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| 摘要： |
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學生們利用電池、電線和電燈泡來架設簡單的電路並從事實驗。
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| 年級程度： |
| 七年級∼十二年級 |
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| 領域： |
| 自然與生活科技 |
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| 場地： |
| 教室 |
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| 時間： |
準備時間：45分鐘
活動時間：三堂50分鐘的課程 |
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| 關鍵字彙： |
| 電力、發電機、機械能、馬達、渦輪機 |
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| 主要概念領域： |
•能量的自然法則
•能源的開發
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| 準備事項： |
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本次活動所需的材料可以從五金行、電氣用品店以及科學用品目錄購得。建造一台拆卸式馬達並進行試驗，好熟悉馬達的運作方式，並且能夠在學生試圖建造馬達的過程中遇到問題時予以協助。
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| 學習目標 |
學生將能夠
．組裝一具簡單的電動馬達並敘述它如何運作；
．列出一些家裡使用馬達的方式；
．解釋發電機在產生電力中扮演的角色；
．敘述在馬達和發電機中所發生的能量轉換；以及
．辨識馬達和發電機之間的相似之處。
基本原理
藉由瞭解電動馬達和發電機的運作方式並認識其用途，，可以幫助學生了解馬達和發電機在產生和使用電力時所扮演的重要角色。
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| 背景資料 |
列出一張清單，寫下所有家中使用電力的設備和用具。寫好之後，將只有照明或加熱功能的電氣用品劃掉（譬如，你可以劃掉電視，但不要劃掉吹風機）。看看剩下的物品有什麼共同點？你很可能會發現這些物品都使用電動馬達（見家戶使用電動馬達之設備和用品清單）。
使用電動馬達的設備或用品 |
電動馬達的用途 |
冰箱 |
抽取冰箱內散熱的液體 |
冷氣 |
抽取冰箱內散熱的液體 |
風扇（置於地上、桌上、天花板等） |
帶動扇葉旋轉使空氣流通 |
電腦磁碟機和硬碟 |
帶動軟碟和硬碟旋轉 |
CD 放音機、放影機 |
旋轉雷射唱盤或唱片 |
VCR、錄放音機 |
旋轉轉軸以播放錄音帶或錄影帶 |
洗衣機 |
旋轉大型捲筒來清洗衣物並脫水 |
乾衣機 |
轉動大型捲筒內的衣物 |
吸塵器 |
旋轉風扇將空氣和灰塵吸進吸塵袋 |
食物攪拌機 |
轉動攪拌器混合食物 |
咖啡研磨機 |
轉動刀片切碎或研磨食物 |
吹風機 |
轉動小風扇吹出熱風 |
果汁機 |
轉動刀片打碎蔬果 |
電動牙刷 |
將牙刷前後移動 |
縫紉機 |
將針線上下移動 |
電鑽 |
旋轉鑽孔器 |
電圓鋸 |
轉動圓鋸齒片 |
用電池的玩具車或玩具卡車 |
轉動玩具車或卡車的輪子 |
馬達的一般定義是：將其它形態的能量轉換為機械能的設備，使用領域可以從割草機、汽車引擎到火箭引擎。電動馬達是馬達家族中的特殊成員─它們通常是以旋轉，或者循環的動態運作，將電能轉換為機械能。（要取得關於電動機運轉方式的資訊，請見拆卸式馬達如何運作）。
各式電動馬達的尺寸差異極大，用途廣泛，常用於發動玩具、操作工業重型機械，到都會地鐵列車等等。電動馬達的功率很高，小型馬達轉換電力運轉的功率有60%到75%，而大型馬達的功率則可高達90%到97%。馬達可以是使用一般電池或太陽能電池（光伏電池），或者直接透過電纜使用發電廠生產的電力。這些特性使得各式用途的電動馬達大為普及。
現在列出另一張清單，寫下電力公司可能會用來生產電力的能源。這張清單應該包括煤炭、油、天然氣、核能、風、水以及太陽能電池。把太陽能電池劃掉之後看一看剩下的項目，它們有什麼共通之處呢？蘊藏在這些能源之中的能量都是經由發電機被轉換成電力。
發電機是將機械能轉換為電能的設備，基本上是個被反向使用的電動馬達，馬達將電能轉變成機械能，而發電機將機械能轉變成電能。許多的電動馬達和發電機都是以相同方式製造，而且可以互換使用。
