106年:放射器材(1)
下列關於電阻式電磁鐵( resistive electromagnets )的敘述,何者錯誤?
A電阻式電磁鐵能產生磁場是因為在線圈上有電子流動
B電阻式電磁鐵線圈上的電流增加,所產生的磁場也會增加
C電阻式電磁鐵所產生的磁場和電流同方向
D線圈上的電阻使電磁鐵無法產生很高的磁場
詳細解析
本題觀念:
本題考電阻式電磁鐵(resistive electromagnet)的物理特性,為反向題(問何者「錯誤」)。核心知識為電流產生磁場的方向關係:根據右手定則(right-hand rule),螺線管線圈內部的磁場方向與電流流向平行(沿線圈軸向),而非與電流「同方向」——因為線圈中每一段電流方向都不同,磁場是沿軸向由多段環形電流疊加而成。
選項分析
(A) 電阻式電磁鐵能產生磁場是因為在線圈上有電子流動 ✅ 正確陳述 電磁鐵原理:電流(即電子流動)通過線圈時,依安培定律(Ampere's law)產生磁場。這是基本電磁學原理,陳述正確。
(B) 電阻式電磁鐵線圈上的電流增加,所產生的磁場也會增加 ✅ 正確陳述 螺線管磁場強度 ,其中 為單位長度匝數, 為電流強度。電流增加,磁場正比增加,陳述正確。
(C) 電阻式電磁鐵所產生的磁場和電流同方向 ❌ 錯誤陳述(= 答案) 這是本題的錯誤選項。在直導線中,磁場方向垂直於電流方向,呈環形包圍導線(右手定則:大拇指朝電流方向,四指彎曲即為磁場方向,是圓周切線方向)。在螺線管(solenoid)或線圈中,雖然軸向磁場與線圈軸平行,但這個「軸向」並非「電流方向」——線圈中電流是沿螺旋路徑流動的,與磁場沿軸的方向並不相同。嚴格而言,
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