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摘要：
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。
 
年級程度： 
五年級∼八年級
 
領域： 
科學(物理)
 
場地： 
教室 
 
時間： 
準備時間：50分鐘
活動時間：兩堂50分鐘的課程
 
關鍵字彙： 
電池、閉合式線路、變電器、電路、電流、電力、 電子、開放式線路、並聯、電阻、串聯、開關
 
主要概念領域： 
•電路系統之中能量的流通
•能源開發
 
準備事項：
本次活動中大多數的材料均可從五金行、電器用品店或者科學器材供應商取得。請學生們準備手電筒。將電線剪成每一條20 公分的長度。如果你們使用的的電線外面有一層塑膠或者漆包線覆著，將電線兩端約四公分的外皮去除，露出兩端各約四公分長的電線本身。 注意─有一種漆包線很容易被誤認為是裸露的銅線。包覆在這種電線上的 漆(就像其它種電線上的塑膠外皮)是絕緣體，必須將電線兩端的漆刮去或者磨掉，才能用來導電。 測試電燈泡和電池以確保它們沒壞。
 
 
學習目標
學生能夠
•了解電路的定義
•搭設線路
•分辨並聯和串聯

基本原理：
經由學習電路，學生們了解到人類如何利用技術來更
充份地使用能量。
 
準備教材

•將學生手冊的以下幾頁複印幾份或者做成投影幻燈片：
-12個E電子方塊
（下列資料同為「串聯與並聯圖示及問題」的附件）
-串聯圖示(選用)
-並聯圖示
-哪幾個是有效的？
-哪幾個是並聯？
-有效電路填字遊戲15

以上請參閱串聯與併聯圖示及問題
•三塊寫著「我是電池」的牌子，供學生穿掛
•一塊寫著「我是燈泡」的牌子，供學生穿掛
•一條4公尺長的繩子

每一組都需要具備以下幾項：
•一個手電筒
•至少一顆電池(最好是充電電池)
•至少兩顆燈泡或者手電筒燈泡
•四條塑膠外皮電線或者漆包線(見準備事項) 註：可用耶誕樹燈飾取代
•兩個燈泡座或者插座(選用)
•至少一個電池座；見學生手冊的製作電池座)(選用)
 
背景說明
如果每次你家裡有一顆燈泡壞掉了，所有其它的燈泡 也就跟著不亮，你的日子會變得多麼難過？想像一下你滿屋子跑來跑去，就是為了找出哪一顆燈泡是罪魁禍首！但為什麼這種事情從來沒發生過呢？

你家裡的線路鋪設方式是讓每一顆燈泡都有自己獨立的電流通路。電流的簡單定義就是流動的電子。由電池、發電機、或者類似的電源提供的能量使得電子能夠流動(見電池的構造)。只有在有一條從源頭的一端出發，再接回源頭的完整迴路路存在時，電子才會流動。這個完整的迴路叫做閉合式線路。

電子經由能夠傳導它們的物質(例如銅線)來流動。電子流通的數量(電流的大小)是依據電源的強度(伏特)和線路中的電阻來決定。任何會減慢或者阻礙電子流動的東西都叫做電阻。電子在某些材質之中流動得比較順暢，在一些其它的材質中則比較不順。電子不會在開放式線路中流動，因此沒有電流。如果開關被打開，一條電線斷了、或者連接的線路是用絕緣體做的(例如用一條繩子，而不是用電線來連接)，這就叫做開放式線路。

閉合式線路的基本構造包括一個電源、導電的路線(例如電線)、還有一個能夠把電力轉變成光、熱、或者動能的轉換裝置─例如一盞燈、暖氣、或者馬達。

電源(例如電池)提供線路所需的能量。電源就像一個把水汲往高處，再讓水經由水管系統運送到各地的幫浦。在線路完整並且連接著電源的情況下，能量的轉換過程會一直持續不斷地進行。電子在線路中流動，離開電源的電子和返回電源的電子都維持在相同的數量。然而，在流動的過程中，有些能量會被線路中的電阻消耗掉，或者被轉換裝置轉變成另外一種形式的能量。被轉換的能量會從線路之中消失(通常會轉變成散出的熱氣)。兩個閉合式線路的簡單例子就是串聯和並聯。在串聯線路中，所有的組成構造都連成一條線(見串聯圖示)，因此電流一定要通過線路中的每一個部份。電阻在線路之中是遞增的。燈泡，尤其是燈絲的部份，會在線路中增加電阻。一個線路中有越多的燈泡，其中的電阻就會越強。

