交流電磁鐵的應用

交流電磁鐵的應用

壹、前言
日前筆者撰寫了有關「交流電磁鐵的迷思」一文，希望可以協助老師與學生澄清有關交
流電的一些迷思概念。其實在現實生活中有關交流電磁鐵的應用不少，最早在1887 年特斯拉
(Nikola Tesla，1856~1943，圖1)就發明了最早的無電刷交流電感應馬達（brushless
alternating current induction motor）， 並開啟了交流電傳輸的新紀元，但這些事情在中
小學的自然課本中卻鮮少提及，讓孩子們失去了一些欣賞科學神奇與科學之美的機會。
在此筆者設計了一些有關交流電磁鐵的簡單應用，希望可以在教學中增加一些學習的樂
趣。
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綠能源教育

綠能源教育

壹、 設計動機
一直以來，每當和朋友介紹自己是理化老師時，大家幾乎都露出一付不可思議的表
情；「你教那麼難的科目喔！我國中的時候理化最爛了。」「你怎麼會教理化？學那些以
後又用不到！」似乎對大部分的人而言，總覺得國中理化(自然與生活科技)是一門枯燥
又艱深的科目，唯恐避之不及，怎麼可能還會喜歡它！但，真的是如此嗎？
在我們生活週遭，無時無刻都會接觸到自然科學；上學要騎腳踏車；聽隨身聽要用
電池；連開個門都要用到物理原理，誰說科學離我們很遠！科學就是我們身旁的一草一
木，就是我們生活中每天要面對的每件事，怎麼說會用不到？怎麼會讓這麼多的孩子對
它失去興趣，望之卻歩。也許，我們可以將原因歸咎於教育的環境、升學的壓力、家庭
的背景、先天的才能……還是根本就是我們一直不敢去面對的原因；「老師把我們的興趣
教到不見了。」
相信每個人都喜歡看魔術表演，原因很簡單；因為它有趣。其實說穿了魔術不就是
「科學」與「手法」的結合，為什麼用魔術來呈現科學大家非但不排斥還趨之若鶩，教
學也應該是如此；尤其是自然科。如果老師能將嚴肅的科學原理稍微包裝之後，呈現出
來的效果會讓老師自己都大吃一驚！筆者一直希望以這樣的方式來教授自然科學，讓科
學回歸實驗的本質；讓孩子重新體會科學的樂趣。
近幾年來國內外教育學者普遍性重視科學實驗的重要性(張惠博，1993)，九年一貫
課程綱要中更進一步強調「主動探索與研究」， 希望可以激發學生好奇心及觀察力，主動
探索和發現問題，並積極運用所學的知能於生活中。教育的目的在幫助學生透過學習達
到更好的生活適應，而學生的學習通常就發生在日常生活之中，學生的邏輯思考和抽象
推理能力隨著年齡增長漸趨成熟，對於外在世界的探索認知，逐漸脫離自我為中心的觀
點，採取「客觀性」的科學方法，進行相關資訊的搜集、分析與解釋。其中若可以讓實
驗教學生活化，藉由這些實驗與活動，培養學生的科學興趣、熟練實驗方法。有鑑於此，
國內諸多教育學者積極研發許多演示實驗教具，如中央大學及東吳大學等，均有不錯的
成果發表，每年更有許多場次的教學研討會針對這樣的演示實驗進行討論。劉朝福(2003)
亦指出演示實驗是保證教學質量的重要環節，重視和研究演示實驗教學，可以提高中學
物理教學水平。
其於以上理由，筆者才會有此一教學設計的概念，希望以演示實驗(Demonstration)
融入教學為主軸的課程設計可以讓國中的學生不再畏懼理化，甚至進一步喜歡理化，並
培養出可以主動研究探索並擁有良好學習態度的學生。
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交流電磁鐵的迷思

交流電磁鐵的迷思

壹、緣起
一般我們的教科書都只是著重在直流電的電磁鐵效應(註一)，卻較少討論交流
電的影響，或許是不容易做實驗的緣故或是安全考量(一般交流電都是家用的 110 伏
特 AC 電源，直接使用是非常危險的，絕對不建議！)，但實際上市面上應用交流電
磁鐵的商品卻是非常多的！甚至在許多學校段考也曾經出現過類似的題目：
1.將電磁鐵放在小磁針的正東方，將電磁鐵通入家用交流電(60Hz)之後，磁針 N 極
如何偏轉？(A)N 極向東編轉 (B)N 極向西偏轉 (C)不偏轉 (D)左右振動
2.承上題，再將此通以交流電的電磁鐵接近小鐵釘，則小鐵釘會如何？(A)被電磁鐵
吸引 (B)被電磁鐵排斥 (C)沒有反應 (D)快速振動
若只出現第 1 題，還不致引起筆者後續研究的興趣，但兩題同時出現，答案就
引起了學校許多老師的討論。
關於第 2 題，筆者就曾問過學生答題的原因，以下是學生曾出現過的答案。
1. 沒有反應(不會吸引也不會排斥)。
原因一：因為磁場雖然還是存在但被抵銷了。
原因二：因為沒有磁場了。
原因三：……
2. 會被吸引。
原因一：磁場還是存在，所以會吸引小鐵釘。
原因二：磁場一直互換，所以吸一下就會放開。
原因三：……
有很多學生回答的原因如下，『因為交流電產生的 N 極與 S 極的磁場相互「抵
銷」，所以無法吸引小鐵釘。』這普遍出現在學生知道參考書答案之後的回答。但
事實真的是如此嗎？
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