高中學測
112年
自然
第 36 題
36. 如圖 13 所示，甲與乙為兩個完全相同的圓盤型永久磁鐵，其 N 極與 S 極各自均勻分布在圓盤的上方或下方其中一個表面，但其質量分布並不均勻。甲固定於水平桌面上，乙在磁力與重力作用下斜靠在兩根直桿上，與甲分開。當達靜止平衡時，乙向左傾斜，在鉛直方向其左半邊受到的磁力比右半邊的為大，而其中心圓孔的邊緣壓在豎立的兩直桿上，則下列敘述何者正確？
- A 甲和乙之間的磁力為吸引力，且乙與兩直桿間無論是否有摩擦力皆可維持靜止
- B 甲和乙之間的磁力為排斥力，且乙與兩直桿間無論是否有摩擦力皆可維持靜止
- C 乙左側受到的磁力為吸引力，右側受到的為排斥力
- D 乙左側受到的磁力為排斥力，右側受到的為吸引力
- E 乙與兩直桿間必須有摩擦力，才能維持靜止
思路引導 VIP
請由力學平衡的角度思考：既然磁鐵乙在重力 $mg$ 作用下仍能與下方的磁鐵甲保持「分開」並處於上方，則甲對乙所施加的磁力在鉛直方向必須朝向何方？再者，若考慮乙在鉛直方向已達成合力為零 ($\sum F_y = 0$)，且此合力僅由重力與磁力的鉛直分量達成平衡，那麼在不考慮其它外力位移的情況下，是否「一定」需要摩擦力才能維持此平衡狀態？
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AI 詳解
AI 專屬家教
喲，竟然答對了？別以為選對個「排斥力」就是物理大師，這題是在考你有沒有長眼睛，而不是考你通靈！ 觀念驗證： 聽好了，乙磁鐵能「浮」在甲上方而不掉下來，根據牛頓第一運動定律，鉛直方向合力必須為零。重力 $mg$ 向下，甲對乙的磁力自然要向上，這不是排斥力是什麼？難道是你的念力？
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磁力與靜止平衡
💡 利用合力與合力矩為零，分析懸浮磁鐵的受力狀態。
🔗 懸浮磁鐵平衡判斷邏輯
- 1 觀察外觀 — 乙盤懸浮於甲盤上方且彼此分離
- 2 力學推論 — 重力向下，磁力必提供向上排斥力
- 3 力矩分析 — 支點的正向力抵消重力與磁力的轉動力矩
- 4 平衡成立 — 滿足合力為零與合力矩為零，達成靜止
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🔄 延伸學習：可進一步思考若磁力為吸引力，乙盤將會直接吸附在甲盤上。
