磁生电装置一.docx
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磁生电装置一.docx
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磁生电装置一
電來囉!
目次
教案內容………………………………………p2
附件一:
迷你風力發電機製作方法…………p6
附件二:
自製發電機製作說明………………p7
搖搖生電系列
晃晃生電系列
刷刷生電系列
轉轉生電系列
吹吹發電系列
附件三:
『搖晃的鋁罐』做法及原理解說p10
附件四:
如何啟動發電機……………………p11
附件五:
發電廠的發電機啟動機制:
………p12
火力發電
水力發電
核能發電
風力發電
海浪發電
附件六:
「創意發電」遊戲解說……………p17
附件六:
電的傳輸過程p
附件七:
電的旅程簡報檔p
附件七:
學習單p
一、主題名稱:
電來囉!
二、設計者:
彰化縣南鎮國小曾秋雲老師
三、領域主題:
自然與生活科技/社會/環境議題
四、教學時間:
3節(1節40分鐘)
五、設計理念:
作者試圖突破以往教師的觀念,認為電磁教學既費錢又費時間。
本教案設計的簡易能源教具,既沒有繁雜的操作過程,所有材料也都重複利用,非常環保。
經由簡單的搖一搖、轉一轉,讓學生領悟:
原來電就是這樣來的呀!
另外,本教案也讓學生根據所學的電是怎麼來的知識,設計一個簡單的發電方式,讓學生能學以致用,培養創造力與訓練未來的發明家。
教學對象
國小高年級至國中三年級
活動時間
120分鐘(3節)
教學目標
知道台灣地區各種發電廠的發電原理。
知道感應電流原理。
能製作簡易發電機。
知道台灣主要發電廠的發電方式有火力、水力、核能等,並能說出其發電方式的優缺點。
能設計一種創意發電方法。
能力指標
1-4-1-2能依某一屬性(或規則性)去做有計畫的觀察
1-4-4-2由實驗的結果,獲得研判的論點
2-4-5-8探討電磁作用中電流的熱效應、磁效應
2-4-8-5認識電力的供應與運輸,並知道如何安全使用家用電器。
4-4-2-1從日常產品中,了解台灣的科技發展
7-4-0-4接受一個理論或說法時,用科學知識和方法去分析判斷
8-4-0-2利用口語、影像(如攝影、錄影)、文字與圖案、繪圖或實物表達創意與構想。
8-4-0-3了解設計的可用資源與分析工作。
2-3-5-5知道電流可產生磁場,製作電磁鐵,瞭解地磁、指北針。
發現有些「力」可不接觸仍能作用,如重力、磁力
8-3-0-1能運用聯想、腦力激盪、概念圖等程序發展創意及表現自己對產品改變的想法。
教學材料準備
1.迷你風力發電機成品一個
2.自製發電機材料包與工具每生一份
3.搖晃的鋁罐工具材料每生一份
4.史特林引擎與熱水杯一份(或者以網路上的影片取代)
5.水力發電機組模型一份(或者以網路上的影片取代)
6.獎勵卡或小獎品。
教學活動
活動說明
教學錦囊
使用材料
教學時間
提問
教師提出問題:
1.小朋友,這教室的燈為什麼會亮呢?
2.那電到底從哪裡來的呢?
3.發電廠又是怎麼「製造」電的呢?
通常第一題的答案很容易引出:
「因為有插電。
」這個答案。
第二題的答案五花八門,教師要小心別讓學生離題太遠,大致上可能出現的答案如下:
✧從插座來的
✧從電線來的
✧從發電廠來的
✧從台電來的
✧從水庫來的
✧從核能發電廠來的
✧從電塔來的
✧從外國來的
✧……
除非答案太過荒誕不經,只要沾到邊的都算對。
第三題就少有小朋友能答了,大致上可能的答案有:
✧水庫洩洪
✧燃燒石油
✧燃燒煤炭
✧太陽能
✧……
小朋友會把所知道的能源知識都搬來賣弄,也都算對。
獎勵卡或小獎品
8分鐘
展示
教師展示迷你風力發電機,提示這裡頭並不需用到電池,然後請小朋友吹一口,燈泡亮了!
提示:
這就是一個簡單的風力發電機組喔!
風讓扇葉轉動,然後電就產生啦!
迷你風力發電機製作方法詳附件一。
也可購買市售的戴在安全帽上的風力燈(又稱風車燈/閃光風燈/炫風燈……)。
教師需提示,當燈泡亮了就顯示電來了。
迷你風力發電機成品一個
2分鐘
製作
小朋友,發電的原理很簡單,我們也可以很快的作一個迷你發電機喔!
