國科會-能源科學體驗營

【活動手冊】

第 小隊

科學家 的實驗手冊

主辦單位:國科會科學教育發展處

承辦單位:樹德科技大學電腦與通訊系

協辦單位:遠哲科學教育基金會

1. 7/6(星期二)--7/7(星期三)鹽埔鄉振興國小

2. 7/8(星期四)--7/9(星期五)美濃中壇國小

3. 7/12(星期一)--7/13(星期二)美濃東門國小

4. 7/15(星期四)--7/16(星期五)六龜鄉荖濃國小

5. 7/20(星期二)--7/21(星期三)內門鄉金竹國小

『能源科學體驗營』活動行程

日期 時間 內 容 活動地點

09:00︱

09:10報到集合 教室

09:10︱

09:30小組時間（團康活動） 教室

09:30︱

09:40開幕式 教室

09:40︱

10:30科學示範表演(團體教學) 教室

10:30︱

10:40休息一下 教室

10:40︱

12:00致命的吸引力及磁力賽車 教室

12:00︱

13:00

肚子咕咕！吃飯囉！午睡時間

教室

13:00︱

14:50就是那道光 教室

14:50︱

15:00休息一下 教室

15:00︱

16:00消失的密室 教室

第一天

16:00 滿載而歸

日期 時間 內 容 活動地點

09:00︱

09:10集合 教室

09:10︱

10:30怪獸電力公司 教室

10:30︱

10:40休息時間 教室

10:40︱

12:00

太陽能發電風力發電

教室

12:00︱

13:00

肚子咕咕！吃飯囉！午睡時間

教室

13:00︱

14:50水力發電 教室

14:50︱

15:00休息時間

15:00︱

15:50學以致用—科學闖關競賽 戶外

15:50︱

16:00頒獎及結業式 教室

第二天

16:00 滿載而歸

A. 計劃主題與目標

計劃目的：

1. 響應國科會科教處落實大眾科學教育計畫，研發科學創意活動題材。期能針對

低社經家庭者、新移民者及偏遠地區的學童(尤其是此次 88 水災受災戶之子

女)，提供科學學習之機會，縮短族群學習落差，讓科學教育的種子在偏遠地區

播種開花。

2. 增進兒童對科學活動的興趣，激發兒童科學創造力，提昇學童對科學的正向態

度。並收集所有回饋資料，共同檢討與修正，最後推出激發創意潛能的科學活

動。

3. 舉辦能源科學體驗營，讓學生透過專業設計的科學實作認識能源的科學面貌並

了解能源科技發展與環境的關係，進而增加大眾了解我國產、官、學、研各界

推動科學發展所扮演的角色與成效。

4. 此次 88 水災，重創高屏地區，其中我們曾到過的荖濃國小災情慘重，在本次申

請的計畫中，我們特別將重心放在本次的重災區，包含：高雄縣六龜鄉、甲仙

鄉、旗山、美濃及屏東縣等，希望學童們不要因為天災的影響而喪失學習的動

力。

B . 計畫設計

活動名稱：能源科學體驗營

參加對象及人數：

每一梯次為 40 人，每年 5 梯次 200 人，以高屏偏遠地區國小之中高年級學生為主。

若報名人數超出此數，則以低社經家庭或新移民者子女為優先。費用全免！

能源科學體驗營的設計方式主要在於讓學員於具體操作的學習情境下，除了認

