四、妙用無窮的磁 磁的應用帶給人類便利的生活，日常生活中經常使用的電話和冰箱的門就是磁的應用。而磁浮列車的發展，更展現了磁的無限潛力。由於磁和現代人類生活息息相關，就讓我們一起來了解磁的性質與應用。 

4-1磁極與磁場 生活中處處可見磁鐵的妙用，例如：利用磁鐵可以將紙固定在磁鐵板上；磁鐵加上美化的包裝也可以用來作裝飾；冰箱門的內框裝有磁鐵，可以使門關得更加緊密。

4-1磁極與磁場 磁鐵能吸引鐵和含有鐵的物體，這種吸引物體的力稱為磁力。 ◎ 磁性物質是指可以被磁鐵吸引 住的物體，大都由鐵、鈷、鎳 或其合金所構成，故鐵、鈷、 鎳為磁性物質。 ◎ 磁鐵的兩極一定同時存在。 ◎ 磁鐵是很神秘的東西，它以看不 見的力量來吸引或排斥物品。 ◎ 最早發現的磁鐵是一種稱為「磁 石」的礦物，它含有鐵，且會吸 引物品。

4-1磁極與磁場 磁鐵具有兩個磁極，稱為N極與S極。用兩塊磁鐵試試看，相同或相異磁極互相靠近時，分別會發生什麼現象？ 1.以兩塊磁鐵相同的兩個磁極互相靠近，觀察所發 生的現象。

4-1磁極與磁場 如果不小心把磁鐵摔斷了，每塊斷裂的磁鐵仍然具有N極與S極嗎？ 2.以兩塊磁鐵相異的兩個磁極互相靠近，觀察所發生的現象。 .將磁鐵折斷後： 磁鐵在兩端的長磁鐵棒折斷後，其斷塊仍為磁鐵，彼此互相吸引。(如右圖a) 磁鐵在上下表面的磁鐵折斷後，其斷塊仍為磁鐵，只是彼此排斥。 (如右圖b) 不論以何種方式將磁鐵折成兩半或數段，每一段仍然是具有N極與S極的磁鐵。

4-1磁極與磁場 1.N極與N極互相靠近時，會發生什麼現象？ 相斥 2.S極與S極互相靠近時，會發生什麼現象？ 相斥 相吸

4-1磁極與磁場 試一試，用書本開磁鐵與迴紋針，磁鐵還能吸住迴紋針嗎？磁鐵的作用可以被書本隔絕嗎？ 能使用不含磁性物質的物體來隔絕磁力，但是隔絕物如果厚度不夠（如紙張）或是磁力很強，則隔絕效果不佳。

4-1磁極與磁場 試試看，磁鐵的哪個部位磁力較強？ 用迴紋針試試看，觀察磁鐵的哪個部位能吸住較多的迴紋針。 磁鐵的哪個部位磁力較強？

4-1磁極與磁場 磁鐵吸引物體的力無法直接以肉眼看見，怎樣才能知道磁力的存在？ 1.將鐵砂倒入塑膠淺盤中，用尺 輕輕撥動鐵砂，使其均勻散布 在盤中。 2.將直條式磁鐵置於盤子下方， 輕敲盤子邊緣讓鐵砂重新排列 分布，觀察磁鐵的哪個部位能 吸住較多的鐵砂。　 3.改用不同形狀的磁鐵試試看， 觀察鐵砂在盤子上的分布形狀 有何變化。

4-1磁極與磁場 1.鐵砂在盤中會呈現什麼形狀？ 鐵砂受到磁力吸引會呈現條紋狀 2.鐵砂分布的疏密程度和磁力的大小有什麼關係？ 其分布愈密集表示磁力愈強，而距離磁鐵愈遠，則磁力愈弱。 3.不同形狀的磁鐵，鐵砂的分布形狀有什麼不同？ 下列為常見磁鐵棒和馬蹄形磁鐵外部的磁力線分布的形狀。

4-1磁極與磁場 磁力從磁鐵的一端到另一端的路徑稱為磁力線，鐵砂聚積形成許多的細條紋線，是磁力線經過的位置，而磁力線分布的範圍就是磁場。

磁力線 1. 磁力線是虛構的曲線，就好比地球儀上之經度與緯 度的曲線，實際上並不存在。觀察磁力線的目的是 幫助我們了解磁力與磁場。 2. 每一條磁力線都是封閉的平滑曲線︰磁力線的方向， 在磁鐵外部，是從N極指向S極 ﹔在磁鐵內部，是從 S極指向N極。 3. 磁力線的疏密程度代表磁場的強弱。 4. 磁力線之間彼此並不交會。 磁力線分布http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/classes/suwenson2/bfield/magnet3.htm

