活動資訊

日期：107.01.04

地點：國立中央大學科學教育中心(理學院教學館106展廳)

活動流程

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目的

演示物體所受浮力(buoyancy force)與其排開液體體積的關係。

實驗

保特瓶內注滿水，再將氣球放入且浮在保特瓶中，觀察增加水壓(water pressure)後氣球的情形。

原理思考

為什麼對寶特瓶施壓後氣球會下沉？

物體所受到的浮力等於其排開液重，當水壓增加時則氣球被壓縮，體積變小，排開水量變少，因此其所受浮力變小，無足夠浮力時，氣球就會往下沉。 

討論
1.若將水換成其它液體是否仍有此現象？
2.為什麼要在氣球內置入硬幣？

1.若該液體密度小於硬幣密度時，仍會有此現象。 2.置入硬幣只是單純的增加浮沉子的重量，因為氣球本身是無法下沉。

關於實驗

1.在本演示中因硬幣方便取得而使用之，亦可使用其它易得且可進入保特瓶中的物品取代。

2.氣球內需有些許空氣，視氣球大小而定。
3.如圖取一個吹有些許氣的氣球，並置入一枚硬幣用以增加重量及封住開口。
4.請盡量選用光滑瓶身的寶特瓶，效果較佳。
5.可同本網站中的實驗D17 浮沉子——到底是浮？還是沉？做比較

參考資料

 “Fundamentals of Physics", 7th ed., John Wiley & Sons, 2005, New York. Ch14. 

製作

v.1 朱慶琪

指導老師

朱慶琪

 撰稿 

黃時霖

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簡介

在水的三相圖中，當壓力()下降將會使液體轉為氣體的溫度()跟著下降，本實驗將可演示在常溫下液態水變氣態水的現象。

製作步驟

準備材料: 針筒(不含針尖部分)×1、橡皮擦×1、少許的水。

1.將針筒吸取少量的水。將針筒朝上，慢慢推出筒內氣體。

2.針筒前端埋入橡皮擦中。

3.用力拉推桿的部分。

4.注意看水的變化。

操作要領

針筒吸取少量的水後，儘量把內部殘留的氣泡移除。另外拉推桿的速度要快，但不可以讓空氣進入針筒內。

教學使用方式

此實驗可以引導學生探索水在壓力下降時液氣共存的溫度變化情形。同時瞭解水的沸點不一定是100℃。

拉桿的速率不同，水滴的汽化狀況如何變化? 為什麼?

室溫下，水面上方有沒有水汽? 水中會不會出現冰塊? 加上極高的壓力會不會讓水變成冰?

在什麼溫度附近，在冰上加壓會使冰變成水?這是冰刀在冰上運作的物理基礎。

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目的

瞭解磁鐵與金屬有相對運動時，如何產生渦電流(eddy surrent)，以及楞次定律(lenz law)如何解釋磁煞車效應。

實驗

實驗裝置：約一米長的鋁管一枝，垂直站立。強力磁鐵(neodymium magnet, 釹鐵硼磁鐵)、乒乓球各一只。

1.讓乒乓球在鋁管中自由下落，觀察下落的情形。

2.讓強力磁鐵在鋁管中自由下落，觀察下落的情形。

3.比較兩實驗的差別。 

原理思考

為什麼掉落的速度會有差別呢？

磁鐵運動時造成週遭磁通量(magnetic flux)的變化，因此在鋁管內部產生感應電動勢(induced emf )形成渦電流(eddy current)，此時，渦電流產生的磁場方向與磁鐵的磁場方向相反，磁鐵受到相斥的作用力、也就是阻力，因此造成磁鐵以較慢的速率落下。

討論

1.若置換成其它材質（ex. 塑膠、鐵、銅…）的圓管，則會有何種情形發生？

2.相同材質不同管徑對其掉落速度影響為何?

3.若在磁鐵上施加重物，則磁鐵下落的速度是否會改變？

關於實驗

可同本網站中的下落磁鐵、感應煞車及鋁片飄浮做比較。

參考資料

 “University Physics", Rev. ed., John Wiley & Sons, 1995, USA., Ch31. 

製作

v.1 曾助理

指導老師

朱慶琪

撰稿

黃時霖、朱慶琪

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