在並聯線路中，有幾條線路同時並存，而電流則依照每條線路中的電阻來分配(見並聯圖示)。電流會「通過電阻最小的線路」。我們可以很清楚的看出來，在串聯線路中，有一個組成部分若失去作用(譬如一顆燈泡壞掉，而造成了一個開放式線路)，它所導致的問題會比在並聯線路之中大得多。在我們的家裡，線路的鋪設都是並聯而不是串聯。要不然，我們會浪費掉很多的時間在尋找壞掉的燈泡上面。
 
教學流程
引起動機：
1.將學生們分組，每一組兩到三個人。發給每一組一個手電筒。指導學生們將手電筒打開、關上、取出電池以及正確地將電池安置回原處。

2.請學生仔細觀察手電筒的外觀和內部，並記下他們所見的一切。如果可以的話，請學生們將燈泡取下。如果不行，拿出一顆燈泡供學生們觀看。注意：燈泡的有些部位是以玻璃製成，觸摸時應小心。

3.發給每一組一條電線，鼓勵學生們試著不用手電筒，看看能不能直接就讓燈泡亮起來。如果有人嘗試成功，和大家一起討論他是用什麼方法點亮燈泡的。學生們應該注意到在燈泡和電池兩端之間，有一條連續的金屬通路。

4.向學生們指出在這條線路中，不管是使用一顆或者兩顆電池，燈泡都可以亮。學生們可以改變燈泡、電線和電池的位置，看看還有沒有什麼其它的辦法讓燈泡亮起來。注意：燈泡亮了以後電池可能會變熱，學生們讓燈泡點亮的時間應該控制在15秒以內。

5.請學生們畫出至少一種能夠點亮燈泡的方式，顯示出電池、燈泡和電線的裝置 (見可以點亮燈泡的方式)。注意電線和電池各自是和燈泡的哪個部份接觸(燈泡周邊的金屬螺旋部份和燈泡底部都一定要接觸到金屬)。

請學生們指認出在亮著的燈泡、電池和電線之中出現了哪些型態的能量。他們應該注意到在電池裡儲存著化學能量，而燈泡裡有光和熱能。也可以讓學生認識到電能的存在。
進行步驟：
1.告知學生電能和電子的運動有關。簡單畫出一個原子的圖形，並告訴他們原子是構成所有物質的微小粒子。說明電子是原子中帶著負電的部份，而原子核則帶著一個正電。電子從一個原子移動到另一個原子的時候就會產生電。

2.給學生們看從E電子剪下的圖片。說明每一個「e」代表一個電子。請12位學生站到所有同學的面前。 •指派三位學生當電池，給他們「我是電池」的牌子，並請他們站成一排。因為電池裡面有帶著電子的原子，所以發給每位「電池」學生一個電子。
•另外一位同學當燈泡。因為燈泡裡也有帶著電子的原子，所以發給這位「燈泡」學生「我是燈泡」的牌子和一個電子。
•請剩下來的學生們當電線。因為電線有原子，所以發給每一位「電線」學生一個電子。請他們站成一排，一起握著一條繩子。

3.請這群學生調整他們的隊形，來示範燈泡、電線和電池要怎麼排列才能讓燈泡亮起來。

4.在學生們成功排好能讓燈泡亮起的隊形後，向全班解說像這樣的聯結形成的時候，電子就會從電池流出來。從沒有和燈泡連接那一端的電池學生開始，請學生沿著他們組成的隊形，將他們手中的電子一個一個傳下去─電池(負極)到電線，到燈泡、到電池(正極)(要更清楚地示範電池內部的能量流動，參閱更精確的狀況模擬)。向學生說明這種電子的流動方式就稱為閉合式線路。

5.請這12位同學回到他們各自原本的小組裡。再發給每一組額外的電線(每一組至少要有四條)和一顆燈泡。註：另一種方法是發給每組幾段耶誕樹燈飾。請每一組利用這幾條電線和一顆電池來點亮兩顆燈泡(兩顆燈泡都不能和電池直接接觸)。注意：電池有可能會變熱，不要讓燈泡點亮超過15秒。教師可以供應電池座給學生(見如何製作電池座）。

6.鼓勵學生們找出兩種不同的方式來點亮燈泡。

•串聯。見串聯圖示。請學生們畫出這種線路的圖示，並在其中追蹤電子的流動。問他們如果其中的一顆燈泡被拿開，會發生什麼事情。學生們也可以在串聯中多加幾顆燈泡，在看燈泡的亮度會起怎樣的變化。這個時候可以向學生介紹電阻這個名詞的意義。

