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國三下理化⏱ 約 20 分鐘PhETKc-IV-5

2.3 電流與磁場的交互作用

任務簡報:為什麼馬達通電後會轉動?這是因為載流導線在磁場中會受到力的作用。準備好了嗎?跟著步驟動手探究,一關一關破解它!

小欣老師
1讀故事情境先進入狀況
2動手玩實驗先看步驟再操作
3記錄與闖關填數據、答問題
4自我驗證最後回頭打勾⭐
1

情境引導

小惠同學
🧭 探險情境

為什麼馬達通電後會轉動?這是因為載流導線在磁場中會受到力的作用。這一節,我們要透過模擬實驗,探究電流與磁場交互作用的現象。

2

實驗工作站:PhET Interactive Simulations — Magnets and Electromagnets

先把 5 個步驟讀完,再動手做!

💻 電腦版:同一個框框裡,左邊讀步驟、右邊做實驗,實驗畫面會一直陪著你。📱 手機版:先讀步驟,往下就是實驗艙。

🧑‍🏫 操作指導語(請依序完成)

小欣老師
  1. 1

    進入模擬後,切換到「Motor」(電動機)分頁(若無此分頁,可用 Electromagnet 分頁自行組裝觀察線圈受力)。

  2. 2

    觀察通電線圈在磁場中受力轉動的情形。

  3. 3

    改變電流方向,觀察線圈轉動方向的變化。

  4. 4

    改變磁場強度(更換磁鐵或調整電池電壓),觀察線圈轉動速度的變化。

  5. 5

    思考:線圈為什麼會持續轉動,而不是轉到某個角度就停止?

🧪 實驗艙(讀完左邊步驟,在這裡動手做):

phet.colorado.edu🔎 放大操作
實驗艙空白或卡卡的?點右上角「🔎 放大操作」在新分頁開啟,手機操作更順手。 (模擬介紹頁)
3

數據實驗室

小惠同學

把觀察到的結果填進格子;不知道怎麼填?按「填入範例」看看!

📏 參考範圍:電流方向 約 0~100;線圈受力(轉動)方向 約 0~10000。填的數字差太多時會出現橘色提醒——再量一次看看!

電流方向磁場方向線圈受力(轉動)方向
4

探究關卡

小欣老師

用你的觀察與數據回答問題。卡住了就按提示;先寫下想法(5 個字以上),才能解鎖參考答案喔!

探究 1觀察與定題

載流導線在磁場中為什麼會受到力的作用?

回到實驗艙或數據表,找找看:什麼現象讓你最意外、最好奇?
試著用「我觀察到……」開頭,再問一個「為什麼」或「跟什麼有關」的問題。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

當載流導線置於磁場中時,導線中移動的電荷會受到磁場作用力(勞倫茲力),這些微觀作用力的合力即為巨觀所見的安培力,使導線受力運動。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 2計劃與執行

使用模擬工具觀察線圈轉動,改變電流方向後線圈轉動方向有何變化?

想一想:這個實驗中你改變了什麼?哪些條件保持不變?
照著操作步驟回顧你實際做了哪些動作,把觀察到的結果寫下來。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

觀察發現,改變電流方向後,線圈所受的力方向也隨之改變,因此線圈轉動的方向會相反。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 3分析與發現

如何用右手開掌定則判斷載流導線所受磁力的方向?

看看你填的數據表:數字怎麼變化?有什麼規律或差異?
用「因為……所以……」把數據和背後的原因連起來。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

右手張開,四指併攏伸直指向磁場方向,大拇指指向電流方向,掌心推出的方向即為導線所受磁力(安培力)的方向。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

探究 4討論與傳達

電動機是如何運作,讓線圈能持續轉動的?

想想看:生活中哪裡也看得到類似的現象或應用?
試著用這一課學到的科學詞彙,把想法說清楚給同學聽。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

電動機內部的線圈通電後在磁場中受力產生轉動;換向器(集電環)會隨著轉軸轉動而定期改變電流方向,使線圈持續受到同方向的轉動力,讓電動機能夠連續轉動。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

5

延伸挑戰(進階,選做)

還不過癮?點開下面的挑戰卡,繼續探險!

🚀 延伸挑戰:電動機轉速的影響因素 ▶

使用 PhET「Magnets and Electromagnets」嘗試改變電流大小與磁場強度,觀察並整理出影響電動機轉動速度的因素。

phet.colorado.edu · Magnets and Electromagnets 🔎 放大操作
實驗艙空白或卡卡的?點右上角「🔎 放大操作」在新分頁開啟。
6

反思時光

最後幾題,沉澱一下今天學到的東西!

反思 1學習反思

這次實驗後,我對電流與磁場的交互作用有什麼新的理解?

課本是文字和圖片,虛擬實驗多了什麼?(動手做?數據?變化?)
寫下最真實的想法就可以,反思沒有標準答案。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

電動機是將電能轉換為機械能(通電線圈受磁場作用力而轉動),發電機則是將機械能轉換為電能(線圈在磁場中轉動使磁通量改變而產生感應電流),兩者結構相似,但能量轉換的方向相反,互為逆過程。

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

反思 2學習反思

你認為電動機與發電機的原理有什麼異同?

課本是文字和圖片,虛擬實驗多了什麼?(動手做?數據?變化?)
寫下最真實的想法就可以,反思沒有標準答案。
✔ 已自動保存
🔒 參考答案在保險箱裡——先在上面寫下你的想法(5 個字以上)就能解鎖!

🔑 參考答案

💡 參考方向同上一題——最重要的是寫下你自己的想法!

自我檢核:這些重點我有寫到嗎?點一點做記號!

沒關係!對照答案修改你的想法,科學家也是這樣一次次變厲害的 💪

🏁

自我驗證:我學會了嗎?

跑完一整輪了!現在回頭檢查——下面四件事你真的會了嗎?會就打勾;不太確定?點旁邊的按鈕回那一關再練一次。

小惠同學小欣老師
🏆 探究迴圈完成!
你剛剛做了真正的科學探究:觀察 → 實驗 → 記錄 → 分析 → 表達 → 回頭驗證。
這就是科學家的一天。幫自己鼓掌!👏