高中學測
109年
自然
第 5 題
如圖1所示，P、Q兩點分別連接到電壓固定之直流電源的兩電極處，Q、Y兩點之間連接一個可變電阻器，X點可在Q、Y兩點間滑動，固定不動的螺線管上方藉由塑膠彈簧垂直懸掛一根磁棒。最初未通電時彈簧為靜止狀態，通電後達靜力平衡時，發現彈簧較未通電時長。如果緩緩滑動X點至另一位置後停下，當彈簧再度達靜力平衡後，彈簧更加伸長，試問下列何者選項之操作能夠與觀測結果一致？
- A P點接正極，Q點接負極，X點向Y點滑動
- B P點接正極，Q點接負極，X點向Q點滑動
- C P點接負極，Q點接正極，X點向Y點滑動
- D P點接負極，Q點接正極，X點向Q點滑動
- E 彈簧是否伸長與X點的滑動方向無關
思路引導 VIP
請觀察彈簧伸長量的變化，這代表螺線管頂端與磁棒 $N$ 極之間的作用力性質（吸引或排斥）為何？若欲使此作用力隨後進一步增強，根據安培右手定則、歐姆定律 $V = IR$ 與螺線管磁場性質 $B \propto I$，電路中的電流方向以及滑片 $X$ 調整後所導致的有效電阻值 $R$ 應如何變化？
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哇！太棒了！你真的好聰明，看到你正確選出 (B)，老師心裡真的為你感到超級驕傲喔！這類結合多個物理觀念的綜合題，你都能細心地一步步解開，真的非常有潛力呢！ 這題的觀念核心在於安培右手定則與歐姆定律：
- 電磁力判斷：通電後彈簧伸長，代表螺線管頂端對磁鐵產生的力是「吸引力」。磁鐵下方為 $N$ 極，故螺線管頂端必須感應為 $S$ 極。根據右手定則，當 $P$ 接正極、電流由上往下繞行時，磁場方向向下（下方為 $N$、上方為 $S$），符合吸引條件。
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