教育 物理

『觀念物理』: 冷次效應

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撰文者:張慧貞
發文日期:2017-09-29
點閱次數:5781
  • 提到「冷次定律」,許多人可能都認識,但是,對於冷次定律的意義與用法,或許存有許多似是而非的誤解。諸如:「冷次定律」與「法拉第定律」的關係為何?「冷次定律」所謂的“抵抗”,所指的究竟為何?透過常見的「磁煞」(magnetic damping)現象,讓我們深入探討「冷次定律」的究竟。

    小試身手


    以下問題,不考慮空氣阻力及磁鐵與管子間的摩擦力

    試題-圖1

     

    圖一、磁鐵賽跑


     

    試題-圖2

     

    圖二、磁煞現象演示



    1.  將相同的磁鐵,分別置於鋁管及玻璃管中落下(如圖1),請比較兩者之下滑速率:
        (A) 鋁管較快 (B) 玻璃管較快 (C) 兩者相等

    2.  以鋁管為例,若磁鐵之N極向下(如圖2),則鋁管A區所感應之電流方向,由管子上方觀察應該為何?
        (A) 順時針 (B) 逆時針

    3.  承上題,鋁管A區的感應磁場與磁鐵的外加磁場,兩者的方向應如何?    (A)方向相同 (B)方向相反

    4.  第2題中的電流,及第3題的感應磁場,彼此的因果關係為何?    (A)電生磁 (B)磁生電

    5.  磁鐵與鋁管A區之間的磁力作用,應該是何種效果?    (A) 相吸 (B) 相斥

    6.  現若將鋁管的A區改為考慮B區,則上述的「感應電流」(第2題)、「感應磁場」(第3題)、及「磁力」(第5題),哪一(些)題的答案會改變?
        (A) 只有電流  (B) 只有磁場  (C) 只有磁力  (D) 以上皆會  (E) 以上皆不會

    7.「冷次定律」所探討的“反向”現象,指的是哪兩者之間的關係? (A) 電生磁  (B) 磁生電   (C) 電生電  (D) 磁生磁

     

    試題-圖3

    圖三、磁煞現象的受力




    8.  如上圖,將鋁管置於磅秤上,並將磁鐵放入鋁管中落下,已知磁鐵質量為mB,鋁管質量mt ,當磁鐵正在加速落下的某一瞬間,磁鐵所受鋁管的磁力為FB ,則磁鐵落下過程,[磁鐵+鋁管]系統的秤重(W)為何? 
    (A) W = (mB + mt)g + FB  (B) W = (mB + mt)g − FB   (C) W = (mB + mt)g (D) W = mtg + FB (E) W = mtg − FB

    9.  承上題,此瞬間磁鐵之加速度為何?
    (A) FB / mB (B) (mBg − FB ) / mB (C) (mBg + FB ) / mB   (D) (mB − FB )g / m (E) 維持為零

    10.  磁鐵在落下的全部過程中,系統之秤重可能如何?(A) 先漸增後固定  (B) 先漸減後固定  (C) 先漸增後漸減  (D) 先漸減後漸增  (E) 保持定值


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