4-1磁極與磁場 地球磁場： 　　地球本身就像個大磁鐵，由於受到地球磁場作用，當指北針靜止時，指針的箭頭所指的方向為北方，箭尾所指的方向為南方。有了指北針，就不擔心迷失方向，讓我們一起來製作指北針。

2.磁棒的中心位在地球的球心，磁軸方向與地球的極軸方向夾約11°角。 1.地磁可用一根巨大的棒狀磁鐵來模擬。 2.磁棒的中心位在地球的球心，磁軸方向與地球的極軸方向夾約11°角。 3.磁棒的S極近地理的北極，磁棒磁軸的延長線與地球地面相交的地點，稱為地磁北極。約在加拿大北部，近北緯78°線。 4.磁棒的N極近地理的南極，磁棒磁軸的延長線與地球地面相交的地點，稱為地磁南極。 5.地理的南北極則是地球自轉軸與地表的兩交點。地理北極與地磁北極約相距1200公里。

4-1磁極與磁場 1.利用指北針找出東、西、南、 北四個方向，用直線在桌面上 標示出來。 2.將直條式磁鐵懸掛在空 中，當磁鐵靜止不動時， 觀察磁鐵兩端所指的方 向。

4-1磁極與磁場 3.分組討論一種運用磁鐵自製指北針的方式， 例如：讓磁鐵浮在水上等。

4-1磁極與磁場 1.為什麼磁鐵會指向南、北方向？ 指北針靜止不動時指針指向南、北方，這是因為其指針受到地磁吸引的結果。 2.指北針裡的指針和磁鐵一樣具有磁性嗎？ 指北針裡的指針（磁針）和磁鐵一樣具有磁性，所以會受到地磁影響。 ◎ 利用磁極指向南、北方向的特性，將磁鐵做成羅盤或指 北針上的磁針以指示方向。 ◎ 在磁鐵附近有磁力作用的空間，即可稱為磁鐵的磁場。

4-2電與磁 自然界存在一種能吸引含鐵物質的礦石，稱為磁鐵礦。利用鋼針摩擦磁鐵礦，可以使鋼針變成磁針，這是早期人們製造磁鐵的方法。現代的磁鐵，大都是運用電力製造而成，而且磁力比天然磁石要強上許多，究竟電與磁之間有什麼樣的關聯呢？

4-2電與磁 1.調整指北針，使指針對準南、北方向的刻度。 2.將磁鐵靠近指北針，觀察指北針的指針方向之 　轉變化。

4-2電與磁 3.以電池及電線組成通路。 4.將電線放在指北針下方，使電線與指北針 的南、北方向刻度重疊，接通開關，觀察 指北針的指針方向之轉變化。

4-2電與磁 5.將電線移到指北針上方，保持電線與指北 針的南、北方向刻度重疊，接通開關，觀 察指北針的指針方向之轉變化。 6.分組操作一種改變指北針的指針轉角度的 方法，例如：增加電池的數量等。 7.依小組選定的方法實際操作，並將結果記 錄在習作中。

2.電線通電後，指北針的指針會轉嗎？為什麼？ 1.當磁鐵靠近指北針時，指北針的指針會發生 什麼現象？ 指針會轉動 2.電線通電後，指北針的指針會轉嗎？為什麼？ 將通電的電線放在指北針下方（在電池正極上），指北針的指針會順時針方向偏轉。將通電的電線放在指北針上方，指北針的指針會逆時針方向偏轉。【通電的電線放在指北針下方（在電池負極上），指北針的指針會逆時針方向偏轉。將通電的電線放在指北針上方，指北針的指針會順時針方向偏轉。】將通電的電線與指北針的排列方向垂直時，指北針的指針不會偏轉。

4-2電與磁 電流強弱則會影響指針偏轉的角度，電流愈強，指針偏轉角度愈大；反之電流愈弱，指針偏轉角度愈小。 3.有哪些方法可以使指北針的指針轉角度 變大？ 電流強弱則會影響指針偏轉的角度，電流愈強，指針偏轉角度愈大；反之電流愈弱，指針偏轉角度愈小。 ※ 電線排列方式會影響指針偏轉的角度。

◎ 改變指北針的指針偏轉方向的方法有： 1. 改變電線排列的位置。 2. 改變電流的方向。 ◎ 指北針的指針會指向南、北方向是因為受到 地球磁場的影響，在電磁鐵周圍的指北針的 指針會偏轉是受到 電磁鐵所形成的磁場吸引 的結果。但是指北針在受到電磁鐵磁力影響 時，並沒有完全指向電磁鐵磁場的方向，所 以指北針的指針偏轉的向應該是同時受到 地磁和電磁鐵磁場兩力的影響。

