國科會-能源科學體驗營

國科會-能源科學體驗營【活動手冊】第小隊科學家的實驗手冊主辦單位:國科會科學教育發展處承辦單位:樹德科技大學電腦與通訊系協辦單位:遠哲科學教育基金會樹德科技大學電腦與通訊系系學會美濃國小/98.4.25-26六龜國小/98.5.2-3荖濃國小/98.5.16-17廣興國小/98.7.1-2龍肚國小/98.7.13-14編者序在此次的能源科學體驗營中，我們以能源科學為主軸，讓學生透過專業設計的科學實作，認識能源的科學面貌並了解能源科技發展與環境的關係，進而增加大眾了解我國產、官、學、研各界推動科學發展所扮演的角色與成效。期望小朋友從靜電、靜磁、電生磁、磁生電及電磁交互作用的有趣實驗中認識發電相關的科學常識進而啟發研究科學的種子。此外，藉由發電與能源開發的關連性讓學員體認能源的寶貴，除認識不同的發電方式外，也引導同學對地球環境與能源科技之間關係深度省思。或許科學的扎根並非一朝一夕可以完成，但我們相信唯有興趣才是學習最大的動力。如何從快樂的實驗中培養出對科學的興趣即是本營隊最重要的目標。此處感謝國科會科教處的補助，使營隊得以成行，謝謝古錦松老師及各伙伴學校的幫忙使營隊順利舉行，也謝謝樹德科大電通系辛苦開發實驗的同學們！最後，歡迎各位小朋友的參加，希望大家都能滿~載~而~歸！程達隆謹識2009.3『國科會-能源科學體驗營』活動行程日期時間內容活動地點09:00︱09:20報到集合教室09:20︱09:50小組時間（組員相認）教室09:50︱10:00開幕式教室10:00︱10:30科學示範表演(團體教學)教室10:30︱10:40休息一下教室10:40︱12:00靜電吸引力教室12:00︱13:00肚子咕咕！吃飯囉教室13:00︱13:30午睡時間教室13:30︱14:50磁力賽車教室14:50︱15:00休息一下教室第一天15:00︱16:20萬磁王教室日期時間內容活動地點09:00︱09:20集合教室09:20︱10:50馬達加斯加教室10:50︱11:00休息時間教室11:00︱12:30怪獸電力公司教室12:30︱13:30肚子咕咕！吃飯囉教室13:30︱14:00午睡時間教室14:00︱14:50學以致用—科學闖關競賽(上)戶外14:50︱15:00休息時間15:00︱15:50學以致用—科學闖關競賽(下)第二天15:50︱16:20頒獎及結業式教室1.靜電示範實驗a.神奇的靜電產生器（靜電球）b.怒髮衝冠（靜電球）c.點亮氖燈（靜電球、起電盤）d.氣體放電（起電盤）e.摩擦也能發光（氖燈、投影片、PVC水管、電腦螢幕）f.空氣清靜機（起電器、煙霧、高壓除煙管）2.靜磁示範實驗a.錄音機磁記錄（強力磁鐵、普通磁鐵、錄音機、錄音帶）b.大力士（強力磁鐵互吸）3.電磁交互作用a.跑不快的磁鐵（鋁管、PVC水管、強力磁鐵）b.有個性的單擺（渦電流示範）c.漂浮鋁環（強力電磁鐵、鋁環、鋁箔環）d.環環相吸（強力電磁鐵、大小鋁環）e.