自製發電機系列詳附件二,有五種,教師可視時間安排讓學生做一至四個系列:
✧搖搖生電系列
✧晃晃生電系列
✧刷刷生電系列
✧轉轉生電系列
✧吹吹發電系列
自製發電機材料包與工具每生一份
70分鐘
原理解說
以『搖晃的鋁罐』來解說「感應電流作用」。
這也能解答上述簡易發電機的燈泡為什麼會亮。
『搖晃的鋁罐』做法及原理解說詳附件三。
材料簡單易操作,教師可示範操作,也可以讓每位學生都做一個。
搖晃的鋁罐工具材料每生一份
10分鐘
發電機的運轉
提問:
「小朋友,我們已經知道,讓磁鐵在線圈穿入穿出或者靠近遠離,就能發電。
那麼,發電廠是如何用這個原理啟動發電機的呢?
」
這個問題可能有學生會自行從上面的一系列操作中領悟,不過通常不是很完整,教師再根據附件四的內容補充。
發電廠的發電機啟動機制,有:
火力發電(以小型史特林引擎讓學生觀察以利理解)
水力發電(以水力發電機組模型讓學生觀察以利理解)
核能發電(機制與火力發電相似)
風力發電(以迷你風力發電機讓學生觀察以利理解)
海浪發電(開發中)
……
詳細解說在附件五。
1.史特林引擎與熱水杯一份
2.水力發電機組模型一份
3.迷你風力發電機一份
15分鐘
發明設計
玩「創意發電」競賽遊戲。
(教師講解與大家提出問題後,學生作為回家功課慢慢構思)
學習單與範本在附件五。
教師要尊重每位學生的設計,不可提出類似:
「你這樣怎麼可能會有電?
」之類的評語,因為科技發展一日千里,焉知今日的不可能,不是明日的可能?
如果有時間,讓學生發表交流意見,集眾人力量,讓每張設計圖更完善更有實現的可能。
附件五學習單
15分鐘及回家功課時間
六、學習評量:
1.課堂發表意見
2.「創意發電」學習單及同儕互評。
3.參與討論同學的創意發電設計並提出修正意見
附件一:
迷你風力發電機製作方法
材料:
6V馬達、LED燈、膠帶、剪刀、小風扇
註:
馬達12V效果更好
步驟:
1.馬達接LED燈。
2.將風扇裝上。
3.對準風扇用力一吹,燈泡亮了。
註1:
直接轉馬達軸心也可以讓燈亮。
註2:
市售的機車用炫風燈運用相同原理,可取代之。
機踏車安全帽上自黏式的旋風燈,騎得越快燈就越亮。
附件二:
自製發電機製作說明
搖搖生電
材料:
波霸吸管一支、線圈、LED燈、膠帶、剪刀、磁鐵2-3顆
註:
1.磁鐵選用與管徑差不多的效果最好,不一定用強力磁鐵,作者是用1公分直徑柱形氧化磁鐵。
2.線圈粗細與匝數決定燈泡亮不亮,作者是用0.15MM規格漆包線,繞在塑膠圈上800圈。
3.LED燈請買紅色的看得比較清楚。
步驟:
1.管子內徑與磁鐵外徑要差不多能自由移動,如果距離太大,包膠帶增加磁鐵外徑。
2.將管子兩端用膠帶封住,要注意兩端內側不可有有背膠。
3.將線圈固定在管子中央,留下兩頭刮漆。
4.將燈接在兩線頭,用膠帶固定好。
5.用力搖晃磁鐵,燈就會亮喔!
晃晃生電
材料與製作步驟:
同搖搖生電。
操作:
這次磁鐵不動,換線圈左右移動,燈泡一樣會亮喔!
刷刷生電
材料:
線圈、LED燈、強力磁鐵3顆
註:
作者試過兩顆大的5公分直徑餅形氧化磁鐵,一樣可用。
步驟:
1.用搖搖生電同一個線圈。
2.線圈立在桌上,手持磁鐵在線圈一側來回快速移動,燈就亮了。
3.也可用透明杯子,線圈固定在內側,磁鐵在杯外移動。
轉轉生電
材料:
光碟片2、泡棉膠、棉線、打火機、線圈、LED燈、膠帶、剪刀、扁形強力磁鐵2顆
註:
棉線不容易轉動風火輪,取用稍有彈性的布條繩或鞋帶繩,容易轉動又比較不會勒痛指頭。
步驟:
1.泡棉膠貼在光碟上,位置對稱。
2.磁鐵貼在炮棉膠處,然後兩片光碟粘合。
磁極隨意。
3.剪刀用打火機燒紅,在光碟貼近內圓處鑽兩個洞,位置要與磁鐵呈一線。
4.棉線如圖穿好打結,風火輪就做好了。
6.光碟外側加貼膠帶,以免高速轉動下磁鐵飛出傷人。
6.用搖搖生電同一個線圈。
固定在任何物品上。
7.轉動風火輪
8.讓磁鐵靠近線圈,燈亮了喔!
