神奇音樂水杯

神奇音樂水杯

壹、前言
終於盼到了暑假(2005 年)！上午上完輔導課之後難得可以有一個悠閒的下午時光，選了
間看來人潮不是很多的咖啡館，點了一杯冰涼的espresso；也許是習慣，也許是刻意的欣賞，
我總是喜歡隨手晃著玻璃杯中的冰塊，聽著冰塊和玻璃杯撞擊的清脆響聲，這是宇宙中最簡
單的音調之一，這樣簡單的聲音經常可以讓我紊亂的思緒重新整理。音樂是如此的神奇且美
妙，透過大自然中介質的傳遞，讓我們可以聆聽到上帝這偉大的創作，然而人類為了能更清
楚欣賞這無暇的天籟，利用了科學與科技的進步，巧妙的運用電磁學放大了上帝美麗的自然
樂章……我望著手中的玻璃杯，是否可以讓這單純的音符變成更加動人的樂曲呢？
就這麼一下的心念意轉，忽然一瞬間我的腦袋衝進了許多想法！如果我的杯子可以演奏
更多動人的音樂……難道不可能嗎？
五個小時後，試驗成功。
加上無數次的實驗和改良，我的神奇音樂水杯終於完成了！
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共振三部曲

共振三部曲

一、前言
「共鳴」；共同的情緒反應。如：他這種處理方式很難引起共鳴。這是教育部國語辭典對
「共鳴」的解釋。其實就自然科學的角度來說「共鳴」比較適當的稱呼應該是「共振」，指振
動頻率相同的兩系統，彼此間的振動，可產生交互感應作用的現象。不懂？簡單白話一點說
就是，發音體因受到與本身振動頻率相同的波動影響，產生自然發音的現象。如兩個頻率相
同的音叉放在一起，敲擊其中一個使它發出聲音，另外一個音叉也會跟著發出聲音。
這是自然界中很常發生的現象，我們的老祖先很早就已經發現，雖然不明究理卻早已運
用自如。如樂器的製作或龍洗盆(如圖1)等，這些應用或許早就耳熟能詳，但真要探究背後的
科學原理卻困擾著許多國中學生。沒關係，就讓我們用實驗一步一步帶領各位同學進入共振
的世界！
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燃料電池

燃料電池

壹、前言
自從 18 世紀工業革命以來，人類對能源的需求不斷攀升。原本以為取之不盡也
用之不竭的能源，在我們過度開發與濫用的情況下，漸漸的地球出現了許多數億年
來從未出現的病症。少數有先見之明的智者雖然不斷地提醒我們，但一直到 21 世
紀，人類才真正的覺醒！這些原本我們視為理所當然的事情，再也不能讓我們這麼
為所欲為。原來人類不是唯一，自然才是唯一，失去了自然，就失去了一切！
這一場人類與自然的世界大戰，站在教育第一線的我們，當然也不能缺席，也
許我們無法像政府高官的立法規範，或大企業的節能商品與替代能源的研發，但我
們能做的卻是一個最根本可以解決問題的事─『觀念改變』。環保絕對不是我們這
一代一兩年或是一兩個人的事，而是需要我們的下一代、下下一代甚至下下下一代
可以繼續接力下去的長期奮戰，如何可以讓我們的孩子了解環保的重要與責無旁
貸，中小學教育絕對是重要的關鍵因素之ㄧ。
這樣的責任與壓力也許對許多老師而言真的太過沉重，但就是希望每個人可以
在其崗位上發揮他最大的附加價值。在我們現在的自然科教材中其實已經加入了許
多以前沒有的環保觀念與新知，只要能在課堂教學中可以落實，甚至加上一些簡單
的課程設計，就可以讓我們這群國家未來的中流砥柱有更多正確的觀念與想法可以
讓環保工作繼續持續下去，讓人類與自然未來可以創造一個真正雙贏的局面。
以國中的電化學單元為例，從最基本的伏打電池開始，到現今常用電池的介紹，
許多老師已經開始加入更多單純科學原理之外的自編教材，以筆者的經驗為例，數
年前筆者開發的『廢電池再生』教材(刊載於科學研習雜誌 43 卷第 8 期)，即增加了
許多環保再生的概念，不但讓學生了解了科學原理，更希望學生可以有更多珍惜資
源的觀念！近來也有一些教科書加上了燃料電池的內容，雖然已經不是什麼高科技
的商品，但燃料電池所運用的能源轉換概念卻是一個未來能源的主要趨勢！也許從
這一個角度出發，我們的孩子在未來可以有更多我們這一代沒有的遠見與想法！誰
知道呢？敬愛的老師們，別輕忽了您可能的影響力，或許就是改變下一個世代的關
鍵！
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自製眼球模型在光學上的教學應用

