【科展解析】「秤」「新」如意！？--自製磁鐵秤

 

彈簧秤是應用彈簧的伸長量與所受力量大小成正比的關係設計的。在我們上課實驗過程中，我們發現用力越大，就能將兩個相斥的磁鐵壓得越靠近，於是我們就試著實驗、探討能否依照彈簧秤設計的原理，應用磁鐵的相斥力，製作出也能秤重的磁鐵秤。

 

【X博士摘要說明】

1. 探討磁鐵相距距離與磁鐵相斥力的關係。


2. 設計自製一個磁鐵秤，實測與探討其應用於量測物品重量的可行性。

 

第 50 屆國小生活應用科作品

題目：「秤」「新」如意！？--自製磁鐵秤

作者：桃園縣平鎮市平興國民小學的同學們

 

【摘要(原文)】

本研究實驗利用磁鐵的相斥力，產生磁鐵懸浮的狀態，利用施加重量於上端磁鐵，使上端磁鐵懸浮高度下降的原理，設計組裝可量測物品重量的磁鐵秤。在實際設計組裝的過程中，選擇環形磁鐵及圓形玻璃棒克服無法讓磁鐵維持懸浮狀態的問題；以上端 1 個磁鐵下端 6 個磁鐵的配置，製作 4 個相斥磁鐵組並確認其相斥力相同，以組成自製磁鐵秤；利用砝碼組量測重力大小與本磁鐵秤磁鐵懸浮高度差的關係，發現重力大小與磁鐵懸浮高度差並不是成正比例的關係。

 

【X博士步驟說明】

●量測磁鐵懸浮高度

   

實驗結果比較，下端磁鐵個數增加，磁鐵懸浮高度會相對增加（相斥力變大），但下端磁鐵增加到6個以上時，上端磁鐵懸浮高度就看不出有增加之情形。 對於這個現象，我們討論後的解釋是因為磁鐵數不斷增多，越底層的磁鐵的磁力範圍就影響不到上端磁鐵了，所以決定相斥磁鐵組上端置放1個磁鐵，下端置放6個磁鐵。

 

●量測砝碼重量與磁鐵懸浮高度差

   

磁鐵秤載台放置的砝碼越重，懸浮高度差越大。磁鐵秤重量與懸浮高度差的關係，不像彈簧秤般彈簧的伸長量與所受力量大小成正比例的線性關係。

 

●自製磁鐵秤實測

   

本磁鐵秤操作上要避免磁鐵性能被破壞。

 

數據分析與結論

因為重量的大小與降低磁鐵懸浮的高度差，並不是呈現正比例的關係，所以我們無法用數學比例的概念去推算不同重量該有多少懸浮高度差，這點跟彈簧比起來，磁鐵相斥力比較不適合應用來做磅秤。但從折線圖看來呈現穩定的趨向，只是目前我們的數學能力不能精確解釋它的關係。也就是說距離與磁鐵相斥力是有規律性的關係。

 

以下是評審給的評語

   

 

【X博士評語】

自製的磁鐵秤確實能量到物體的重量，不過因為磁鐵的性能，如果量測過重的物品，誤差就會增加，磁鐵的磁力也是考慮的因素之一，如果能加以改良，利用電腦算出正確的懸浮高度差，並將數字顯示在螢幕中，就如真正的電子秤一樣了!