Hello Motor！探索STEAM道路｜星岛教室
2023-06-01 12:15 
STEAM的课程规划正正就是要做到把各学科连结起来，透过课内外的结合，举办不同活动，提供机会让学生展示运用各科知识和技能，营造校园氛围，提升学生对STEAM学习的兴趣，并培养出学生在未来所需的态度和技能，达致终身学习。
今时今日电动车愈见普及，在车水马龙的路上俯拾皆是。未来是科技带动生活的世界，今天与大家谈谈汽车。最近在学校举办的STEAM WEEK中，本校任教科学科的容尚君老师与中三级学生一起在课后进行科学实验，让学生了解马达（motor）的原理。
单极马达 构造原理
一般电动马达为了使綫圈持续旋转，需要利用整流器改变綫圈中电流的方向。然而在1821年，英国物理学家法拉第设计了第一台单极马达，可持续旋转而不需要改变电流方向，因此被称为「单极马达」。
单极马达的构造十分简单，只需要一粒强力磁铁、AA电池和铜綫。首先，将强力磁铁置于AA电池底部，再将弯折好的铜綫放在电池上，铜綫就会旋转。它的原理与一般电动马达相同，都是利用「电磁感应」将电能转化做动能，根据右手定则，当电流通过铜綫时，铜綫周围会产生感应磁场，而强力磁铁本身的磁场与铜綫的感应磁场产生吸引与排斥，引致铜綫的旋转。如果将强力磁铁上下颠倒，铜綫的旋转方向亦会反转。
在高中物理科——电和磁的课题中，学生认识到电流和磁场之间的关系。透过单极马达的小实验，让学生探索如何利用綫圈检测磁场，了解电磁感应在日常生活中的各种应用。除了培养学生对学习科学的兴趣，亦希望学生能体会到科学知识对人类文明发展的重要性。
中国现代化的大motor
文科和理科所学的，不是完全割裂，殊途同归也是为了人类文明发展谋福祉。历史科和中国历史科课程亦对中国现代化和近代工业建设历程有所涉猎。科技的发展往往与国力直接挂鈎。新中国成立后，百废待兴、一穷二白，致力摆脱列强在各方面的控制，走出自己的路，中国现代化是一次艰辛的奋进过程。
在颐和园文昌院博物馆中，展示一辆有人说是慈禧太后坐过的车（上图），亦有人研究这辆汽车是否中国进口的第一辆汽车。无论如何，这辆来自西方的汽车见证了中国由帝王时代走向共和时代。毛主席在建国初年曾说中国未能自制汽车、飞机等。直至1956年，中国第一汽车制造厂——长春第一汽车制造厂，出产首辆国产汽车——解放牌汽车（下图），标志着新中国汽车工业的诞生，结束了我们不能批量制造汽车的历史。随后数年的奋斗，产出了跃进、长征、红旗和黄河等属于我们国家、我们人民、我们民族的汽车品牌。
气垫船运作方式
制作气垫船的原理可以按其结构，大致分为3个系统︰
1. 浮升系统：将空气吹入船底，运用气压令船只抬升
浮升系统可以由风扇和气室组成。风扇把空气吹入船只底部，气室把空气困住，形成高气压，从而产生升力支撑船只。当气压产生升力相当于气垫船的重量时，船只便会升起，空气经船底与行驶表面的空隙流出，形成气垫。这层气垫能减少船底与行驶表面的接触，减少摩擦力，故能提高行驶速率。
2. 推进系统：提供推动力令船只行驶
当风扇按特定方向转动时，它会施力于空气，把空气推向船的后方。根据作用力及反作用力原理，空气会把船只推前，使其行驶。至于风扇的驱动则要依赖由Micro:bit编程及马达（motor）的制作和接驳。
3. 控制系统：控制船只的行驶方向
气垫船能转向是透过利用船只的重心位置及推动力的方向形成力矩。物件重心的位置受其形状及重量分布影响。至于力矩有方向性和大小。若同时有多于一个力施加在气垫船上，它们共同形成的力矩会影响船只的行驶方向。
这个项目不需要使用太多的零件和工具，而且步骤简单易行。学生可以在实验过程中，学习如何使用Micro:bit控制马达的转速，以及如何设计和改进气垫船模型，使其更加稳定和灵活。
探究问题
1. 甚么是单极马达？它的运作原理又是甚么？
答：单极马达是一种电动机，它需要有强力磁铁、AA电池和铜綫才能运作。当电流经过铜綫时，会在铜綫周边产生磁场，并与强力磁铁本身的磁场产生吸引与排斥，从而产生转动的力。
2. 单极马达主要用于哪方面？
答：单极马达主要用于需要轻便、简单结构和低成本的应用，如玩具、家用电器和低功率工业设备。
3. 解放牌汽车的诞生有甚么历史意义？
答：解放牌汽车的诞生，结束了中国不能自己制造汽车的历史，中国汽车工业亦终于实现了从无到有的突破。
4. 为甚么气垫船的航速比一般的船只快？应用的层面如何？
答：气垫船是一种以空气在船只底部衬垫承托的交通工具，这层空气能减少船只航行时与移动表面产生的阻力，因此行驶速度比动力输出接近的一般船只快，故应用层面广泛，如客船、救援船等。虽然民用的气垫船渐被淘汰，但因其特点，气垫船登陆艇却受到军队的青睐。
文：裘锦秋中学（屯门）校长、教育评议会执委陈月平博士，裘锦秋中学（屯门）科学科老师容尚君，及裘锦秋中学（屯门）中文科、中史科老师张镇良
本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。
延伸阅读：
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