識電磁的基礎觀念、科學發展的本質外，還能觸摸科學發現與社會發展之間的微妙

關聯。選定的動手作實驗單元為：

1. 科學示範表演

科學示範表演以電磁學為題，系列性的展示靜電產生器原理及現象、起電盤原

理及現象、氣體放電、高壓電的應用、錄音機磁記錄、強力磁鐵與普通磁鐵之差異、

渦電流示範、電磁交互作用、電磁波的傳遞、高頻電漿球等電磁學上引人入勝的實

驗。此課程作為整個營隊的開場，可以有效的引起小朋友的好奇心，使接下來的相

關課程順利推動。

2. 靜電

此一單元主要在介紹電荷的特性以及靜電產生的方法。學員可藉由摩擦起電的

過程認識正、負電荷異性相吸的自然法則。接著利用驗電瓶的製作瞭解靜電大小的

測量方式、同性相斥的現象，並透過老師的講解明白“感應起電”和“接觸起電”的差

異。

3. 靜磁

本單元以製作指南針的過程介紹靜磁的物理。首先透過兩塊磁鐵同極互相排

斥，異極互相吸引的現象，說明磁性與電性的異同之處。接著帶領小朋友認識地球

的南北極與指南針的用途。最後以磁化的方式實際製作一個簡易型的指南針，過程

中老師簡單說明磁性產生的物理機制。

4.磁的交互作用

此實驗讓學童們了解磁鐵的應用，同極互斥、異極相吸的特性，藉由實驗的過

程，讓學童利用同極互斥的特性去推動車子，並討論磁力大小、磁鐵距離，對車子

移動的影響。從活動中，可以使學生從自己動手操作和觀察中更深入了解磁力的特

性，進一步可說明先進的磁浮列車相關觀念。

5. 電流磁效應

本單元主要在介紹電生磁的物理現象，讓學生了解電磁鐵的特性和功能，藉由

實驗的過程，讓學生去試驗電流方向、電流大小及纏繞漆包線的圈數對磁力的影響。

活動中，以不同材料插入線圈中對磁力大小的影響可以使學生從自己動手操作和觀

察中，了解電磁鐵的功能及特性。

6. 電磁交互作用與發電

日常生活中，馬達的應用非常普遍，小至玩具車，大至高速火車都採用馬達。

在本課程中，我們利用日常生活中隨手可得的材料，設計組合一個簡易的半轉式馬

達，讓學童了解馬達基本的原理及構造。此外，藉由精巧的轉動現象，也可讓學員

進一步的瞭解電磁交互作用的過程。

7. 法拉第定律

此實驗我們將自行製造一個手搖式 LED 手電筒，並且透過實驗過程了解磁生

電的效應。過程中，小朋友需自行製作一個 700 圈的感應線圈，此步驟可培養獨立

與細心的科學態度。而新式強力磁鐵的各種應用也可增加學員的好奇心。

8. 太陽能發電

本課程以太陽能為題，透過使用太陽電池(solar cell)的方式，以深入淺出地認

識太陽電池科技和其應用的基本知識和關鍵技術，同時，可深入了解太陽電池的工

作原理、優缺點、應用發展所面臨的瓶頸和其重要性進而對此能源科技領域產生高

度的興趣和認同。

9. 水力發電

台灣雨量充沛，河川坡地陡峻，水力資源豐富，本課程教導學生利用天然水流

為資源，認識水力發電的工作原理及優缺點。課程中，小朋友可利用一直流馬達搭

配位能轉換成動能的物理觀念，透過水流的力量驅動發電機換取電能。能量的展示

及結構的設計為本教案需要進一步開發的地方。預期此教案可帶動小朋友進一步認

識台灣的自然資源。

