觀念物理

彈跳線圈探討磁學

張慧貞2018年12月1日2910
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「電生磁」、「磁生電」是否傻傻分不清?「磁力線」能不能代表「磁力」? 磁場越強,磁力就越大嗎? 透過「彈跳線圈」單元(註1),讓我們好好釐清磁學的重要概念,也試著解釋其中一個顛覆“直覺”的神奇現象。

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小試身手

如圖1所示,當電路接通時,線圈會往上彈升,請回答下列問題

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圖1: 通電後線圈彈升

1. 請根據圖2的器材裝置,包含電路與線圈方向,判斷下方磁鐵之方位應如何,才能使線圈通電後彈升?
(A) N極在上  (B) S極在上  (C)兩者皆可


2. 線圈通電後,所產生的磁極方位,應該為何?
(A) N極在上  (B) S極在上


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圖2: 彈跳線圈器材裝置
 
 
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圖3: 線圈中插入材料棒 
 

(3) 承上題,根據圖 3 所示,線圈通電後,在 A 點的電流方向應為何?
(A) $\uparrow$  (B) $\downarrow$  (C) $\leftarrow$  (D) $\rightarrow$  (E) $\otimes$  (F) $\odot$

(4) 承上題,為了使線圈向上彈升,則線圈在 A 點處受到磁鐵的有效磁場方向,應為何?
(A) $\uparrow$  (B) $\downarrow$  (C) $\leftarrow$  (D) $\rightarrow$  (E) $\otimes$  (F) $\odot$

(5) 承上題,根據圖 3 所示,為了使線圈向上彈升,則線圈在 B 點處受到磁鐵的有效磁場方向,應為何?
(A) $\uparrow$  (B) $\downarrow$  (C) $\leftarrow$  (D) $\rightarrow$  (E) $\otimes$  (F) $\odot$

6. 綜合上述兩題,造成線圈向上彈升,所受到磁鐵的有效磁場方向,應為何?
(A)向上  (B)向下  (C)與電流同向之切線方向  (D)與電流反向之切線方向
(E)由圓心往外向線圈方向    (F)由線圈往內向圓心方向


7.承上題,造成此線圈彈升的原因,涉及以下哪一(些)物理原理?
(A)只有電生磁  (B)只有磁生電  (C)兩者皆有


8. 右手開掌定則」所涉及的電流(I)、磁場(B)、及磁力(FB),三者之間的因果關係為何?
(A) I造成B與FB  (B) B造成I與FB  (C) I與B造成FB

 
9.通電前,若先用手壓住線圈,接通電源等待一下之後,再放開手上的線圈,則線圈將如何?
(A)保持靜止於原位  (B)仍會彈起且維持固定高度  (C)彈起後落回原位
 

(10) 若在線圈中央分別放置一根鐵棒、鋁棒、及木棒 (如圖 4)。已知通電後,置入鐵棒後,線圈的彈跳高度 ($h_{\text{鐵}}$) 會比木棒 ($h_{\text{木}}$) 時高 ($h_{\text{鐵}} > h_{\text{木}}$),則置入鋁棒時線圈的高度 ($h_{\text{鋁}}$),應如何?
(A) $h_{\text{鐵}} > h_{\text{鋁}} > h_{\text{木}}$ 
(B) $h_{\text{鐵}} \approx h_{\text{鋁}} > h_{\text{木}}$ 
(C) $h_{\text{鐵}} > h_{\text{鋁}} \approx h_{\text{木}}$ 
(D) $h_{\text{鋁}} > h_{\text{鐵}} > h_{\text{木}}$

11. 承上題,線圈中因置入不同材料,而出現彈升高度的差異,是因為材料哪一(些)性質的不同?
(A)導電性的差異  (B)導磁性的差異  (C)以上皆是

12.若將中央鐵棒由1根改為2根,發現通電後線圈原地不動。則造成線圈不會彈升的原因為何?
(A)鐵棒改變磁鐵的磁場大小  (B)鐵棒改變磁鐵的磁場方向  (C)以上皆是



註1: 本單元內容,承蒙科技部科學教育實作學門補助,計畫編號MOST 107-2511-H-018-008 -


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