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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逆電流不逆

逆電流不逆

壹、前言
這幾年來從高爾的「不願面對的真相」，盧貝松的「搶救地球」到國內陳文茜、孫大偉監
製的「±2℃」紀錄片，讓許多人開始從漠視地球環境，到關心地球，到有實際行動，「 節能減
碳」幾乎已經成了全民運動。其中有關交通運輸工具的發展，也在這一波綠能漩渦中更受重
視，原本只會在車展中出現的非汽油燃料的概念車，也真的在現實生活中量產上市，日本豐
田汽車(Toyota)在1997 年首部油電混合車_PRIUS 上市以來，就給全球車市投下了一顆超級震
撼彈！甚至根據日本2009 年 5 月份最新汽車銷售數據，不但油電混合車已躍居汽車銷售榜
首，而且在前三名中就佔了兩名，這股節能風潮也因此延燒到高級車市場，如賓士(Benz)、
凌志(Lexus)等車廠也都紛紛推出油電車，看來這股節能風潮會再熱銷好一陣子！
不可否認的，目前油電混合車的售價依然偏高，的確會直接影響了普及率，因此一般汽
油車又該怎麼才能讓每滴油發揮出最高的效能？似乎成了開車族更關心的話題。當然除了良
好的開車習慣之外，定期的保養更是不可馬虎，也因為這樣的節能需求，許多廠商紛紛開發
出各式各樣號稱可以省油的商品，如省油精、省油加速器、或可以將管內之燃油粒子細分化，
達到完全燃燒的產品、渦旋加速進氣產品等實在琳瑯滿目，讓人分不清楚真假。其中還有一
項這幾年來也是非常熱銷的商品_「逆電流」，聽說是日本網友的作品，原本稱為「逆電流制
御」，沒想到竟會紅到全世界。只是「逆電流」，這個名詞聽在一個科學老師耳裡著實刺耳，
但也值得讓我們當作電學教材，來好好檢視應用一番。
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電流熱效應的迷思

電流熱效應的迷思

壹、前言
在國中的自然與生活科技學習領域中，「電」的原理與應用占了極大的篇幅。
當然，從重要性與科學史的角度來看，都不難理解這個偉大的發現，是如何影響著
我們人類文明的發展(註一)，但若真的要仔細分析其中的生活運用，我們卻極少是
直接使用「電」這種型式的能量，而是透過適當的裝置將電能轉變成其它我們可以
方便使用的能量型式(註二)。例如透過電扇(電動機)將電能轉變成動能(註二)，透過
電燈轉變成光能，透過電鍋轉變成熱能等等，有太多太多的發明可以將電能輕易轉
變成我們需要使用的能量，這也是「電」可 以變成人類文明的推手的重要原因之一。
從基礎科學的角度而言，國中所提到電的能量轉換，主要有以下三種：電流的
化學效應、電流的磁效應與電流的熱效應。本篇文章主要放在熱效應的介紹與教學
應用。
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鏡像的迷思

鏡像的迷思

一、迷思
「照鏡子」，這件事情幾乎在我們身邊每天不斷的重覆發生，若我們問一下周圍的親朋好
友這件「再平常不過的事」；『鏡子裡面的人是否和你一模一樣？』，相信絕大多數人的回答都
是如此「當然不一樣！我臉上的痣在左邊；鏡子裡面的人痣在右邊，我們兩個左右相反，所
以不一樣。」
這幾乎已經成了我們所認知的平面鏡成像性質的標準答案；「鏡子裡面的像和我們左右相
反」，包含幾乎所有的教科書都是這樣形容(南一版、康軒版、翰林版，光學單元)。但，這樣
的敘述真的適當嗎？
二、明確的條件
科學現象的敘述和一般口語與或文學有一個最大的不同點，那就是條件的說明必須明確
且統一。大家先看圖1 的照片，你會形容這是左右相反嗎？
當然，很多人也許會覺得這是故意找碴，但卻是科學敘述當中一個很重要的概念，當我
們敘述一個平面鏡的鏡像性質的時候，必需先確認物體與平面鏡之間的相對位置關係，一般
在沒有特別強調的情況之下，通常都是指物體(人)和鏡子為平行的關係，而非圖1 是垂直的
關係。先確認了這個條件，我們才能繼續討論下去。
以下的所稱呼的「鏡像」，就都是以物體(人)和鏡子平行所產生的虛像來討論。
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窮人家的光電計時器