自製眼球模型在光學上的教學應用

壹、前言
筆者在2006、2007 年開發了一系列有關近視眼光學路徑與矯正的教具，利用簡單的雷射
光與透鏡加上LED 所作成的光源，即可清楚的呈現眼球成像的光學原理(如圖1、圖2)。雖然
精良，但心中總覺得這項教具有點美中不足！最近在上課時卻直接被筆者的學生點破我這一
兩年來心中的痛！
「……老師，那為什麼正常的眼睛遠近都看得清楚？你可以作實驗給我們看嗎？」孩子們！
老師何嘗不想，就作不出來啊！
其實重點就在如何設計一個可以隨意改變焦距的凸透鏡來當作水晶體。說是如此，但談
何容易！眼睛的光學原理雖然簡單，但其構造之精良可以說是上帝給人類最得意的傑作之
一，要說如何仿製，或許我們就該從眼球的構造與光學原理開始說起。
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雲霧 DIY

雲霧 DIY

一、前言
今年初濕濕冷冷的天氣讓大家都印象深刻，每天面對著霧茫茫的天空其實也勾起了許多
人對大自然奧秘的好奇心！到底「雲是怎麼形成的呢？」又「為什麼高山的溫度總是比平地
還要冷呢？」，雖然這都是在我們身邊再平常不過的現象，但卻是我們心中盤旋許久的疑問。
其實如果真要詳細回答，恐怕沒有一個是完全正確的答案！畢竟上帝不是用一個原理就決定
了世間的萬事萬物。不過，一般大概都會以絕熱膨脹(註一_的角度來解釋；只不過「絕熱膨
脹」光聽這個名詞恐怕就會讓許多國中生打退堂鼓了，根本就不會想要去了解內容。如果能
以簡單的觀察和實驗來代替這些刻板的專有名詞介紹﹝解釋﹞，學生的接受度或許就會大大
提高。相信許多老師也都認同；對初學的國中生而言，了解原理原因應該比知道專有名詞來
得重要吧！
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無線光傳輸

無線光傳輸

壹、前言
近幾年的石油價格暴漲、經濟恐慌與環保減碳的意識抬頭，加上科技工業的成熟，促使
世界各國對新能源開發更加積極也更有興趣，其中太陽能的開發更是少數產學界均看好的再
生能源，除了低污染之外(只有在製造過程中產生的汙染，發電時將是零污染的最佳裝置)，
太陽能幾乎可以說是取之不盡用之不竭的能源，只要我們可以克服一些技術上的困難(價格、
轉換效率等《註一》)，人類未來將會因為太陽能的廣泛運用，使得日常生活有突破性的大轉
變！這絕對不是科幻小說的情節，而是指日可待的好消息。雖然現在我們的太陽能發電僅佔
全球總發電量的0.15%(Danil M Kammen , 2006)，但近10 年來全球的年成長至少有25%，2005
年更暴增45%，足以顯現太陽能在未來的潛力！
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動電生磁，動磁生電

動電生磁，動磁生電

壹、前言
自從1831 年法拉第發現電磁感應的現象之後，加上馬克士威的推波助瀾；
物理學界中可以媲美牛頓古典力學的電磁學大樓終於在十九世紀完成，伴隨而來
的發電機的應用以及馬可尼無線電的發明等更是讓電磁學蓬勃發展到二十一世
紀。如今，在我們生活週遭已經無處不是充滿了電磁學的應用，話雖如此，能真
正知道這個偉大原理的人實在不多，真有這麼深奧嗎？
電磁學的內容撇開數學不說，以最簡單的語言解釋只有兩個重點，其一為「 電
生磁」， 另一個就是「磁生電」。「 電生磁」就是所謂的「電流磁效應」，在1820
年由丹麥科學家厄斯特所提出，他發現當導線有電流通過就會伴隨產生磁場(註
一)；而「磁生電」就是法拉第所發現的「電磁感應」現象，當線圈附近的磁場
發生變化時，就會產生另一個感應磁場並伴隨著產生感應電流。
就這樣而已？就這樣而已！
原理的力量是很可怕的，一但科學原理建立，就可以發展出許許多多方便我
們日常生活的物品，但只是看字面或教科書的解釋或許不會有深刻的體認，筆者
在此提供兩樣同時利用到「電生磁」與「磁生電」的有趣教具，試試看！或許可
以讓你對電磁學有更深一層的認識。
貳、免插電對講機
還記得小學的時候大家都作過一個簡單的對講機；利用兩個紙杯中間用棉線
串連起來，將綿線拉緊時，就可以利用聲音的振動將能量傳遞出去，但缺點就是
棉線必須繃緊，才可以產生良好的震動，更不用說可以樓上樓下對講了。
製作對講機的原理不是只能靠聲音的震動，我們也可以利用電磁學的原理來
製作，效果更好喔！
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