4-2電與磁 奧斯特（Hans Christian Oersted，1777～1851） 丹麥的物理學家奧斯特，在研究電流對磁針是否有影響的實驗中，發現了電與磁的關係，為電與磁的實驗奠下根基，在他之後的科學家也相繼發明了許多運用電與磁的物品，例如：電磁鐵和馬達等。為了紀念奧斯特對電與磁的貢獻，磁場的強度單位就命名為奧斯特。 他非常重視實驗，因為追根究底，所有的科學發展都是從實驗開始的。

4-3電磁鐵 由電所產生的磁場，和磁鐵的磁場相似，利用通電產生磁力的磁鐵稱為電磁鐵。試試看，怎樣製作電磁鐵？ 1.漆包線的一端先留約10公分的長度，接著以同一 方向將漆包線整齊的纏繞在吸管上。

漆包線和一般電線一樣能導電，外層所包覆的絕緣漆很薄，所以比電線不占空間，適合用來製作電磁鐵。 4-3電磁鐵 2.以砂紙將漆包線兩端的絕緣漆刮除約2公分。 漆包線和一般電線一樣能導電，外層所包覆的絕緣漆很薄，所以比電線不占空間，適合用來製作電磁鐵。

4-3電磁鐵 3.將漆包線接上電源後，靠近指北針，觀察指北針 的指針偏轉情形。

4-3電磁鐵 4.再試試看通電線圈內的吸管能不能吸引迴紋針。

通電中的電磁鐵會發熱，所以電磁鐵不用時，要隨時關閉電源。 4-3電磁鐵 5.以鐵釘取代吸管，試試看通電線圈內的鐵釘能不 能吸引迴紋針。 通電中的電磁鐵會發熱，所以電磁鐵不用時，要隨時關閉電源。

＊ 電磁鐵的原理是由於通過電線的電流 會在其周圍產生磁場。 ＊ 電磁鐵的特性：（永久磁鐵則相反） 1. 切斷電源，電磁鐵的磁力會消失。 2. 電流方向改變，電磁鐵的磁極方向也會跟著 改變。 3. 電磁鐵能藉由電流控制磁力強度。 ＊ 影響電磁鐵磁力大小的因素： 1. 芯材質料：用磁性物質（如：鐵釘）當芯材，所 產生的磁力較大。 2. 芯材粗細：磁性物質的芯材愈粗時，磁力愈強。 3. 電流大小：增加漆包線的圈數或串聯的電池數， 都可使電流變大，使得電磁鐵的磁力 變強。

4-3電磁鐵 會偏轉 漆包線所包的芯材會影響電磁鐵的磁力，纏繞鐵釘時可吸較多迴紋針。 1.通電中的漆包線靠近指北針時，指北針的指針會不會偏轉？ 會偏轉 2.通電的漆包線纏繞在吸管或鐵釘上時，哪一個可以吸 引較多的迴紋針？ 漆包線所包的芯材會影響電磁鐵的磁力，纏繞鐵釘時可吸較多迴紋針。

4-3電磁鐵 如果電力消失，電磁鐵的磁力還會存在嗎？電磁鐵和磁鐵有什麼不同呢？ 1.將電磁鐵的電源關閉，試 試看，鐵釘還能不能吸引 迴紋針。 2.分組操作一種讓通電的電 磁鐵產生更強磁力的方 法，例如：增加漆包線纏 繞的圈數、改變漆包線纏 繞的蕊芯材質、增加電池 的數量等。

1.關閉電源時，電磁鐵能吸住迴紋針嗎？為什麼？ 切斷電源，電磁鐵的磁力會消失，不能吸住迴紋針。 電磁鐵的磁力大於天然磁石。 2.漆包線纏繞的圈數會影響電磁鐵磁力的強弱嗎？ 漆包線纏繞的圈數會影響電磁鐵的磁力，圈數愈多，電磁鐵的磁力愈強；反之圈數愈少，電磁鐵的磁力就愈弱。

4-3電磁鐵 漆包線所包的芯材會影響電磁鐵的磁力，例如：只有通電的電線或漆包線不容易吸引迴紋針，塑膠材質（木材）的東西也不容易吸引迴紋針。 3.將鐵釘換成竹筷或其他物體，可以增強磁力嗎？ 漆包線所包的芯材會影響電磁鐵的磁力，例如：只有通電的電線或漆包線不容易吸引迴紋針，塑膠材質（木材）的東西也不容易吸引迴紋針。 4.說一說，電磁鐵與磁鐵有什麼差別？ 切斷電源，電磁鐵的磁力會消失；電流方向改變，電磁鐵的磁極方向也會跟著改變；電磁鐵能藉由電流控制磁力強度等。 ☆ 漆包線的圈數、纏繞方式和芯材質料都會 影響電磁鐵的磁力。