•當每一顆燈泡都有自己的一組線路，這就叫做並聯。見並聯圖示。請學生們畫出這種線路的圖示，並在其中追蹤電子進出每顆燈泡的流動。現在，如果他們把其中一顆燈泡拿走，又會發生什麼事情呢？和串聯線路中的燈泡比起來，並聯線路中的燈泡亮度有什麼不同嗎？
 
結語：
問學生他們認為他們家裡的照明是使用串聯或者並聯線路。如果家用照明是串聯的話，可能會有怎樣的問題出現？問學生們他們每天是如何開啟和接通線路的。 討論打開電燈開關怎麼讓電流流通(將線路接通)，而將電燈開關關上是怎樣將線路開啟的。
 
評量
形成性：
•學生們能夠定義電流是什麼嗎？
•學生們有成功地點亮燈泡嗎？
•他們有能力建構串聯和並聯線路嗎？
•他們有正確地填好有效電路填字遊戲的每一個空格嗎？

總結性：
•發給學生們哪幾個是有效的？和哪幾個是並聯的影印本，請他們寫好裡面的練習。答案：1、5、6會發光；除了2號線路以外，其它都是並聯。
•請學生們利用鞋盒來設計一個家的模型。每個房間都要有自己的燈，而且打開或者關上其中一個房間的燈不會影響到其它房間的照明。學生可藉由鬆開燈泡來把燈關上。
 
延伸活動
請學生們研究一下有哪些物質可以通電，而哪些不能。指導他們製作一個簡單的 線路(一顆燈泡、一或兩條電線、一顆電池)。他們應該把其中一條電線剪成兩半。把各種物品放到被剪半的電線兩端中間作測試。哪幾樣物品是導電體(會接通 線路)，而哪幾樣是絕緣體(不能將線路接通)呢？學生們可以拿來測試的物品包括 塑膠和金屬湯匙、珠寶、棉線、鉛筆、原子筆、尺、紙張。
 
更精確的狀況模擬
為了更精準地模擬電子在電池內部的流動，請三位學生來代表電池。請其中一位同學當電池的「負極」，並交給他三個電子。另外一位學生當「正極」，而在開始的時候他並沒有任何電子。最後一位同學當電池裡的「化學物質」(電池就是從這裡對電力作反應的;見電池的構造)，開始的時候他也沒有電子。「正極」和「負極」同學中間應該相距2.5公尺。給學生們看電池上的「+」、「-」記號。當線路完成，電流出現，電子在線路之中傳遞， 往正極的方向移動(帶負電的電子會被正電吸引)。當「正極」同學取得了一個電子，他把電子交給「化學」同學，「化學」同學再跑去把電子交給「負 極」同學。「化學」同學在「正極」和「負極」同學中間跑來跑去代表著電池的化學反應，保持電池中的電荷互相分開(這就像幫浦持續地把水抽往高 處)。「負極」同學同時擁有一個以上的電子就代表了電池有辦法將電荷維持相互分離的狀態。
 
電池的構造
在我們看著一般手電筒電池的時候，我們並沒看到電池真正在作用的部位。我們看到的只是外皮而已。電池內部的構造最外層是鋅容器，裡面裝盛著黑色的黏稠物質，最中心是一條碳棒。簡單地說，電池就是一桶黏稠物質(二氧化錳、石墨、氯化銨和氯化鋅)，中間再插著一根棒子。這種普通的乾電池經由三種物質之間的化學反應來產生電力：

• 鋅(外圍的容器)
• 電解液─ 一團氯化銨和氯化鋅構成的糊狀物(位於容器和電池中心之間)
• 由二氧化錳和石墨粉調和而成的膏狀物(在電池中心，包覆著碳棒)

電池內部的化學物質會和金屬起化學反應(譬如鋅)，而造成更多的電子附著在金屬上。金屬部分成了電池內的負極，吸附著多出來的電子(位能)。在電池被連結到一個閉合式線路的時候，位於電池負極的電子被吸引到電池的正極，導致它們經由電線從電池的一端流動到電池的另一端。當電子抵達電池的正極時，電池內部的化學反應則持續地將電子移動到電池的負極。在電池內部的電子都經由碳棒移動，碳棒在電池裡扮演的角色是傳導體，而且不會和電池裡的化學物質起作用。

電池是可以被拆解的，但是過程會有些吃力。只有大人可以做拆解電池的示範。開始之前必須先帶上手套來保護雙手，以免被銳利的金屬割傷。用錐子將外皮以及電池兩端的金屬外層剝開。電池裡面的棒子是用碳做的， 小心不要把它弄斷了。在碳棒周圍狀似焦油的物質可以將之除去並捨棄。剩下的部份就是電池真正有在發揮作用的部位了。