飛天神環（強力電磁鐵、鋁環）f.魔術點燈（強力電磁鐵、LED線圈）4.高頻電漿球a.音控閃電（電漿球）b.隔空點燈（日光燈、氖燈、LED線圈）科學示範表演【目的與原理】1.冬天脫下毛衣，為甚麼會發出霹啪的聲音，到底還有什麼物體互相摩擦會產生靜電？2.利用生活周遭的東西來觀察，那些會摩擦生電？了解形成靜電的各種現象。3.想要了解什麼是電，我們從日常生活中最常接觸、碰到的靜電開始。【實驗材料】隨手可得的紙類或各種可摩擦的材料：1.紙片。2.長型氣球。3.布料。【實驗步驟】1.將長型氣球與布料摩擦後，嘗試吸起紙片。圖一氣球摩擦後吸引紙片靜電吸引力-靜電的產生2.水管被布摩擦可以吸起桌上的紙條，試試看吸起同學的頭髮。圖二氣球摩擦後吸引頭髮3.比比看，誰的氣球摩擦後，吸起的紙片比較多。【問與答】1.為什麼摩擦後的氣球可以吸起紙片?□氣球有靜電□氣球變黏了□氣球有磁力2.比比看，下面哪一個吸起的紙片比較多?□摩擦氣球5秒□摩擦氣球25秒□摩擦氣球50秒3.想想看，用什麼東西摩擦氣球吸起來的紙片比較多?□身上的衣服□毛衣布料□衛生紙【目的與原理】1.了解靜電是如何產生之後，那靜電的大小如何去得知呢?2.本實驗在於比較物體〝感應起電〞和〝接觸起電〞，兩種現象。3.驗電瓶中鋁箔的張開角度大小，跟什麼東西有關係呢?【實驗材料】1.透明杯子2.鐵絲3.鋁箔紙4.鐵釘【實驗步驟】1.剪兩張寬一公分長五公分的長條鋁箔紙，在將鐵釘朝透明杯底部穿個洞。圖一剪成類似這樣的大小圖二洞不用太大足夠讓鐵絲經過就可致命吸引力-驗電瓶製作2.把鐵絲拉直一端呈勾狀，將剪好的鋁箔紙套在成勾狀的鐵絲上。圖三把鋁箔套在鐵線時注意，不要太大力3.將套好的鐵絲，穿過杯子在適當的高度固定住，這樣就完成簡易驗電瓶。圖四驗電瓶完成圖4.觀察簡易驗電瓶靠近可能帶電物體時有何現象發生，將摩擦過的氣球接觸驗電瓶檢查帶電情形。【問與答】1.觀察驗電瓶的瓶中的鋁箔，當不帶電的物體靠近時，鋁箔有何變化?□張開很大的角度。□張開小小的角度。□沒有動靜。2.觀察驗電瓶的瓶中的鋁箔，如果是帶靜電的物質靠近時，鋁箔有何變化?□張開角度。□閉合角度。□沒有動靜。3.比一比下列哪種情況，驗電瓶打開的角度較大?□摩擦氣球10秒後，接近驗電瓶。□摩擦氣球30秒後，接近驗電瓶。□摩擦氣球60秒後，接近驗電瓶。【目的與原理】1.了解如何測量靜電的大小後，你知道靜電有正極跟負極之分嗎?2.靜電的同極會互相排斥，異極會吸引，想想看生活上有沒有相同原理的東西？3.利用這個原理來製作有趣的靜電玩具。【實驗材料】1.長型氣球2.布料3.尼龍繩【實驗步驟】1.將尼龍繩一端打個小結，在把多餘的部分剪下來，減少水母的重量。圖一將尼龍繩打結圖二剪下多餘的部份致命吸引力-靜電水母2.把另一頭的尼龍繩撕成絲狀的線，這樣可以增加水母的帶電量和浮力。圖三撕成絲狀的尼龍繩線3.將布料在尼龍繩身上往同一個方向摩擦，氣球也一樣要摩擦。4.隨後抓住摩擦好的尼龍繩往空中拋去，再將氣球控制在下方，穩定水母的漂浮。