10. 風力發電

人類很早以前就懂得利用風力在日常生活上，如使用風車來取水、灌溉、磨麥、

木材加工等各種費力的工作。在此課程的設計上，我們將以小型風力發電機為製作

對象，利用產生的電力驅動 LED，讓小朋友瞭解風力發電的結構。進一步，小學員

們亦可以認知到風力不穩定，風力和風向改變時，能量無法集中等問題，啟發學員

研究科學的企圖心。

11. 熱能發電

在熱能發電的課程裡，我們將讓學員體驗溫差發電的物理現象以及太陽熱能發

電的可能性。其中，。溫差發電亦稱熱電轉換，熱電轉換原理為當一塊 N 型半導體

材料和一塊 P 型半導體材料聯成電偶對(溫差發電組件)時，在這個電路中若有溫度

的差異，則根據熱平衡理論，高溫面(熱庫)之熱量將流向低溫面(冷庫)，此時 N 型

半導體中的電子載子與 P 型半導體中的電洞載子將扮演傳遞熱量的角色，如此一來

便產生電流，達到溫差發電的效果。至於太陽熱能發電則是建構在最新型的高效率

太陽熱能發電機的系統之上，以蒸汽或其他吸熱流體的方式驅動發電機。此課程的

設計概念是希望透過熱能發電的方式，讓小朋友同時接觸不同的物理機制所完成的

能量轉換，希望培養舉一反三的創造力，避免死讀書的狀況發生。

12. 學以致用—科學闖關競賽

在一般的營隊當中，大地遊戲可以促進學員的感情以及團隊合作的精神，故多

會安排在營隊的課程中。本課程的設計除了具備上述的目的之外，我們也希望小朋

友在動手玩科學的同時，也能夠將科學融入遊戲競賽當中，使科學不再是教室內的

專屬品，而是發揮創意之後的日常生活。相信透過此一活動，學員將會對科學有更

大的興趣。

圖一 能源科學體驗營課程簡圖

【目的與原理】

1. 了解靜電是如何產生之後，那靜電的大小如何去得知呢 ?

2. 本實驗在於比較物體〝感應起電〞和〝接觸起電〞，兩種現象。

3. 驗電瓶中鋁箔的張開角度大小，跟什麼東西有關係呢 ?

【實驗材料】

1. 透明杯子

2. 鐵絲

3. 鋁箔紙

4. 鐵釘

【實驗步驟】

1. 剪兩張寬一公分長五公分的長條鋁箔紙，在將鐵釘朝透明杯底部穿個洞。

圖一 剪成類似這樣的大小 圖二 洞不用太大足夠讓鐵絲經過就可

致命吸引力-驗電瓶製作

2. 把鐵絲拉直一端呈勾狀，將剪好的鋁箔紙套在成勾狀的鐵絲上。

圖三 把鋁箔套在鐵線時注意，不要太大力

3. 將套好的鐵絲，穿過杯子在適當的高度固定住，這樣就完成簡易驗電瓶。

圖四 驗電瓶完成圖

4. 觀察簡易驗電瓶靠近可能帶電物體時有何現象發生，將摩擦過的氣球接

觸驗電瓶檢查帶電情形。

【問與答】

1. 觀察驗電瓶的瓶中的鋁箔，當不帶電的物體靠近時，鋁箔有何變化?

□張開很大的角度。 □ 張開小小的角度。 □ 沒有動靜。

2. 觀察驗電瓶的瓶中的鋁箔，如果是帶靜電的物質靠近時，鋁箔有何變化?

□ 張開角度。 □ 閉合角度。 □ 沒有動靜。

3. 比一比下列哪種情況，驗電瓶打開的角度較大?

□ 摩擦氣球 10 秒後，接近驗電瓶。

□ 摩擦氣球 30 秒後，接近驗電瓶。

□ 摩擦氣球 60 秒後，接近驗電瓶。

【目的與原理】

1. 了解如何測量靜電的大小後，你知道靜電有正極跟負極之分嗎?