窮人家的光電計時器

一、前言
在運動學的實驗中，時間的測定是非常重要的一個成功關鍵，尤其在實驗室中，通常運
動物體的距離都不是很長；換句話說，時間也都很短。一般碼表的的最小單位為0.01 秒，其
實在中小學的實驗標準來說，確實已經夠用了，只是控制碼表的還是我們自己，一般人視覺
的反應時間約0.2~0.3 秒(註1)。以自由落體的實驗來說，若實驗落下的距離為2 公尺，時間
約為0.64 秒(忽略空氣阻力的影響)，若加上反應時間，測定出來約在0.8~1 秒左右，這種誤
差大到已經完全沒有利用的價值了！
最簡單的方法當然就是排除人為的因素，一般實驗室都會利用光電計時器，準確值可到
0.001 秒以內(部分機種甚至可到0.01 毫秒)，一組的市價最少都在萬元以上，大概沒幾所國中
買得起，但最近因為數位相機的興起，已經在市面上出現廉價的高速攝影機(如CASIO 或
FUJIFILM 等)，最高速度可達1000 幅/秒(fps)，也就是1/1000 秒的誤差，雖然畫質不高，在
分析運動狀態上還是遭遇不少困難，但卻提供了老師另一種實驗上的選擇。是否可以有另外
一種便宜又簡單的計時方式可供選擇呢？
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壓電喇叭變身術

壓電喇叭變身術

壹、前言
筆者曾在科學研習雜誌 45 卷第 2 期發表了一篇「發電高手」的文章，內容主要
介紹許多利用身邊隨手可得的材料來製作發電機的方法。其中有一種方法是將音樂
卡片內的壓電喇叭敲擊振動後產生電流，再利用四個二極體排成橋式整流器，將壓
電喇叭發出的交流電整流成直流電之後點亮 LED 燈；筆者更進一步將二個壓電喇叭
並聯以增加發電量(電流)；然後再加裝在響板上方便做敲擊的動作，如此便成了一
個有趣又實用的教具—「發光響板」。
雖然已經利用這個小玩意兒完成了一樣教具，然而這個「薄薄的一片」卻讓我
一直忘不了它的存在！這樣一片小小的金屬片就可以發出如此大的電流，而且隨著
振動的力量大小不同；產生的電流也跟著忽大忽小！真是太神奇了，我心裡暗自盤
算著，「這個便宜的小傢伙如果能好好利用，將來前(錢)途將是不可限量！」
就是這樣天馬行空的一個想法，讓筆者甘願利用許多課餘的時間，經過了無數
次的試驗，終於讓我將這小子的利用價值再度發揮到極限！或許沒什麼「錢」途可
言，但卻啟發了我們許多從不一樣角度的思考方法，何事如此？且聽我娓娓道來。
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自製龍捲風

自製龍捲風

一、前言
「龍捲風」，這個對台灣民眾暨熟悉卻又感覺莫生的名詞，卻給許多孩子帶來了奇妙的
吸引力！龍捲風主要是發生在內陸地區(除南極洲外，幾乎所有大陸地區均發生過，其中有將
近四分之三發生在美國內陸)的劇烈天氣現象，對於海島地區的台灣，能看到龍捲風大概也都
是極小規模的氣旋(應該還不夠可以稱為龍捲風吧！)，不至於造成什麼威脅，或許也正是如
此，才會讓我們的孩子對龍捲風有著許多的好奇與想像。
一般我們在教學上若要演示龍捲風的氣旋現象，通常都是利用兩個寶特瓶裝水後，口對
口接起來，再快速旋轉造成內部的水產生如龍捲風似的氣旋(如圖1)。當然，老師都知道，這
樣的演示教具和真正龍捲風的形成方式是完全不相關的，充其量只是表現出「螺旋狀的水
流」，真正要利用氣流產生龍捲風，在臺中的科博館以及士林的天文館就有一個展示品，只
是……難道非得進博物館才能看到嗎？筆者在此設計了一個可以讓大家DIY 帶回真正「氣旋
式龍捲風」的教具，希望可以幫助老師們在課堂上的教學。
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