STEM活動課堂「電磁效應」——電磁穿山車 24/5/2019

STEM午間活動「電磁效應」來到最後一天,今天我們會製作電磁穿山車。

將磁鐵吸附在電池的兩端(磁鐵的北極向着相反方向),然後將電池放進線圈裏。 電池就會表演「火車穿山洞」!爲甚麼?這是因為電池與線圈連接,讓線圈成爲了電磁鐵 。我們可以使用安培右手定理判斷磁場的方向 。與此同時,電池本身亦連接着永久磁鐵。線圈的電磁鐵與永久磁鐵 同極相拒,異極相吸,推動電池移動。

STEM活動課堂「電磁效應」——發電機與手搖電風扇 22/5/2019

STEM午間活動「電磁效應」來到第三天,今天我們會製作炎炎夏日的對策:手搖電風扇。

到底手搖電風扇是如何發電呢?發電機利用電磁感應產生電流。在一個閉合電路中,穿過導體的磁場改變,會產生感生電動勢,推動電流。根據法拉第電磁感應定律:導體中感生電動勢的大小,與導體切割磁力線或 磁場改變的快慢成正比。產生的電流方向可以通過弗萊明右手定則判斷。 在發電機裏有固定的磁場和可以扭動的線圈。當線圈被外力扭動時,磁場相對與線圈改變,產生感生電動勢,推動電流。

STEM活動課堂「電磁效應」——摩打與四驅車 21/5/2019

STEM午間活動「電磁效應」來到第二天,今天我們來看看一樣迷你四驅車必備的元件:摩打。電池將化學能轉化為電能,而摩打將電能轉化為動能,並通過齒輪組傳播到四驅車的車輪部分。究竟摩打如何將電能轉化為動能?

接通電流的導線置於磁場內,導線會切割磁場線使導線產生移動。產生的電流方向可以通過弗萊明左手定則判斷。在摩打裏有固定的磁場和可以轉動的線圈。當接通電流時,線圈會受力轉動。

 

STEM活動課堂「電磁效應」——製作電磁鐵 20/5/2019

本年度最後一次STEM午間活動的主題是「電磁效應」,我們將會探討電力、磁力與推力的關係。

第一天,我們將會製作電磁鐵。將漆皮線繞過螺絲40圈,然後使用砂紙磨去漆皮線的兩端。將漆皮線的兩端固定在電池的兩極,會觀察到甚麼現象?

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為甚麼?

原來,當直流電通過導體時會產生磁場,而通過作成螺線管的導體時則會產生類似棒狀磁鐵的磁場。如果在螺線管的中心加入鐵螺絲,則螺絲會被磁化而達到加強磁場的效果。

注意:電磁鐵是一個短路的設計,我們的作品使用足夠長度與電阻的漆皮線。在不使用電磁鐵的時候,必須解除漆皮線與電池的連接,否則可能過熱。

STEM活動課堂「星羅雲布」——都卜勒效應 15/5/2019

STEM午間活動「星羅雲布」來到最後一天,今天活動的主題是都卜勒效應。

大家有觀察過警車/救護車/舊式火車駛近時,聲音變高的現象嗎?這就是都卜勒效應的表現。波源和觀察者有相對運動時,觀察者接受到波的頻率與波源發出的頻率並不相同的現象。當發射源向觀察者接近,觀察到的頻率會變高,由於速度守恆,波長會減少。遠方急駛過來的火車鳴笛聲變得尖細(即頻率變高,波長變短),而離我們而去的火車鳴笛聲變得低沉(即頻率變低,波長變長)。

都卜勒效應同樣可以應用於天文學上。當觀察的星體向地球移動時,我們觀察到星體發出的光波頻率變高,波長變短,稱爲「紅移」;當觀察的星體背離地球移動,我們觀察到星體發出的光波頻率變低,波長變長,稱爲「藍移」。天文學家利用這個現象觀察星體的位置與運動軌跡。絕大部分星體觀察到藍移的情況,驗證了宇宙大爆炸與宇宙膨脹的理論。除此之外,都卜勒效應亦應用於追蹤人造衛星上。

在今天的活動中,老師播放能夠驅蚊的15000Hz聲源,讓同學使用iPad的頻率監察App,觀察走近及離遠聲源時頻率的變化。

STEM活動課堂「星羅雲布」——白晝觀星 14/5/2019

STEM午間活動「星羅雲布」來到第三天,今天我們要做一件聽上去匪夷所思的事情:白晝觀星!

古時,人類或是為了觀察天象時分,或是出於星象啟示未來的迷信,或是純粹被漫天星空的壯麗所吸引,紛紛投入觀星者的行列。然而,由於現代光污染嚴重,加上生活節奏繁忙,業餘觀星日漸式微。即使找到適合的時間與地點,初學者也難以辨認漫天的恆星與行星。有見及此,天文台及其他程式供應商推出觀星App。觀星App的天球活動星圖不但能夠協助觀星者辨認恆星與行星的相對位置,更能讓我們在白晝模擬觀星,學習天文學的知識。

不過,天球活動星圖的「天球」到底是甚麼?原來,以地球作爲觀察點,我們可以幻想一個天球。天球與地球同圓心,並有相同的自轉軸,半徑無限大,所有的星體都投映在天球上。當地球自西向東自轉,觀察者會覺得整個天球皆自東向西繞著地球旋轉,造成太陽及其他天體每天東升西落的錯覺。

古人觀察星象,發現太陽在天球上有一條運動的軌道,稱爲「黃道」。由於地球的自轉軸傾斜,黃道與赤道並不重疊。巴比倫人與古希臘人將黃道分爲十二份,稱爲「黃道十二宮」(事實上,黃道上有十三個星座);華夏文明則將黃道按照四季的位置分爲四段,即爲「四象」(青龍、白虎、朱雀、玄武),每段再分爲七分,合共「二十八宿」。

星座是人類爲了方便辨認恆星,將恆星分成不同的組合。現代國際天文學會使用的星座共有八十八個,並使用星座爲恆星命名。同一星座的恆星只是天球上投影的位置相近,實際距離可能相隔極其遙遠。

 

STEM活動課堂「星羅雲布」——天體運行 30/4/2019

STEM午間活動「星羅雲布」來到第二天,今天的活動主題是以同學製作的天體儀解說天體運行。

具有質量的物體之間會相互吸引,這是宇宙四大基本力之一。在重力的作用下,地球圍繞太陽公轉,而月亮圍繞地球公轉;前者的周期即為「一年」,後者的周期即為「一個月」。在天球儀上,這兩種公轉作用以兩套不同速度的摩打齒輪組表示。現實中,根據愛因斯坦的廣義相對論,重力是質量對時空的扭曲,其傳播速度為真空的光速。

除了公轉作用,自轉作用也是影響我們生活的一部分。地球自轉的周期即為「一天」:面向太陽時為白晝,背向太陽時為黑夜。由於地球由西向東自轉,從地球看來,太陽與月亮便從東面升起。月球的自轉速度與地球的公轉速度相等,所以我們總是看到月球的正面而非背面。

運用天球儀,我們可以展示日蝕與月蝕的成因。當地球、月球與太陽連成一直線,月球擋在太陽前面,形成日蝕;當太陽、地球與月球連成一直線,原本被太陽光照亮的部分被地球遮擋,形成月蝕。

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