操作過程與現象：

　　以磁力為作用力的科學玩具相當多，而「磁力砲彈」的製作簡易又有趣，也蘊含豐富的基本科學原理，相當值得推薦。製作過程與現象如下。

1.取二隻長竹籤，在一板子上並排，寬度與強力磁鐵相同。如圖一，然後以膠帶將三個強力磁鐵黏貼在板子上，強力磁鐵之間的距離約4～5公分。注意：(1)強力磁鐵之間的磁極為相異，亦即互相靠近時為吸引，不是排斥。(2)膠帶只要黏貼強力磁鐵，並連同竹籤一起固定，其他位置不要黏貼膠帶。

2.在每個強力磁鐵前面放置二個小鋼珠（如圖二），鋼珠的大小選用與強力磁鐵寬度（直徑）接近的，避免太大或太小。最後，在最前端（圖二最左邊）放置一紙杯，準備擋住砲彈。

3.放置好後，準備發射磁力砲彈囉！取一小鋼珠靠近發射位置的強力磁鐵（圖二最右邊），距離以小鋼珠能被強力磁鐵吸引過去即可。準備好後，鬆手釋放小鋼珠，小鋼珠很快的被吸引而撞擊強力磁鐵，並且傳導到最後一個強力磁鐵的小鋼珠，瞬間就將紙杯打飛了！

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　　磁力砲彈中小鋼珠的運動過程具有「線性加速」的現象，所以能飛快的運動。過程如下圖圖三所示，一開始小鋼珠為靜止，釋放後小鋼珠被強力磁鐵吸引而具有動能，當撞擊到第一個強力磁鐵時，假設動能為一個單位（1E）。小鋼珠被強力磁鐵吸住而靜止，動能傳遞給另一邊第二個小鋼珠，此小鋼珠得到1E的動能，而且被第二個強力磁鐵吸引而加速運動，在撞擊第二個磁力磁鐵時，動能增加一單位為2E。相同過程一直傳遞到第三個強力磁鐵的最後一個小鋼珠時，動能已增加為3E。所以理論上（距離相等、沒有摩擦力等等）最後一個小鋼珠的動能為起始小鋼珠撞擊到強力磁鐵時動能的三倍，而速度則增加為約1.71倍（動能與速度平方成正比）。同理，如果使用9組的強力磁鐵，動能可以增加到9倍（速度增加3倍）。

　　以能量守恆的科學定律來說，一個系統的總能量永遠保持固定，能量不會無中生有，也不會憑空減少。那麼小鋼珠增加的動能從何而來？因為一開始的小鋼珠也只是鬆手釋放，並沒有推動它，亦即沒有給予能量，小鋼珠最後增加的動能要如何解釋？

首先，注意小鋼珠「發射前」與「發射後」的差別。發射前，二個小鋼珠都是在強力磁鐵的前面，而發射後，二個小鋼珠在強力磁鐵的一前一後（參見圖四）。這二個不同狀態的能量並不一樣，此能量稱為「位能（potential energy）」（註）。而發射前的位能高於發射後的位能，此能量差異提供了小鋼珠所獲得的動能，亦即每一組強力磁鐵的位能變化，都讓小鋼珠增加1E的能量。

圖四

　　為什麼圖四「發射前」的位能比「發射後」高呢？解答這個問題必須有個概念：「位能越高，越不穩定」，反之亦然。例如：炸藥的位能高於火柴（爆炸的能量高於燃燒），因此炸藥比火柴不穩定。在高處的鉛球比在低處鉛球的位能高（掉下來可以釋放更多的動能），因此在高處的鉛球比較不穩定（改變狀態的傾向越大）。這些例子也同時說明了「不穩定」的意義是「容易改變狀態」。

　　同理可以推知「發射前」比「發射後」更不穩定（位能高），因為「發射前」更容易改變狀態。舉例：「發射前」與「發射後」何者比較容易改變狀態再吸引一個小鋼珠？答案很明顯是「發射前」。因為「發射前」的強力磁鐵還有一面沒有小鋼珠，而「發射後」強力磁鐵的二面都有小鋼珠，所以「發射前」更容易改變狀態，再吸引一個小鋼珠，因此較不穩定，位能較高。

註：「potential energy」經常被翻譯為「位能」，版主由教學經驗發現在物理課程中，學生大多可以了解物體在重力場中位置越高，位能就越大。但是在化學課程中，討論到原子間的距離與能量的關係時，也使用到「位能」，學生就常會有困惑：化學也有「位能」？。必須了解的是："potential"具有「潛在」的意思，「potential energy」是指「儲存於」系統內的一種能量，而非只是「位置」。例如：一張紙張沒有改變「位置」而是進行燃燒的化學變化，有位能的變化嗎？有的，當紙張燃燒為灰燼後會放出熱能與光能，此能量就是化學反應的位能變化（紙張與灰燼之間的位能差異）。此外，請留意一個系統的位能無法直接測量，我們只能測量到「變化前與變化後」的位能差異。雖然版主傾向以「潛能」取代「位能」，但是為了避免困擾，本網頁還是依國內常見的慣例，使用「位能」一詞。

1.小鋼珠發射的速度相當快，雖然不至於造成如同BB彈的傷害，但仍須注意安全，建議使用紙杯或其他物品擋住射出的小鋼珠。

2.磁力砲彈在教學上，可以改變很多變因讓學生探索與實驗，探討小鋼珠的速度有何變化？例如：改變各組磁鐵之間的距離、換成不同大小磁鐵、改變小鋼珠數目等等。甚至也可以利用水管或電線，設計環狀的軌道。

3.可以指導高中以上學生，計算如果想要以此裝置發射出時速100公里的小鋼珠，理論上需要幾組的強力磁鐵？總長度又是如何？

1. Science Toys：http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/magnets/gauss.html

2. Toys from Trash：http://www.arvindguptatoys.com/toys/magneticzoom.html

3. 楊詠瑄、曹博鈞、陳炯宏、陳冠岳、蔡沅璟（2010）。極速小鋼珠-強磁加速器。中華民國第50 屆中小學科學展覽會國小組物理科。http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/50/pdf/080111.pdf

4. 呂達觀、余承祐、王紘澤（2012）。磁力砲－磁力與能量的探討。中華民國第52 屆中小學科學展覽會高中組物理科。 http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/52/pdf/040105.pdf

5.中央大學物理演示實驗：http://demo.phy.tw/experiments/electromagnetics/gauss-rifle/