機械能可以經由連接滑輪的齒輪或皮帶，被傳送到小型發電機，譬如連接汽車引擎到交流發電機。用來生產電力的大型發電機則被連接到渦輪機─一種由扇葉或刀片連結在軸輪上的設備，當加壓的蒸汽、水或者空氣打到渦輪機的葉片，就會同時轉動渦輪機和發電機。燃燒石化或核子燃料的發電廠把水加熱來產生加壓蒸汽，再用來運轉渦輪機和發電機。水力發電使用由上往下沖下的水，風力渦輪機則利用風推動螺旋槳來達成同樣的目的。
和電動馬達一樣，發電機也有許多不同的尺寸，小的被用在腳踏車燈， 大至發電廠用來發電的大型發電機。發電廠的發電機功率極高，可以將99％的機械能轉換成電能。（可是發電廠發電機的高功率不應和所有發電廠的平均功率33%混為一談。）
現在，比較一下你所列的兩張清單。你應該注意到幾乎所有的發電廠都用發電機來發電，然後大部分電力都用於推動電動馬達。實際上，這兩張清單所列出的就是今日電力系統的主要部分，發電機和電動馬達─兩個簡單而多功能的設備，其實是彼此的翻版，使得這個系統得以運作。
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| 教學流程 |
引起動機：
1.將學生分組，每組兩到三個人，發給每組一支手電筒。指導學生打開手電筒、關上，及取出電池，和如何正確地將電池安置回原處。
2.請學生舉出運用馬達的例子。他們可能會提出抽水馬達、割草機、船舷馬達、吹風機、電鋸、汽車引擎等。請學生列出所有他們知道的馬達，並將他們的答案記錄在黑板上。如果他們沒有列出電動馬達，給他們看一個使用電動機的日常用品，譬如攪拌機。
3.向學生說明馬達的定義：一個將其它形式的能量轉換為機械能的設備。請學生看一遍列在黑板上的物品，並說出該馬達是將何種形式的能量轉換為機械能。例如，在「汽車引擎」那一項，能量轉換型式就是「化學能→機械能」。將黑板上所有不符合馬達定義的物品擦掉。
4.告知學生他們將要研究電動馬達，一種把電能轉換為機械能的設備。幫助學生瞭解他們家中許多用品都是依靠電動機運轉的。請他們辨識出黑板上的清單中有哪些是使用電動馬達。學生可以在清單上加入其它物品，或者也可以選擇列出一個目錄，標明家中哪裡有使用馬達，然後第二天再把這張目錄帶來課堂上（見家戶使用電動機的設備和用品清單）。
進行步驟：
1.將全班每兩人分成一組，發給每一組一份拆卸式馬達複本和上面的材料。指導他們依照手冊上的敘述來製作馬達，並加以示範。
註：這個模型使用的材料很簡單，學生需仔細遵照說明來製作馬達。剛開始的時候馬達可能不會運轉。鼓勵學生調整零件繼續嘗試。這項活動讓學生一起製作能夠運作的馬達，可以促進合作學習。科學用品公司經常會有耐用的配套元件。
2.討論這個拆卸式馬達是如何運作的。你可以在討論過程中發給學生們拆卸式馬達如何運作的複本做為參考。問學生運轉他們馬達的電力是從哪裡來（電池）。你可以出示一個小型馬達當作範例，將它和電池或電源連結，亦可單純給全班傳閱，請他們把自己建造的馬達和它比較。
3.參照「引起動機」中所列的電氣用品清單，問學生用來運轉這些馬達的電力來自哪裡。
4.出示學生電力為我們的社區貢獻卓著！影本。請他們指出發電機在這張圖的哪裡。
5.說明發電機的功能是將機械能轉換為電能，並解釋什麼是渦輪機。請學生閱讀一下電力為我們的社區貢獻卓著！，看看他們是不是可以辨認出轉動渦輪機和發電機的物質（蒸汽、水、風）。問他們知不知道液體中的能量來自何處。
註：你可以展示一台小型發電機作為範例，並示範它如何將機械能轉換為電能。譬如自行車的頭燈是連接到車輪上的小型發電機方可運轉。
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| 結語： |
問學生一台發電機產生的電力是否能夠運轉一部電動馬達，參考電力為我們的社區貢獻卓著！向學生解釋發電機所產生的電力如何被傳送到家中和學校需馬達運轉的設備。
向學生指出發電機的製作方式和馬達一樣，而且馬達可以當作發電機來使用，反之亦然。請學生說明他們組裝的馬達如何當成發電機來操作（見拆卸式馬達如何運作）。 |
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| 評量 |
形成性：
•學生能夠列出家中使用的電器中哪些有電動馬達嗎？
•學生建造拆卸式馬達的成功率為何？
•學生是否能夠辨別出使馬達運作的電力來自何處？
•學生是否能夠說明發電機的用途以及它們在電力生產上所扮演的角色？
•就建造方式以及轉換能量這兩方面，學生是否能夠敘述馬達和發電機的相似之處？
總結性：
•請學生為自己的家或學校畫出自己的電力為我們的社區貢獻卓著！一圖，圖中必需包括能源種類、發電廠，以及家中或學校的電力設備（選擇若干使用馬達的設備即可）。
•請孩子改善或加強他們所設計的馬達，讓它能夠運作得更有效率
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