圖四氣球控制漂浮在空中的水母【問與答】1.為什麼尼龍繩會漂浮在空中，而不會掉在地面上？□本來就會漂浮在空氣中。□因為汽球帶的電性和尼龍繩是一樣的，所以排斥力讓水母漂浮在空中。□空氣中帶有磁性，讓它漂浮在空氣中。2.如果想讓水母在空氣中飄浮久一點，你要怎麼做呢？□把磁鐵綁在氣球上。□把磁鐵綁在水母上。□用布料摩擦氣球和水母久一點。3.假如沒有尼龍繩，要拿什麼東西來代替水母？□擦眼鏡的布。□衛生紙。□免洗筷的塑膠套。【目的與原理】1.當我們以磁鐵摩擦迴紋針時，會使迴紋針內的原子排列整齊，而表現出一致的磁力方向。2.已經磁化的迴紋針可以指出南北，最根本的力量還在於地磁效應，這是由於地球本身就是一塊很大的磁鐵，所以能吸引磁化的迴紋針指向南北。3.了解磁鐵及磁極的特性後，自己動手製作一個指南針，除了真正了解磁極的特性之外，更能從實際的製作過程中，探究地磁的方向與磁針的作用原理。【實驗材料】1.強力磁鐵。2.迴紋針。3.杯子。【實驗步驟】1.用磁鐵的北極摩擦迴紋針，必須由迴紋針頭向迴紋針尖端摩擦約3至5次，並且每摩擦1次後，要把磁鐵提起來，再由針頭向針尖摩擦，千萬不可來回摩擦。圖一摩擦時必須要同一方向圖二磁化的原理黃帝的指南車-磁化2.用手夾住已經磁化的迴紋針，輕輕地放在水面，大部分的針都會浮著，並且針尖指向南方，針頭指向北方。圖三漂浮的迴紋針指引方向【問與答】1.請問迴紋針的磁化原理?□迴紋針本身就是這樣□利用磁鐵的磁性將迴紋針裡的原子排列整齊2.請問迴紋針的針尖極性為何?□N極。□S極。3.請問迴紋針的針頭極性為何?□N極。□S極。【實驗目的】此實驗讓學童們了解磁鐵的特性，同極互斥、異極相吸的道理。藉由實驗的過程，讓學童利用同極互斥的特性去推動車子、並討論磁力大小，對車子移動的影響。從活動中，可以使學生從自己動手操作和觀察中，了解磁鐵的特性。【實驗材料】1.強力磁鐵X22.車子。3.膠帶。【實驗步驟】1.將樂高積木車組裝完成，並在後面黏上強力磁鐵。圖一賽車組裝完成2.組裝完成後，拿起另一顆磁鐵用手指擋在磁鐵間，避免磁鐵異性相吸難以拔除。磁力賽車圖二用手指擋住，拔除比較容易3.嘗試用同性相斥、異性相吸的原理控制車子圖四推動車子【問與答】1.磁力越強，互斥力會越強嗎？□是□否2.如何讓賽車瞬間加快呢?拿磁鐵在後方推動車子時應該要□快速靠近。□慢慢靠近。3.想一想，如何控制賽車轉彎？□拿磁鐵在後方推動車子。□拿磁鐵在前方引導著車子。【實驗目的】為了讓學生了解電磁鐵的特性和功能，藉由實驗的過程，讓學生去試驗電流方向、電流大小及纏繞漆包線的圈數對磁力的影響，以及不同材料插入線圈中對磁力大小的影響，從活動中，可以使學生從自己動手操作和觀察中，了解電磁鐵的功能特性。【實驗材料】1.電池。2.電池盒。3.漆包線。4.砂紙。5.鐵釘。【實驗步驟】1.首先，用膠帶將鐵釘包起來，只留下尾端約1.5公分：圖一將鐵釘用膠帶包起來2.