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
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
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
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




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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