趣味靜電教具VS靜電測量裝置
壹、設計目的：� 1. 開創「電浮」等多項有趣靜電實驗 。 � 2. 利用雷射與磁片對話的「放大」作用，具體的測量出微弱的靜電力大小。� 3. 利用雷射與捲尺鐵片條的對話，測量出磁力的大小。
實驗1: 磁浮
照片1：
鐵片被磁感應，每片鐵環都在同一邊為S極、另一邊為N極如圖1，所以各鐵環之間互相排斥造成「磁浮」。
實驗2: 不讓磁浮專美於前------「電浮」
照片2 電力不足嗎？無法將磁片層層飛揚。
照片2：
靜電力小於重力，不能讓磁片懸浮。
實驗2: 不讓磁浮專美於前------「電浮」
2. 把塑膠管A平拿，用布摩擦塑膠管B，塑膠管B靠近磁片，觀察之，如照片3。
照片3 換個方向試試看！磁片互相斥開了。
實驗2: 不讓磁浮專美於前------「電浮」
3. 玻棒插入橡皮塞中央。將口香糖鋁箔燒掉紙，剩下鋁箔，將鋁箔剪成圓形，中間挖洞，套上玻棒，裝置如照片4。
4. 手拿照片4的橡皮塞，把玻棒平拿，用布摩擦寶特瓶，把寶特瓶套在鋁環外，觀察之，如照片5。
5. 把照片4玻棒垂直放在桌上，用布摩擦寶特瓶，把寶特瓶套在鋁環外，觀察之，如照片6。
照片4 將磁片換成口香糖鋁箔製成的鋁環。
照片5 把照片4平拿，套上「金鐘罩」（用布摩擦後的寶特瓶）。
照片6 哇！「電浮」！
實驗3: 鉛筆或磁片的旋轉---檢驗靜電�
照片7 鉛筆放在書鎮上，容易受靜電力的影響而旋轉起舞
實驗3: 鉛筆或磁片的旋轉---檢驗靜電�
鉛筆橫放在寶特瓶蓋上面，帶電的氣球棒靠近鉛筆，鉛筆因靜電感應而被氣球棒吸引，如果氣球棒繞著書鎮旋轉，鉛筆也會「躺」在寶特瓶蓋上旋轉。
照片8 隨處可得的寶特瓶與汽球棒，輕鬆玩靜電!
實驗3: 鉛筆或磁片的旋轉---檢驗靜電�
照片9:
帶電的塑膠管靠近圖2的磁片，�磁片因靜電感應而被氣球棒吸引，如果氣球棒繞著磁片旋轉，磁片也會繞著轉軸旋轉。
照片9 磁片竟然也這麼容易受靜電力影響!
實驗4: 一些小東西follow me�
1. 塑膠管或保特瓶用布摩擦後,靠近蒲公英種子，觀察之，如照片10。
照片10 摩擦過後的塑膠棒，讓蒲公英的種子隨之跳躍！
2. 塑膠管或保特瓶用布摩擦後,靠近木棉花種子、蔥膜、蒜膜，如照片11。
照片11 摩擦過後的塑膠棒，可以吸引蒜膜、蔥末。
實驗4: 一些小東西follow me�
3. 靠近桌面邊緣，垂直於邊緣放置3支約4cm長的鉛筆心，用衛生紙摩擦氣球棒，將此氣球棒平行水平貼近鉛筆心，會如何？
這3支鉛筆心都會瞬間被帶電的氣球棒吸引，�這3支鉛筆心彼此是分開的，�甚至於彼此之間的夾角是120°。
實驗5:靜電力的測量
1. 取出磁片，用白膠黏在木板上，� 如圖3，照片12。
2. 把方格紙貼在書架木板的下表面。
3. 雷射筆、圖3的磁片、銅片、書架、� 方格紙，用廣用夾夾住圖3的木板，� 裝置如圖4，以水平儀調整，使方格紙及� 貼磁片的木板皆成水平。
4. 量出貼在木板上的磁片到方格紙的垂直距離。� 磁片到方格紙的垂直距離是56.3cm
5. 雷射反射後，畫出在方格紙上的位置。
6. 從尾端剪掉一小塊銅片，用電子天平秤出此� 銅片的重。
7.繼續每次剪一塊銅片，記錄雷射反射的位� 置及剪下銅片的重，直至銅片完全剪光為止。
實驗5:靜電力的測量
8. 將三次數據輸入電腦，找出關係式，如圖5所示。� 磁片的「狀態方程式」為 Y=0.01X+0.0113。
實驗5:靜電力的測量
9.用布摩擦塑膠管，把塑膠管靠近磁片，� 觀察並紀錄雷射光反射的位置X，� 如照片13。
10.把X代入狀態方程式，� 即可求出靜電力。
照片13
實驗5:靜電力的測量
實驗6:磁力的測量�
1. 把捲尺剪成鐵片條，黏在木板上；� 方格紙貼在書架木板的下表面上。
2. 雷射筆、鐵片條、保險絲、書架裝置� 如照片14。� (圖4的磁片改為鐵片條，銅片改為保險絲)
3. 量出貼在木板上的鐵片條到方格紙的垂直� 距離。 鐵片條到方格紙的垂直距離 54.7 cm
4. 雷射反射後，畫出雷射光在方格紙上的位置。
5. 從尾端剪掉一小塊保險絲，用電子天平秤出� 此保險絲的重。
