材 3 號乾電池 1A 的 3V 對 110V 變壓器 開關 導線 意 教學 影 音 連 結 http://www.balloon.com.tw/elect18.htm o 微波爐中的日光燈 微波爐 環形燈管 水 http://www.balloon.com.tw/elect19.htm p 微波爐中的燈泡 微波爐 鎢絲燈泡 水 http://www.balloon.com.tw/elect20.htm a 微波爐中的葡萄 微波爐 葡萄 http://www.balloon.com.tw/elect21.htm s 人體接電亮燈 燈泡 導線 http://www.balloon.com.tw/elect22.htm d 人體接電烤蝦 蝦子 鐵串 導線 http://www.balloon.com.tw/elect23.htm 二 實驗步驟與原理 1 星際爭霸戰光劍秀 請參考連結之影音 2 光劍的製作方法 1將 市售電蚊拍握柄內的電路板拆下 以泡棉膠黏在 40 瓦日光燈管的底部附近 2 將四號的電池盒兩個正負串聯 並串接一個開關之後 接上電蚊拍電路板的電壓輸入端 3 電路板的兩個高壓輸出端連出兩條漆包線 分別接在燈管上下兩端的任何一個電極上 4 漆包線經過燈管的部分以透明膠帶貼住 目的除了固定漆包線之外 尚可避免遭受電擊 5 日 光燈管在一般的使用情況下 其鎢絲會先被燒紅以釋出大量的熱電子 但這個實驗由 於電子純粹是因為外加的電場而從鎢絲表面被游離出來 所以電流就會比熱電子發射 thermionic emission 的方式來得小 因而造成燈管的亮度下降 不過它在晚上使用時還 是頗亮的 因此就可以拿來當作可移動式的光源 不僅停電時很好用 晚上拿著它走在馬 路上還是挺嚇人的 3 魔法櫻花樹 如果覺得燈管上的電路元件與漆包線太礙眼 而想單純拿著燈管就能發光的話 那麼就 必須藉助一個特斯拉線圈 只要把它綁在樹幹上就可以徒手來表演 這樣就如同絕地武士一 般 手一摸燈管就會亮了 4 特斯拉線圈的玩法 特斯拉線圈除了綁在樹幹上 當然也可以藏在別處 譬如有小朋友來我們家玩的時候 我就會一個人發一根燈管 然後讓他們尋寶來找出會讓燈管發光的地方 接著就可以聽見小 朋友們快樂的笑聲以及他們父母的對話 這樣室內就可以不必裝電燈了 鄭 老師家裡磁場很強喔 到處都會發光 無言 在進行這個遊戲時可以發揮創意 特斯拉線圈只要藏得好 任何地方都可以是絕地武士的表演舞臺 只不過千萬不可以放在身 上以免造成危險 第 38 期 q
創意學教 5 實驗室的特斯拉線圈 1 2 3 6 電子風車 7 靜電章魚 1 PVC PVC 2 PVC 8 水是具有極性的分子 1 2.2 3.4 104.51 2 PVC 9 旋轉的紙杯 0 徒手吸紙屑 polarization 2000 e ZX 自然科學天地
創 意 教學 q 一起牽手來驗證電阻定律 1高 中物理是利用惠斯同電橋測量待測電阻值 進而驗證電阻線長度 (L) 截面積 (A) 與電阻 值 (R) 之關係 通常在進行這個實驗之前 我會先跟學生們做個定性的趣味實驗 讓班上 同學手拉手 然後串聯一顆調光器及裝水的水壺 接著讓水注入水桶內形成通路 請學生 觀察水量大小 截面積 A 水壺距水面高度 長度 A 改變時 燈泡亮度隨之變化的有 趣現象 此實驗雖然通過人體的電流小於 1 毫安培 但還是可以聽到學生們尖叫連連 2 在電子材料行或水電行均可買到調光器 拆開外殼後的模樣如左下圖 調光器零件 調光器線路圖 3如 下圖 將可變電阻 VR 的兩端各拉出一條導線 其中一條露銅後放入裝水的水桶內 另 一條則是讓串聯的同學們握著 自己則以左手握著另一端的同學 然後自己以右手握在水 壺的金屬把手處 4此 時將 VR 的開關打開並將水注入水桶中來形成通路 當增加注入的水量時 水的截面積 變大 電阻會變小導致燈泡變亮 若是升高水壺距水面高度時 水的長度變長 電阻變大 燈泡就會變暗 學生一旦親身體驗後就很容易了解電阻 R 正比於 l A 並且理解 R ρ l A 公式的由來了 第 38 期 q
創意學教 5 2B 6 VR 7 TRIAC R-C DIAC TRIAC RC VR C C TRIAC TRIAC Gate w 電動機 I 1 N N 2 e 電動機 II r 棒棒糖耳機 1 2 3V speaker out t 披薩盒上的精靈 1 2 sensor OFF y 法拉第感應定律 N T Tt n N = n T Tt e ZX 自然科學天地
創意教學 u 感應電動勢 V.S. 屏蔽效應 PHS i 千人震 1 ending 3 2 110 V 3 3 V 110 V 3 o 微波爐中的日光燈 1 30 2 A. 122 mm 10 5 ev 4.88 ev A B. X B 1.8 ev 3.1 ev 10 5 ev C. C 600 http://www.cnapc.org/fu/jiangtan-008.pdf 第 38 期 q
創意學教 8.1mm 4.88 ev 600 V m 20 5 C 4.55 ev 600 7.6 mm 4.55 ev D. PVC 254 nm UV 452 nm 543 nm 611 nm 4.5eV 600 7.5 mm 4.5 ev 7.5 mm D E. 1.2 BINGO E p 微波爐中的燈泡 1 30 2 3 A. 10001C thermionic emission e ZX 自然科學天地
創意教學 34001C 100 B. C. a 微波爐中的葡萄 1 2 I 2 R 3 4 http://sprite.phys.ncku.edu.tw/new/news/0626_presss/nature_paper.html http://hp735.as.ntu.edu.tw/atmosphere/6_6.doc s 人體接電亮燈 d 人體接電烤蝦 1 60 0.9 0.7 ma 1.1 ma 13 10 ma 16 ma 100 K 110 1.1 5 K 110 22 第 38 期 q
學教 意 創 2至 於光劍表演所使用的小型固態特斯拉線圈 由於其頻率約為 10000 赫 在此高頻之下引 起人體感覺觸電的最低電流則提高至 16 毫安培 而且觸電後無法憑藉自力脫離電路的電流 亦升高為 75 毫安培左右 這種因為頻率不同所造成的差異性 主要是來自集膚效應 skin effect 造成導體表面的電流密度變大而導體內的電流密度呈指數遞減 而且越高頻則集 膚效應越明顯 由於人體的外層皮膚 角質層 透明層 顆粒層 是沒有神經分布的 因 此高頻之下不僅引起人體感覺觸電的最低電流會提高 並且幾乎只流經表皮的電流對於人 體臟器 主要是危害心臟 的傷害就會大大的降低了 所以在高頻之下來進行電學實驗 相對而言是比較安全的 三 給學生的課外作業 請試著利用電蚊拍做出一把絕地武士的光劍 然後與同學們相約在元宵節 當別人提燈 籠時 我們提燈管 圖片來源 中央大學物理學系物理演示實驗室 http://demo.phy.tw/events/2007-06-10/thumbnail-1024.jpeg 最大的喜悅是學生都喜歡上物理 最大的希望是學生都勤奮學物理 10 e ZX自然科學天地 鄭永銘