磁盤與轉動
- 觀念物理
- 撰文者：張慧貞 （國立彰化師範大學 物理學系物理教育組 教授）
- 發文日期：2019-04-01
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磁力現象經常出現在我們生活中，許多有趣的科學玩具或高科技應用，都與磁力有關，如：懸浮地球、手搖手電筒、磁浮列車…，這些磁力應用，可以透過基本的物理原理來解釋。讓我們透過「磁盤轉動」教具，一探旋轉的磁盤，如何隔空帶動鋁製轉盤轉動，並釐清「冷次定律」的概念內涵。
小試身手
圖1: 鋁幣轉盤置於外緣
1. 轉盤包含兩個磁鐵，已知A磁鐵之N極朝上。手持一個可自由轉動之小圓盤，內含兩個鋁幣，置於磁轉盤上方。如圖1所示，當A磁鐵在P點瞬間，Y鋁幣上的感應電流方向應為何?(由上往下看)
(A)順時針 (B)逆時針
2. 承上題，若將A磁鐵改為N極朝下，當A磁鐵在P點瞬間，Y鋁幣上的感應電流方向應如何?
(A)順時針 (B)逆時針
3. 承上題，當A磁鐵之N極朝下，且A到達Q點之瞬間，則Y鋁幣受到A的磁力(FB)，應如何?
(A)吸引力 (B)排斥力
4. 承上題，此時Y鋁幣的感應電流(I)，與感應磁極方向，應該如何?
(A)I:順時針、N極朝上 (B)I:順時針、N極朝下
(C)I:逆時針、N極朝上 (D)I:逆時針、N極朝下
5. 承上題，Y鋁幣所受的磁力大小，會受到A磁鐵哪些瞬間的狀態影響? (i) AY間的距離 (ii)A的速率 (iii)A的切線加速度
(A)只有(i) (B)只有(i)(ii) (C)只有(i)(iii) (D)只有(ii)(iii) (E)(i)(ii)(iii)皆有影響
6. 綜合以上，Y鋁幣受到磁力作用的原因，包含以下哪些原理?
(A)只有電生磁 (B)只有磁生電 (C)電生磁、磁生電皆有 (D)以上皆非
圖2: 鋁幣轉盤置於內緣
7. 手持小轉盤移到內側(如圖2)，且A磁鐵轉到P點瞬間，A磁鐵N極朝下，則Y鋁幣所受磁力(FB)，及Y轉盤所受力矩(τB)方向，應如何?
(A) FB吸引、τB順時針 (B)FB吸引、τB逆時針 (C) FB排斥、τB順時針 (D) FB排斥、τB逆時針
8. 承上題，若A磁鐵改為N極朝上，則Y所受磁力(FB)是否反轉?
(A)會反向 (B)不會反向
圖3: 鋁塊使磁鐵減速
9. 若以手握住一個鋁塊，移至磁鐵轉盤上方，可觀察到磁轉盤逐漸減速，則當A(N極朝下)到達Q點瞬間(如圖3)，鋁塊之感應磁極方向應如何?
(A)N極朝上 (B)N極朝下
10. 承上題，磁盤上方之鋁塊若改為木塊，則木塊上的感應電流(I)、感應電動勢(感應電壓)(V)、及磁力(FB)，何者明顯小於鋁塊?
(A)只有FB (B)只有I及V (C)只有V及FB (D)只有I及FB (E)I、V及FB皆會
11. 承上題，木塊與鋁塊對磁盤轉速，產生不同效果的主因，是材料何種性質差異?
(A)只有導電性 (B)只有導磁性(磁化程度) (C)兩者皆有 (D)以上皆非
註1: 所有的黑體英文字母，代表向量，包含大小與方向
註2: 本教具由「永原科學儀器公司」製作及行銷