2. 靜電的同極會互相排斥，異極會吸引，想想看生活上有沒有相同原理的

東西？

3. 利用這個原理來製作有趣的靜電玩具。

【實驗材料】

1. 長型氣球

2. 布料

3. 尼龍繩

【實驗步驟】

1. 將尼龍繩一端打個小結，在把多餘的部分剪下來，減少水母的重量。

圖一 將尼龍繩打結 圖二 剪下多餘的部份

致命吸引力-靜電水母

2. 把另一頭的尼龍繩撕成絲狀的線，這樣可以增加水母的帶電量和浮力。

圖三 撕成絲狀的尼龍繩線

3. 將布料在尼龍繩身上往同一個方向摩擦，氣球也一樣要摩擦。

4. 隨後抓住摩擦好的尼龍繩往空中拋去，再將氣球控制在下方，穩定水母

的漂浮。

圖四 氣球控制漂浮在空中的水母

【問與答】

1.為什麼尼龍繩會漂浮在空中，而不會掉在地面上？

□ 本來就會漂浮在空氣中。

□ 因為汽球帶的電性和尼龍繩是一樣的，所以排斥力讓水母漂浮在空

中。

□ 空氣中帶有磁性，讓它漂浮在空氣中。

2.如果想讓水母在空氣中飄浮久一點，你要怎麼做呢？

□ 把磁鐵綁在氣球上。

□ 把磁鐵綁在水母上。

□ 用布料摩擦氣球和水母久一點。

3.假如沒有尼龍繩，要拿什麼東西來代替水母？

□ 擦眼鏡的布。 □ 衛生紙。 □ 免洗筷的塑

【實驗目的】

越來越多人在使用光纖網路，相信電視上也常常能聽到光纖與 LED，

究竟什麼是光纖? 什麼是 LED 呢?光纖是可以利用光來傳遞訊息最重要的

材料；LED 是通訊及照明的當紅炸子雞。在這次的實驗中，我們要來教導

小朋友光纖以及 LED 的原理，讓小朋友實際動手做實驗，了解 LED、光的

三原色與光纖的特性。

【實驗材料】

1.光纖條

2.吸管

3.LED 燈

4.瓦楞紙

5.膠帶

6.保麗龍膠

7.剪刀

8.圖釘

9.象皮筋

10.色紙

11.釘書機

就是那道光

【實驗步驟】

1.首先我們準備好所有的材料，如圖(一)的內容。一開始我們先將色紙黏貼

在瓦楞紙上面，如圖(二)。

圖(一) 圖(二)

2.再來我們利用圖釘在紙上鑽洞，注意要由後往前鑽，這樣後面比較好穿光

纖，如圖(三)，接下來將光纖條塞在鑽好的洞裡，並且用保麗龍膠將洞口

封住，如圖(四)。

圖(三) 圖(四)

3 .等到保麗龍膠乾了後，我們將光纖整理好，並用橡皮筋綁好，並在綁好處

塞入吸管，再用膠帶固定如圖(五) 。圖(六)。

圖(五) 圖(六)

4.接下來我們將 LED 裝在光纖另一頭，並且用膠帶固定好，如圖(七) 。接

下來準備好剪好的瓦楞紙條，如圖(八)。

圖(七) 圖(八)

5.將一切都固定好後，我們將瓦楞紙條用釘書機固定住如，圖(九)。完成圖，

如圖(十)。

圖(九) 圖(十)

【問與答】

1.光纖是利用什麼原理讓光前進？

□發射 □全反射 □亂射 □透射

2.如果將光纖輕輕折一下，所折的部份會發生什麼反應？

□壞掉 □溶化 □會有光透出

3.光的三原色是哪三種？

□紅黃藍 □紅綠藍 □黃白藍

4.LED 有什麼特性，可複選?

□LED較便宜 □LED較貴 □LED較省電 □LED較耗電

□LED較熱 □LED體積較小 □LED壽命較長

□LED較無污染

【實驗目的】

本單元以製作黑貓變白貓的過程介紹全反射原理。首先

將一張畫黑貓的紙張放進塑膠袋內，接著在塑膠袋上畫一隻

白貓，再放入水中。當光線由袋中空氣進入水中時產生折射，空氣的折射率

為 1，水的折射率為 1.33，因此當光線由塑膠袋中的空氣介質進入水中時光

線會偏轉，這樣的結果會造成光線抵達水面時入射角大於臨界角(49 度)，產

生全反射。所以從水面向下看，只看到塑膠袋上未著色的白貓，看不到卡片

上的黑貓，感覺似乎黑貓變成了白貓。

【實驗材料】

1.白紙。

2.密封袋。

3.奇異筆。

消失的密室

【實驗步驟】

1.首先，將準備好的白紙畫上喜歡的圖案，並將圖案填滿顏色。

圖一. 畫上你喜歡的圖案唷!!

2. 把圖案的邊框描繪出來

圖二.將白貓畫出來。

3. 再將白紙放入密封袋內

圖三.將白貓跟黑貓合體。

4.完成圖案後，將密封袋放入水中，原本的圖案就消失不見囉!

圖四.黑貓不見了，被剃毛囉!變成白貓了。

【問與答】

1. 是什麼原因造成黑貓消失的呢?

□反射 □全反射 □散射

2. 鑽石為何會看起來璀璨奪目，有亮晶晶的感覺?