電流的磁效應 如果使電流逆向流動，磁針會逆向偏轉。這表示載流導線附近有磁場存在，才會影響磁針偏轉的方向。 右手定則 用右手握住導線，大拇指指向電流的方向（為直流電電流的方向，在導線中是由正極流向負極）， 其餘四指所指的方向，極為磁力線的方向或磁針N極所受磁力的方向。

4-3電磁鐵 磁浮列車 　　磁浮列車是近來開發成功的高速運輸工具，日本鐵道總合技術研究所，於2003年12月2日在山梨縣進行的磁浮列車測試，締造時速581公里的世界紀錄。而中國上海的磁浮列車，其運行的最高時速可達430公里。 　　磁浮列車是運用磁鐵同極相斥、異極相吸的原理使其浮在軌道上方，所以行進時不須使用輪子。磁浮列車的車身懸浮於軌道上方，所以行駛中所產生的音量不大，大約和行駛於高速公路上的大貨車相同。

磁浮列車的基本原理　 觀看實驗短片短片來源：靜宜大學 (一) 電流的磁效應在螺旋形的導線上通電，就會在螺旋形導線的中間產生感應磁場，而此感應磁場的大小和導線圈數及電流成正比，當電流斷路時感應磁場也會同時消失。磁場方向可由安培右手定則決定：右手四指的方向依照導線電流方向握起，則姆指方向則為感應磁場的N極。 (二) 磁浮列車浮起的原理永久磁鐵或電磁鐵異極會相吸，同極卻有極強的排斥力，磁浮列車能浮起來就是利用這個原理。而車體的重量並不輕，若要靠磁鐵相吸及相斥的力量將它浮起來，車上及軌道上的磁力就必須要很強。因此搭配使用電磁鐵和永久磁鐵，除了可增強磁性之外還可以節省一部分的電力。 (三) 磁浮列車前進的原理磁浮列車的前進原理是利用線性馬達。線性馬達將原來普通馬達轉動的力量轉換為直線移動的力量。同樣利用磁力的排斥力與吸引力，使得浮在軌道上的列車能向前加速或減速，由於車體與軌道間沒有摩擦力，能量不會因此而消耗。

電流的磁效應↓                                                                                                     磁浮列車福起的原理 電流的磁效應 磁浮列車

磁浮列車和高鐵有什麼差別？ 一般的分類，時速200公理以上的鐵道就稱為高速鐵路（高鐵）。高鐵的列車種類有很多種，磁浮列車只是其中一種而已。 目前世界上第一個商業運轉的磁浮列車是浦東到機場的磁浮列車。台灣早期發展高鐵時，聽說也評估過磁浮列車，但因為造價高，沒有商業運轉的經驗（那時候上海還沒有通車），所以很作罷了。 德國與日本關於磁浮列車的技術仍然獨步全球，中國上海於2003年首度營運的磁浮列車就是由德國建造的。

磁浮列車與目前的高速運輸工具相比有許多優點： 由於磁浮列車懸浮於軌道上行駛 ，與軌道之間沒有任何實際的接觸，成為無輪狀態。固其減少輪、軌之間產生摩擦力的困擾，時速可高達幾百公里。磁浮列車的能源消耗僅是汽車的一半、飛機的四分之一，而且其噪音小，當磁浮列車時速高達300公里以上時，雜訊指相當於一個人大聲地說話。 由於磁浮列車以電為行駛動力 ，在軌道沿線不會排放廢氣，所以不會污染環境，實是一種絕佳的綠色新高速運輸工具。

日本磁浮列車再創世界最高速紀錄 【大紀元12月2日訊】（法新社東京二日電）日本鐵路技術研究所宣布，日本磁浮列車今天在試車時，車速高達每小時五百八十一公里，打破自己原先創下的世界行車速度最快紀錄。 這列三節車廂連接的磁浮列車今天在東京西郊進行試車時，打破自己甫於上月才創下的時速五百七十九公里紀錄，這也是磁浮列車自十一月十七日刷新一九九九年行車速度以來，三度締造世界最高速紀錄。 日本鐵路技術研究所發言人說：「這次磁浮列車搭載十二人創下最高速紀錄。」 磁浮列車是利用磁力懸浮技術、免除與軌道接觸產生摩擦，自一九九七年起一直在東京以西一百公里的山梨線軌道進行試驗，但迄未進入營業服務。 磁浮列車在山梨軌道總共已行駛三十三萬三千九百八十五公里，搭載過六萬三千九百三十四人。(http://www.dajiyuan.com) 12/2/2003 7:00:02 PM

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