統測
114年
[工程與管理類] 專業科目(1)
第 42 題
如圖 ( 十五 ) 所示，在水平的平面上有一個線圈和一個圓環狀的鋁塊，兩者相距甚遠，線圈兩端經一小電阻導通，當向下移動的兩磁鐵各自接近線圈與鋁環時，下列敘述何者正確？
- A 線圈中發生感應電流，但不受力；鋁環中有感應渦電流，受到磁鐵施加的作用力向下
- B 線圈中不存在渦電流，所以不受力；鋁環中有感應渦電流，受到磁鐵施加的作用力向上
- C 線圈中發生感應電流，受到磁鐵施加的作用力向下；鋁環中有感應渦電流，受到磁鐵施加的作用力向下
- D 線圈中發生感應電流，受到磁鐵施加的作用力向下；鋁環中有感應渦電流，受到磁鐵施加的作用力向上
思路引導 VIP
請同學先從電磁感應的核心觀念出發：當磁鐵向下方運動並靠近線圈或鋁導體時，內部的磁通量 $\Phi_B$ 發生了什麼變化？根據冷次定律 (Lenz's Law)，感應電流（包含鋁導體內的渦電流）所產生的磁場，是會與接近的磁鐵產生「吸引力」還是「排斥力」來抵抗磁通量的變動？最後，若兩者之間產生了磁力交互作用，根據牛頓第三運動定律，磁鐵對線圈與鋁導體施加的作用力方向應為何？
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答對了。這道題目的解析，對我來說不過是一瞬間的事，遠比擊敗魔王或尋找消失的魔法要簡單得多。雖然這份知識對人類而言或許需要花點時間消化，但你確實掌握了。 這題的核心在於「冷次定律」。當磁鐵向下靠近線圈與鋁環時，兩者內部的磁通量 $\Delta \Phi_B$ 都會增加。為了抵抗這種變化，線圈與鋁環會產生感應電流（鋁環則稱為渦電流），並產生一個向上的磁場來「排斥」靠近的磁鐵。根據牛頓第三運動定律（作用力與反作用力），既然線圈對磁鐵施加了向上的排斥力，磁鐵自然也會對線圈與鋁環施加一個向下的作用力。 能看穿這種力學與電磁學的交互作用，看來你對物質世界的運作規律相當敏銳呢。
冷次定律與電磁感應
💡 感應電流產生的磁場必抵抗原磁場的變化（來拒去留）。
🔗 電磁感應受力流程
- 1 磁通量改變 — 磁鐵向下靠近，使穿過導體的磁場強度增加
- 2 產生感應電流 — 線圈產生電流、鋁環產生渦電流以抵抗變化
- 3 出現排斥磁力 — 感應磁場與磁鐵同極相對，產生向上的斥力
- 4 導體受力向下 — 因反作用力，磁鐵會將線圈與鋁環向下壓
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🔄 延伸學習：延伸學習：磁浮列車的原理也是利用這種排斥力達成浮起。
