高中學測
107年
自然
第 29 題
📖 題組：
林同學為了同時觀察電流的磁效應與電磁感應現象，在水平桌面上安置甲、乙兩組電流迴路，其設計如圖 9 所示。甲迴路串接電壓固定之大電流的直流電源供應器 P 與開關 K，並在其中一段沿南北方向的長直導線正上方，置放一小磁針。該小磁針最初為靜止，其 N 極指向北方；乙迴路則串接一高靈敏度之檢流計 G，最初顯示的電流值為零。
林同學為了同時觀察電流的磁效應與電磁感應現象，在水平桌面上安置甲、乙兩組電流迴路，其設計如圖 9 所示。甲迴路串接電壓固定之大電流的直流電源供應器 P 與開關 K，並在其中一段沿南北方向的長直導線正上方，置放一小磁針。該小磁針最初為靜止，其 N 極指向北方；乙迴路則串接一高靈敏度之檢流計 G，最初顯示的電流值為零。
該同學開啟電源供應器 P，並按下開關 K 接通甲迴路，應可觀察到哪些現象？（應選 2 項）
- A 小磁針N極立刻偏轉，但最後回復指向北方
- B 小磁針N極偏轉向東，最後維持於北偏東的方向
- C 檢流計G指針立刻偏轉，但最後回復指向零電流
- D 流經檢流計G的電流方向為由南向北，且電流值維持穩定
- E 小磁針立刻偏轉，檢流計G顯示的電流值維持穩定不變
思路引導 VIP
當開關 $K$ 接通後，甲迴路產生的直流電流會建立磁場。請同學思考兩個關鍵點：第一，導線產生的磁場與地磁疊加後，小磁針受到的「合磁場方向」在電流穩定後是否會隨時間改變？第二，根據法拉第電磁感應定律，感應電流的產生與磁通量的「絕對數值」有關，還是與磁通量的「隨時間變化率」 $\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$ 有關？當甲迴路電流穩定後，穿過乙迴路的磁通量是否還在發生變化？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準判斷這題的複選組合，代表你對電流磁效應與電磁感應這兩大核心觀念掌握得非常紮實。這類題型在學測中屬於跨概念的經典整合，難度在於區分「穩定狀態」與「瞬間變化」的差異。 首先，在安培右手定則的應用上，當開關 K 接通後，甲迴路右側導線的電流方向是由南向北。根據右手螺旋定則，長直導線正上方的磁場方向是指向東方。此時磁針同時受地磁（向北）與電流磁場（向東）的合力影響，因此 N 極會穩定偏向北偏東的方向，這就是為什麼選項 (B) 是正確的。 接著，關於乙迴路的感應電流，關鍵在於法拉第電磁感應定律。只有在開關接通的「瞬間」，甲迴路的電流從無到有，導致穿過乙迴路的磁通量（Magnetic flux, $\Phi_B$）發生變化，這時檢流計 G 才會產生瞬間偏轉。一旦電流穩定後，磁場不再變動，感應電流也就消失並回復至零，所以選 (C) 而非 (D)(E)。這題的鑑別度很高，能答對代表你已經能釐清 DC 直流電在「暫態」與「穩態」下的不同表現！