□擦油 □打蠟 □折射

3. 筷子在水中發生斷掉的情形是因為什麼呢？

□反射 □散射 □折射

【實驗目的】

天空中劃過一道閃電，突然間停電了...，眼前一片漆黑伸手不見五指，

此時就是手電筒出場的時刻到了。利用此次實驗我們將自行製造一個手搖式

LED 手電筒，並且透過實驗過程了解磁生電的效應。

【實驗材料】

1. LED 一顆

2. 珍珠吸管

3. 漆包線

4. 強力磁鐵

5. 保麗龍球

6. 砂紙

【實驗步驟】

1. 首先我們先於珍珠吸管中間預留 2.5~3 公分範圍，用雙面膠帶使吸管有粘

性，再利用雙面膠帶將此範圍間隔出來。

怪獸電力公司

圖一 中間與兩側部份之雙面膠用法

2. 將漆包線均勻纏繞於預留範圍上，纏繞愈多圈，LED 燈會愈亮唷！但在

纏繞前及纏繞後均須預留 7~10 公分長的漆包線，利用細砂紙將預留漆包

線兩端的漆磨掉。

圖二 纏繞前預留 7~10 公分 圖三 纏完後用膠帶貼好

漆包線就不會鬆動

3. 將預留漆包線兩端分別纏繞於 LED 二隻腳上，並用膠帶固定於吸管上。

圖四 LED 腳用膠帶固定於吸管上

4.完成後，將強力磁鐵放入珍珠吸管內，並利用保麗龍球將吸管兩端封住，

使強力磁鐵不會掉出。接著左右晃動吸管並觀察 LED 發生了什麼反應！

圖五 LED 手電筒完成

【問與答】

1. 為什麼要將漆包線兩端的漆磨掉？

□可以導電 □不能導電 □為了美觀 □多餘的動作

2. 同時接上數顆同顏色 LED 會發生什麼事？

□只亮一顆 □兩顆一起亮 □兩顆都不亮

3. 反之如果接上數顆不同顏色 LED 又會發生什麼事呢？

□只亮一顆 □兩顆一起亮 □兩顆都不亮

4. 纏繞的線圈多或少會影響 LED 亮度嗎？

□會 □不會 □根本沒影響

【實驗目的】

太陽除了能照亮地球，還可以用來發電，那到底是怎麼發電的？日常生

活中有哪些是用太陽來進行發電？透過實驗可以讓小朋友在玩樂中學習，了

解太陽能電池的用途和原理。

【實驗原理】

太陽能電池與一般電池最大的差異是太陽光是源源不絕的，只要陽光照

射到的地方就可以產生太陽能發電，是一種環保又乾淨的永久能源。當陽光

照射在太陽能電池上，電子的移動會產生電流，如圖一，將這些電流連接到

外部或者儲存起來，就可以驅動我們的太陽能車。

【實驗材料】

1. 太陽能發電模組

2. 實驗說明書

3. 透明塑膠碗

【實驗步驟】

1. 首先會發給每個人實驗材料包，如圖二，打開後(如圖三)根據實驗說

太陽能發電

圖一太陽能發電的原理

明書確認零件是否齊全，結束時也要依照說明書再做一次確認。

圖二 實驗材料包 圖三依照說明書上確認材料

2. 確認完就可以開始組裝，組裝時動作要放輕，避免損壞零件，並且要按

照說明書每個細節的步驟執行，才可以順利完成太陽能車。

3. 在組裝過程如果遇到零件組裝錯位子要拆卸時，正確拆卸方法如圖四，

拿起黃色板手，使用口徑較小的那一端，利用槓桿原理輕輕往上扳開即

可輕鬆完成拆卸；如果條狀或方塊狀零件拆開不易時，正確拆卸方法如

圖五，使用口徑較大的那一端，利用槓桿原理輕輕往上扳開即可輕鬆完

成拆卸。課程結束後要拆卸所有零件時也是用同樣方法，切勿用蠻力拆

卸。

4. 完成組裝後(如圖七)，確認太陽能板的正極與負極是否正確連接到馬達的

正極與負極(如圖六)，如果正、負極裝反時，太陽能車不會前進，而是會

往後退的唷！

圖四 口徑較小端正確拆卸方法 圖五 口徑較大端正確拆卸方法

圖六 正、負極正確接法 圖七 太陽能動力車完成圖

【問與答】

1. 太陽能板發電原理為何？

□ 電能轉換為光能 □ 光能轉換為電能

□ 熱能轉換為電能 □ 電能轉換為熱能