漆包線預留約10~20公分，然後小心地整齊纏繞在鐵釘上有用膠帶隔絕的地方：萬磁王-電磁鐵圖二在繞在有貼膠帶的地方纏繞漆包線3.將漆包線均勻的纏繞在鐵釘上，約200至300圈左右，並且用膠帶將漆包線包起來，多餘的漆包線剪斷，留下10~20公分：圖三均勻纏繞後，用膠帶包起來，剪掉多餘的漆包線。4.漆包線，外層有一層漆，這層漆是用來絕緣用的，所以記得要把它刮除，電磁鐵才能使用喔！建議使用砂紙把這層漆磨掉1~2公分(也可以用刀片刮)，兩端都要磨乾淨：圖四用砂紙小心的把漆包線兩端的漆磨掉。5.接下來，把電磁鐵的兩條漆包線和電池盒的兩條電線接在一起(電池盒裡面記得放電池)，並且試著去吸引大頭針：圖五將電磁鐵和電池盒連接。圖六通電後的電磁鐵吸引大頭針。【問與答】1.電磁鐵纏繞的圈數多少，會使磁力變大？□100圈□200圈□500圈2.我們可以用電磁鐵找出哪些是具有磁性的。□鉛筆□橡皮擦□迴紋針□鐵釘3.我們是否可以利用電磁鐵吸起的迴紋針，來比較鐵釘與鋼釘的磁力差別嗎?□鐵釘的磁力比鋼釘好。□鋼釘的磁力比鐵釘好。4.想一想，如果要做電磁鐵的門鈴，那要用鐵釘還是鋼釘製做？□鐵釘□鋼釘5.比一比，電池一顆與四顆對電磁鐵的磁力影響?□一顆電池，磁力較強。□四顆電池，磁力較強。6.比一比，鐵釘做成的電磁鐵，跟其它材料做成的電磁鐵磁力，哪一個大?□鐵釘□鋼釘□吸管【實驗目的】在我們的日常生活中，馬達的應用非常普遍，由家裡用的攪拌器至汽車都採用馬達，所以我們運用日常生活中隨手可得的材料，設計組合成一個簡易電動小馬達，讓學童了解馬達基本的原理及構造。【實驗材料】1.漆包線2.強力磁鐵3.電池X2顆4.電池盒5.銅線×2根6.砂紙7.紙杯8.珍珠吸管【實驗步驟】1.將漆包線纏繞在圓柱體上約3~7圈後取下，兩端留下約5~7公分長的漆包線，隨後把它拉直。(小技巧：要讓線圈左右對稱，到時才會平衡的轉動)『馬達』加斯加圖一將漆包線纏繞在吸管上圖二修飾一下使兩端平衡2.用細砂紙將上圖線圈外拉直的漆包線，利用細砂紙將其中一端漆包線外面的漆完全刮光或磨掉，另一端只刮掉或磨去上半部分的漆，下半部分的漆保留。圖三其中一邊的線圈要整個刮除乾淨圖四另一邊只要刮除上半邊，下半邊保留3.將兩根銅線扳直，一端折成溝槽或圓圈，完成後把它黏在電磁盒的左右兩側，在把磁鐵放在電磁盒的背面和兩根銅線之間，最後把電池盒的黑色線及紅色線各接上兩邊的銅線。圖五折好的銅線圖六銅線黏好電磁盒將電源線接上4.接下來我們把先前繞好的線圈掛在兩根銅線上，並加以調整銅線兩邊的高度，這邊則是最考驗功夫的一部份，要不斷嘗試，直至線圈可平衡地轉動為止，完成後，輕撥線圈，令線圈轉動。圖五完成圖【問與答】1.為何另一邊線圈只需刮去半邊呢？動動腦筋想一想吧！2.圈數與轉速有關嗎？□有□沒有□一點都不相關3.想想看，怎麼讓馬達轉的更快呢？4.你能讓馬達持續轉多久而不掉出？耐力對抗賽！□5秒□10秒□15秒□20秒以上【實驗目的】天空中劃過一道閃電，突然間停電了...，眼前一片漆黑伸手不見五指，此時就是手電筒