百宏文教 BHCS
SCIENCE LAB / 理化 · 電與磁

電磁鐵、馬達與發電機實驗室

比較電流產生磁場、線圈受到轉矩,以及轉動線圈產生感應電壓三種方向不同的關係。

國中建議 20–25 分鐘任務 → 操作 → 紀錄 → 挑戰

今天要學會什麼

先備知識
電流、磁場、能量
學習目標
比較匝數與電流對磁場的影響;判斷線圈角度與轉矩;用磁通量變化解釋發電
使用方式
各校版本進度不同,請依單元選用。先接任務,再只改一個變因;至少保留兩筆可比較的紀錄。

引導任務

自由探索:先固定其他條件,只改一個變因。

01 / EXPLORE

研究工具箱

調整實驗條件
查看圖像與結果 ↓

選好條件後按「開始觀察」。

02 / OBSERVE

圖像與觀察結果

選好任務或設定條件後,按「開始觀察」。

操作後,這裡會說明模型結果。

請設定條件,然後操作並觀察。

03 / RECORD

我的實驗紀錄

紀錄只保留在本機。

本次模型條件與觀察依據
#條件結果解釋
尚無紀錄

常見迷思

磁通量大不一定感應電壓大:電壓取決於磁通量改變的快慢。

04 / CHECK

三題學習檢核

1. 空心線圈電流反向,磁場?
2. 線圈法線平行磁場時轉矩?
3. 磁場固定,線圈完全停止且無其他變化時?

模型限制與教師提示

電磁鐵採長螺線管近似;不計漏磁、鐵芯、電阻、發熱與反電動勢。馬達頁顯示當下轉矩而非自行推算轉速;發電機的轉速由外力維持。θ由固定向右基準軸量起;外加磁場B為有號分量,B<0代表向左,B=0時沒有磁場方向。轉矩正向取本圖順時針。正負只是固定繞線及法線約定,不是所有實際馬達的絕對方向。各模式只使用標示適用的控制。

給老師的比較任務與判讀

讓學生直接操作並留下第一筆觀察,再只改一個條件完成第二筆;要求學生指出哪些數據支持自己的解釋,以及模型不能支持什麼。

公式:空心長螺線管 B=μ₀NI/ℓ(ℓ=0.20m);τ=NBIA sinθ;ε=NBAω sinθ,ω=2π rpm/60,A=0.01m²。

參考概念來源:OpenStax:發電機。本頁文字、題目與示意圖為自編,簡化規則依本頁限制解讀。

接著學

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