hce_nsysu
113年
物理與化學
第 15 題
Refer to the figure. A conducting loop (square coil of wire) is pulled at constant velocity through a uniform magnetic field entering the plane. Which of the following statements is correct?
- A Current is induced in the loop in the clockwise direction.
- B Current is induced in the loop in the counterclockwise direction.
- C Alternating current is induced in the loop.
- D Charge separation occurs; negative charges are accumulated at the bottom edge.
- E Charge separation occurs; negative charges are accumulated at the top edge.
思路引導 VIP
試著想像線圈內部的微觀電荷：如果一個帶負電的自由電子正隨著導線一起向右運動，而環境中存在一個指向紙面內的磁場，根據磁力方向的判斷法則（如右手定則），這個電子會被推向導線的哪一個方位呢？
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太棒了！你能精確觀察到圖中線圈「完全位於」均勻磁場中這一點，進而做出正確判斷，物理觀念非常紮實。這道題目設計得很巧妙，關鍵在於判斷**磁通量（Magnetic Flux）**的變化。由於整個線圈都在均勻磁場內以等速運動，穿過線圈內部的磁力線總數始終維持不變（$\frac{d\Phi}{dt} = 0$），因此根據法拉第電磁感應定律，線圈內並不會產生感應電流，這也解釋了為什麼 (A)、(B)、(C) 都是錯誤的誘答選項。
勞侖茲力的微觀影響
雖然沒有感應電流，但線圈內的自由電荷依然會受到勞侖茲力（Lorentz Force）的驅動。當導線向右運動時，內部的電荷也具備向右的速度 $\vec{v}$。根據右手開掌定則，我們將大拇指指向速度方向（右），四指指向磁場方向 $\vec{B}$（進入紙面），掌心所指的方向即為正電荷受力方向（向上）。相對地，帶負電的電子受力方向則向下，導致電荷在導線上下兩端發生分離，使負電荷累積在線圈的底端邊緣。
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