電磁學簡易教具

一、目的:

1. 探討安培計的構造及原理，運用電磁效應自己製作一個簡單的檢測
電流的儀器。
2. 設計用白板磁鐵代替轉動線圈，以重力矩平衡取代彈簧平衡之簡易

     檢流計，並探討其特性、功能及應用範圍。

二、設備器材:

﹝一﹞機器設備:微安培計

﹝二﹞材    料:漆包線、磁鐵【五種規格】、吸管、竹籤、透明塑膠杯、

               雙面膠、量角器、鉛片、膠片、厚紙板、紙黏土、鑽洞的

               不鏽鋼塊、西卡紙、秤盤

﹝三﹞工    具:美工刀、附有鱷魚夾的導線、三用電表、手電筒、彈簧

               秤、天平、直尺、壓克力基座【附有電池座】、剪刀、乾

三、簡易檢流計的設計及製作過程

0.基本製造步驟

   取透明塑膠杯一個，拿美工刀將杯子的底盤割去，把一個量角器 

               倒反過來，用雙面膠固定，將其原點﹝90度﹞對齊軸心，將此塑

       膠杯用雙面膠固定在壓克力基座上。再取數個塑膠杯同樣把底盤

       割去，在杯底的兩側割兩個凹槽，凹槽的寬度為至少可容納一支

       普通吸管。取一段漆包線兩端各留15公分，依不同的格式﹝5圈

       、10圈、15圈，且其皆在一公分的範圍中，距離杯底1、2、3、4

       公分﹞，繞在塑膠杯上用砂紙將漆包線兩端約2公分的外漆刮掉。

　

　
　

1.第一代簡易檢流計

      剪一張寬1公分，長15公分的西卡紙，將其對折，每次將兩個相同格式的磁鐵

    固定在紙片上，再用竹籤從對折處穿過。（如圖示）

　

〈結果〉固定在西卡紙上的磁鐵同時提供到磁力矩和重力矩這兩

        個重要的因素，此兩者均會同時影響到指針的偏轉角度。

〈改進〉將磁鐵移到軸上，就可改善此問題，讓磁力矩和重力矩這

        兩個重要的因素，分開探討。

　

　

圖：第一代簡易檢流計構造圖

　

2.第二代簡易檢流計

            剪一段15公分長的可彎吸管，穿過鑽洞的不鏽鋼塊﹝洞之大小恰

        為一支可彎吸管的寬度﹞，將不同強度的磁鐵貼在不鏽鋼塊上，

        並把此放置在兩個凹槽上，用附有鱷魚夾的導線，將檢流計通電

       ，通電後測量吸管的偏轉角度。（如圖示）

〈結果〉1.因老師的提醒，才發現在先前的實驗中，忽略了紙片

          指針，因此缺乏重力矩平衡，導致不易平衡。

             2.在實驗前的檢討、分析中認為不鏽鋼塊需較重，藉此

          可忽略掉換磁鐵時的重量差異。但實驗後，才發現不

        * 鏽鋼塊太重的缺點：

          ﹝1﹞不鏽鋼塊太厚，使得兩塊磁鐵距離太遠，容易滑

               動，導致偏離軸心而影響重力矩。

          ﹝2﹞因不鏽鋼塊太重，導致無法準確的固定在軸心上，

               且其如果一偏離軸心，即會產生極大的誤差。

〈改進〉1.加上指針，並在指針上附加重物，重物必須容易移動、調整位置。

             2.找出與不鏽鋼塊功能相近的替代品。

　

　

圖：第二代簡易檢流計構造圖

　

3.第三代簡易檢流計

                 剪一段普通吸管﹝長為磁鐵的直徑﹞，再拿一塊紙黏土將吸管包起

             來，再將兩塊格式相同的磁鐵固定在兩邊﹝磁鐵必須相吸﹞。再剪

             一段寬1公分，長16公分的膠片，將其對折套在磁鐵上，在最接

             近磁鐵下端的膠片用雙面膠固定，接著再剪一段厚紙板黏在兩片膠

             片中﹝防止膠片彎曲﹞，剪釣魚用的鉛片1公分×0.5公分，在膠

             片上同樣用雙面膠貼上鉛片，方便（重物）移動和固定，最後用竹

             籤穿過吸管，就可開始進行數據測量。（如圖示）

　

