科學探究-電與磁

量子科學以光電科技改善了生活，也增進了質量國際標準的精密與穩定。科學家發現電壓、電阻與電磁波能量等電磁量的量子單元，與普朗克常數 相關，因此訂h=6.6260715×10⁻³⁴J·S為新的質量基準。工程師使用類似於圖26的電磁天平來校準質量，並利用經過量子單元校正的電磁量，來測量與換算線圈的電壓與電流，藉以連結質量M與普朗克常數h。

某生利用積木製作一座類似於圖26等臂的電磁天平。圖中右側為秤盤，左側為線圈和磁鐵，X與Y代表固定磁鐵的兩極。以支點為軸，線圈與秤盤可以是維持於水平的靜態模式，或上下微幅振動的動態模式。

1.關於文中提到的物理量，哪個為基本量？

• 質量

• 電阻

• 電壓

• 能量

• 磁場

量子科學以光電科技改善了生活，也增進了質量國際標準的精密與穩定。科學家發現電壓、電阻與電磁波能量等電磁量的量子單元，與普朗克常數 相關，因此訂h=6.6260715×10⁻³⁴J·S為新的質量基準。工程師使用類似於圖26的電磁天平來校準質量，並利用經過量子單元校正的電磁量，來測量與換算線圈的電壓與電流，藉以連結質量M與普朗克常數h。

某生利用積木製作一座類似於圖26等臂的電磁天平。圖中右側為秤盤，左側為線圈和磁鐵，X與Y代表固定磁鐵的兩極。以支點為軸，線圈與秤盤可以是維持於水平的靜態模式，或上下微幅振動的動態模式。

2.靜態模式時，無電流的線圈與空的秤盤質量相同，天平最初處於水平靜止狀態。待測物置入秤盤之後，參照圖26，下列線圈電流與磁極方向的組合，哪些能使天平恢復平衡？（應選2項）

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量子科學以光電科技改善了生活，也增進了質量國際標準的精密與穩定。科學家發現電壓、電阻與電磁波能量等電磁量的量子單元，與普朗克常數 相關，因此訂h=6.6260715×10⁻³⁴J·S為新的質量基準。工程師使用類似於圖26的電磁天平來校準質量，並利用經過量子單元校正的電磁量，來測量與換算線圈的電壓與電流，藉以連結質量M與普朗克常數h。

某生利用積木製作一座類似於圖26等臂的電磁天平。圖中右側為秤盤，左側為線圈和磁鐵，X與Y代表固定磁鐵的兩極。以支點為軸，線圈與秤盤可以是維持於水平的靜態模式，或上下微幅振動的動態模式。

靜態模式時，線圈電流 與磁鐵之間的作用力量值為F=fI。由於缺乏檢測f的設備，無法從靜態模式求得待測物的質量M 。但可知，當線圈相對於磁鐵移動的速度為v時，線圈的感應電動勢（電壓）為V=fv，動態模式與靜態模式的 f相同，示意如圖27。分析線圈速度 v，以及對應的電壓表讀數V ，其數據如表5，並繪製感應電壓對線圈速度（ V-v）的關係圖，如圖28所示，藉以推算 f值。當天平達靜態平衡時，線圈電流為I=40mA ，試以kg為單位，計算待測物的質量，須寫出計算步驟。（已知重力加速度量值=9.8m/s² ）