6. 繼續每次剪一塊保險絲，記錄雷射反射的� 位置及剪下保險絲的重，直至保險絲完全剪� 光為止。
照片14 畫出雷射光反射後的位置。
實驗6:磁力的測量
7. 將兩次實驗數據輸入電腦，找出關係式，如圖6所示。 � 鐵片條的「狀態方程式」為 Y=0.0574X-0.0019。
8. 磁鐵放在鐵片條下方，觀察並紀錄雷射光反射的位置X，如照片15。
9. 把X代入狀態方程式，即可求出磁力。
圖6
照片15 測磁力與距離的關係之實驗裝置
實驗6:磁力的測量
實驗7:磁力與距離的關係
1. 把磁鐵放在鐵片條下方，如照片15，觀察並紀錄雷射光反射的位置X，改變磁鐵到� 鐵片條的距離，紀錄X。
2. X代入「狀態方程式」，算出磁力，找出磁力與距離平方的關係，如圖7。
圖7
探究實作引導問題：
一、
除了實驗2、實驗3、實驗4的趣味靜電實驗和一些大家熟知的靜電實驗之外，讓學生們發揮創意設計更多靜電實驗。
探究實作引導問題：
二、實驗5：
1. 若入射線不變，鏡面轉動θ，則反射線轉動2θ，利用此原理，把磁片受� 力形變的效果「放大」。
2. 拉大磁片與方格紙的距離，把磁片受力形變的效果再「放大」。
3. 磁片的狀態方程式為 Y=0.01X+0.0113
4. 未知的靜電力，只要帶電體放在磁片下方，讀出雷射光反射位置X值，� 即可算出靜電力Y
5. 若靜電力太大，雷射光反射超出方格紙外，可把方格紙高度下降，量出� 磁片到方格紙距離，再利用相似三角形，比出當磁片與方格紙距離為56.3� ㎝時的數值X，即可帶入「狀態方程式」，求出靜電力。
探究實作引導問題：
三、 實驗6：
1. 利用鐵片條能夠被磁鐵吸引及鐵片條具有彈性的特性，� 來測出「狀態方程式」
2. 因銅片重量不易使鐵片條產生形變，故改用保險絲替代。
3. 鐵片條的狀態方程式為 Y=0.0574X-0.0019
4. 未知的磁力，只要磁鐵放在鐵片條下方，讀出雷射光反射位置X值，� 即可算出磁力Y
5. 若磁力太大，雷射光反射超出方格紙外，可把方格紙高度下降，量出鐵� 片條到方格紙距離，再利用相似三角形，比出當鐵片條與方格紙距離為� 54.7cm時的數值X，即可帶入「狀態方程式」，求出磁力。
6. 狀態方程式的斜率有彎曲形變的彈性係數的涵義。
7. 用此方法，可進一步研究彈性係數。
探究實作引導問題：
四、 實驗7：
1. 同一塊磁鐵，距離愈近，磁力愈強。
2. 同一塊磁鐵，磁力與距離的平方的倒數成正比，如圖7。� 也就是磁力與距離的平方成反比。
探究實作引導問題：
五、 綜合上述實驗，我們的主要創意是：
1. 實驗2、實驗3、實驗4都是靜電的趣味科學實驗，「電浮」、磁片的旋轉、蒲公英…，都是我們創� 新的靜電實驗，可當國中小的實驗教材。「電浮」是我們的「最愛」。
2. 若入射線不變，鏡面轉動θ，則反射線轉動2θ，利用此原理，把磁片受力形變的效果「放大」。
3. 拉大磁片與方格紙的距離，把磁片受力形變的效果再「放大」。
4. 我們把課本裡靜電的「定性」層次，推進到「定量」層次。
5. 科學史上，庫倫以高級精密的扭力天平，圖8，
測量微弱的靜電力，而我們利用雷射與磁片測量靜電力，
並進而作各種靜電力的探討。
6. 更進一步，我們利用雷射與捲尺的鐵片條，作磁力的測量。
7. 一般的彈簧秤不能測出微弱的靜電力，也不方便精確的� 測出不同距離的磁力，我們利用雷射與磁片的對話、雷
射與捲尺鐵片條的對話，解決問題。
8. 還可利用本實驗設計，更進一步廣泛的測定多種不同材質，彎曲形變的彈性係數。
探究實作引導問題：
六、 實驗6、實驗7都是實驗5再繼續探究的實驗，作完實驗5，� 可試試看學生能不能想到要應用到磁力，甚至探討多種不同材� 質，彎曲形變的彈性係數。
七、 希望能提供大家在「探究與實作」上的一點参考資料。� 拋磚引玉，希望大家能搞出更多實驗設計。
作者：吳采坪 張庭樵 王緒湟
指導老師：林麗華
後甲國中退休老師林麗華 聯絡方式： tnklim@yahoo.com.tw
(06)2348218 0960389323
前金國中 吳采坪老師
tasiping@gmail.com
謝謝大家
敬請多多指教