2. 為什麼日光燈不能讓太陽能車動呢？

□ 太陽能車只能使用太陽光

□ 缺乏紅外線

□ 日光燈波長較短

□ 日光燈強度不足

【實驗目的】

什麼是風？風的產生是由於太陽將地表的空氣加溫，空氣受熱膨脹變輕

而往上升，熱空氣上升後，低溫的重空氣就從四周橫向流入，因而形成空氣

的流動，這就是風。風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透

過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。風力發電設置地點須風性

良好且不受遮擋，一般常設於田埂、河堤、防風林、山脊等，海邊因不受阻

檔亦為極佳之設置場所。

【實驗材料】

1. 小型風力發電組

風力發電

【實驗步驟】

1. 一開始準備好所有材料，如圖一。

圖一

2. 將葉片與發電機部份組合起來，如圖二。再將支撐架與發電機組合，

如圖三。

圖二 圖三

3. 用嘴巴吹動葉片使 LED 燈發亮如，如圖四。

圖四

【問與答】

1. 風力發電最好在什麼地方最好？

□ 家裡 □ 教室 □ 不受阻擋的空曠處

2. 風力發電是將風能轉變成什麼能？

□ 太陽能 □ 核能 □ 機械能

【實驗目的】

常常在電視上聽到水力發電，到底水要怎麼發電呢？這次透過我們的實

驗模組帶領小朋友了解水力發電的原理，知道大自然中許多的能源其實可以

被人類利用，也讓小朋友加深環保概念。

【實驗原理】

通常水力發電都是建築在需要水位落差很大的地方，像水庫、瀑布…

等，利用高度越高水落下的力量越強，去推動在底部的水輪機器使他轉動來

產生電力，如圖一。

我們的實驗是用打氣筒將空氣打入保特瓶來代替水落差的動力使 LED

發亮，打入的空氣越多壓力越大，讓帶著空氣壓力的水使馬達轉動，進而產

生電力。

【實驗材料】

1. 水力發電模組

2. 實驗說明書

3. 透明塑膠碗

水力發電

圖一 水力的運用

【實驗步驟】

1. 首先會發給每個人實驗材料包，如圖二，打開後(如圖三)根據實驗說

明書確認零件是否齊全，結束時也要依照說明書再做一次確認。

圖二 實驗材料包 圖三 依照說明書上確認材料

2.確認完就可以開始組裝，組裝時要注意安全，每個細節要按照說明書的步

驟執行，圖四為單向開關，要確認粗細水管是否安裝正確，並將儲水桶裝

至一半的水量，如圖五。

3.組裝完成後利用打氣筒將空氣打入空氣瓶裡，打氣時將握桿拉至最滿，如

圖六，讓水注滿管內再施力將水打入保特瓶內，直到把儲水桶裡的水全部

打入空氣瓶（圖七），接著繼續打氣讓空氣瓶壓力增加，直到飽滿後停止（約

40～50 次），飽滿後請勿再繼續打氣以免發生水管因壓力太大而爆裂。

圖四 單向開關 圖五 裝一半水的儲水桶

圖六 拉滿讓水充滿打氣筒 圖七 繼續施打空氣使之飽滿

4. 完成後確認 LED 是否有裝反如圖八，之後將單向開關打開完成水力發電

實驗如圖九。

圖八 LED 接腳示意圖 圖九 水力發電完成圖

【問與答】

1. 為什麼不能將空氣瓶打滿水？

□ 因為水太重

□ 因為一半要加入空氣

□ 因為水流的太慢

2. 為什麼組裝完成時，打開開關 LED 不會亮

□ 接腳腳位接反 □ 沒有插電 □ 水的衝力太大

3. 水力發電的原理是?

□ 讓水和水輪機距離越近產生的電力越大。

□ 讓水和水輪機的水位落差大，電力越多。

□ 讓水輪機越大產生的電力越多。

4. 如果只將水打入瓶中或只將空氣打入瓶中，這樣機器還會有動作嗎？

□ 不會，打入空氣並不能使機器轉動。

□ 不會，打入水使機器更不能轉動。

□ 會，不過轉動緩慢且很快就停止。