彈跳線圈探討磁學

  • 觀念物理
  • 撰文者:張慧貞
  • 發文日期:2018-12-01
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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
 

3. 根據圖2所示,線圈通電後,在A點的電流方向應為何?
  (A)­ 
­­螢幕快照 2018-11-14 下午6.54.52(B)螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.05 (C)螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.42(D) 螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.49  (E) 螢幕快照 2018-11-14 下午6.57.39 (F)螢幕快照 2018-11-14 下午6.57.45

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)­ 
螢幕快照 2018-11-14 下午6.54.52(B)螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.05 (C)螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.42(D) 螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.49(E)螢幕快照 2018-11-14 下午6.57.39 (F)螢幕快照 2018-11-14 下午6.57.45

5. 承上題,根據圖2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)­ 
螢幕快照 2018-11-14 下午6.54.52 (B) 螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.05 (C)螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.42(D)螢幕快照 2018-11-14 下午6.55.49(E)螢幕快照 2018-11-14 下午6.57.39 (F) 螢幕快照 2018-11-14 下午6.57.45

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

 
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圖3: 線圈中插入材料棒
 

10. 若在線圈中央分別放置一根鐵棒、鋁棒、及木棒(如圖3)。已知通電後,置入鐵棒後,線圈的彈跳高度(h)會比木棒(h)時高(h>h),則置入鋁棒時線圈的高度(h),應如何?
 (A)h > h > h  (B)h 
螢幕快照 2018-11-14 下午7.08.12h > h  (C)h > h 螢幕快照 2018-11-14 下午7.08.12 h (D)h > h > h

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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