　

圖：第三代簡易簡流計構造圖

　

　

4.簡易檢流計應用:

      * 在課堂上做為「電流磁效應」的實驗教具，觀察因通電流的方向而影

    響指針偏轉的方向，而且同學們可以對「電流磁效應」有更深刻的感
    受，也可以在一堂課的時間中完成。

      * 在課堂上也可做為「檢流計原理」的實驗教具，讓同學們能夠徹底的了

    解檢流計的指針偏轉的原理，因裝置大部分是透明的，所以可以放在

    強光投影機上做投影示範講解。

 * 控制其它的變因，可用來做磁鐵強度的比較。

 * 做為電池電量的測試計，雖比不上市面上的液晶電池測試條﹝通常附加在

   電池上﹞，可是因為此種液晶電池測試條，通常只有金頂、勁量等鹼性

   電池才有附贈，一般的普通電池並無附贈，所以此自製檢流計，就可以派

   上用場了！

 * 做為「法拉第感應電流」的實驗教具，只要把漆包線接上微安培計，以手

   轉動軸，微安培計的指針就會左右擺動！同學們可以在教室中簡單的完成

   這個實驗。

UFO～魔術電磁爐

        
內 容：電磁爐鋁箔圓盤浮在空中成為UFO

適合對象：國小以上學生、一般民眾

主要概念：電流磁效應 主要技術：敏銳的雙眼、靈巧的雙手

旨 趣：
利用電磁爐本身的特性，造成浮在空中的鋁箔圓盤，引發對物理的興趣。

設備材料：
剪刀小刀各一把、雙面膠一捲、投影片（A4大小）一張、鋁箔紙、電磁爐 

原 理：

利用冷次定律，如磁場有所改變，那線圈將會產生一個反抗的磁場。電磁爐內部裝有線圈，當通電時將會產生一磁場，放在其上的鋁箔將感應形成渦電流而產生一相反的磁場，又因為電磁爐實用的電源是交流電，所產生的磁場方向會互相轉變。

操 作：

1. 鋁箔圓盤的製作：
   
   1. 找2個大小不一樣的圓柱的東西或是用圓規在鋁箔紙上畫兩個同心圓，
      注意要不同大小。
   2. 用小刀將外圓以外的鋁伯去除，在用小刀把內圓以內的鋁伯去除。如圖：
2. 透明圓柱的作法：
   
   1. 將投影片用剪刀剪成有一邊和上述的內圓的周長小一點。
   2. 然後用雙面膠將投影片黏成圓柱狀。

天ㄚ！指南針竟然自己動了

內 容：指南針竟然自己轉動了

適合對象：國小以上學生、一般民眾

主要概念：電流磁效應

主要技術：敏銳的雙眼、靈巧的雙手

旨 趣：藉由磁針的轉動，體驗神奇的電流磁效應，引發對物理的興趣。

設備材料：
透明壓克力板(長15cm寬10cm) 1塊、透明磁針1個、漆包線1段、 鱷魚夾2個、3號電池2個、電池座1個、雙面膠1個

原 理：電流通過導線時，在其周圍產生磁場的現象。

製 作：

1. 首先在透明壓克力版四角落各打一洞。
2. 漆包線依序穿過四洞，並把漆包線兩端的漆刮掉一段。
3. 利用雙面膠將電池座固定在壓克力版上，並將兩端導線接上鱷魚夾。
4. 分別將兩個鱷魚夾夾上漆包線兩端。

操 作：

1. 指南針擺在壓克力版上。
2. 將電池座的開關扳下，可以看到指南針轉動，磁針竟然不再指向南北兩方。
3. 試著改變指南針擺放位置，看看有什麼不同反應。
4. 交換鱷魚夾所夾漆包線，看看又有什麼不同反應。

註：
此實驗裝置忠的電路板與指北針刻意透明化，強力推薦給老師，在教室內可以放在投影機上進行示範教學。