吹吹生電
材料:
乒乓球半顆、吸管一節、大迴紋針一個、瓶蓋一個、熱熔膠槍、線圈、LED燈、鉗子、剪刀、強力磁鐵2顆、白膠
乒乓球剪下1/2圓
圓面朝自己,如圖剪對稱的六刀(或8刀)斜口
將斜口同方向摺起,尖角指向圓心。
大的迴紋針,剪下最長的一段直線,再剪下兩小段
將迴紋針排在磁鐵上,點上白膠,再吸上另一塊磁鐵。
瓶蓋側面鑽個孔,大小能穿過細吸管。
孔的正下方用熱熔膠固定一段吸管,鑽個小孔。
將迴紋針磁鐵下端卡在吸管,上端穿過瓶蓋。
趁白膠未乾,調整磁鐵的位置,使它在瓶蓋正中央。
然後另一段吸管穿過瓶蓋的洞,使磁鐵位置固定。
乒乓球風扇正下方鑽個小孔,穿過迴紋針,再用熱熔膠固定。
線圈接上LED燈
將線圈緊靠瓶蓋,組合完成。
用力吹風扇,燈亮了!
上述操作,只要將風扇摺法改變為水車摺法,就變身為水力發電裝置了。
乒乓球水車摺法:
半球剖面朝自己。
沿實線剪開,沿虛線向外摺。
附件三:
『搖晃的鋁罐』做法及原理解說
材料:
磁鐵4顆、空鋁罐、剪刀、棉手套、膠帶、縫衣線
步驟:
1.戴上手套,將鋁罐的頭尾剪掉。
2.縫衣線一小截貼在剩餘鋁環正中央,另一頭貼在桌子邊緣。
3.等鋁環完全靜止後,手持磁鐵穿進、穿出鋁環,你會發現鋁環會動喔!
4.觀察看看,兩者遠離時,鋁環怎麼動?
兩者接近時,鋁環怎麼動?
原理:
簡單的說就是:
當磁鐵與鋁環的相對位置靠近或遠離的同時,鋁環產生了感應電流。
這使得鋁環暫時帶有磁性而與磁鐵排斥或吸引。
這種感應電流稱為「渦流」,它只有在磁場移動或改變等狀況時才會產生。
進一步說明:
根據冷次定理,感應電流會抵抗磁通量的改變。
因此,磁鐵接近了,鋁環就抵抗著不讓它靠近(相斥);磁鐵要遠離了,鋁環就抵抗著不讓它遠離(相吸)
註:
所謂的磁通量,指的是磁場垂直線圈的分量與線圈面積的乘積。
不過這不用提,太深奧的名詞會嚇跑學生的求知欲,有學生問起,就說是穿過鋁環的磁力線就好,將來會更深入了解。
而「感應電流」的現象也是上述發電機能讓燈泡發亮的原因。
當線圈與磁鐵靠近或遠離的同時,電流就產生了。
鋁、銅等材質電阻小,感應比較明顯。
附件四:
如何啟動發電機
整理四個自製發電機的作法如下:
搖搖生電:
磁鐵在線圈內來回穿梭。
晃晃生電:
線圈在磁鐵外來回穿梭。
刷刷生電:
磁鐵在線圈側面靠近、遠離。
轉轉生電:
磁鐵在線圈側面靠近、遠離
經由以上的整理,學童應該能夠理解,只要想辦法讓磁鐵與線圈的相對位置產生連續的變化,燈泡就會亮了,那麼,就可以玩個創意發電的遊戲設計比賽了。
見附件六。
附件五:
發電廠的發電機啟動機制:
一、火力發電
這是個史特林引擎,當我們將它放在一杯熱水上面,可以見到上方引擎被啟動了,活塞一上一下的動著,如果我們將它想像成大型的,一上一下的活塞帶著強力磁鐵運動,周圍圍繞著大綑的線圈,這不就是我們的搖搖生電放大版了嗎?
或者反過來,活塞帶著線圈運動,不斷與磁鐵產生相對運動,這不就是我們的晃晃生電放大版了嗎?
而火力發電廠讓活塞動起來的主角是蒸氣,燒水以產生蒸氣的燃料就是煤、油及天然氣。
在台灣,石化燃料燃燒佔總能源供應的比例為88%,供應來源的問題與污染問題非常棘手。
二、水力發電
這是個水力發電的模型,左方打氣加壓,產生強力水柱,衝擊水車扇葉,扇葉轉動,便啟動發電機,讓燈泡亮了。
這組水力
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- 磁生电 装置