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110指考物理分科考科_20

悠遊卡系統利用電磁感應原理來辨識與傳遞資訊(即無線射頻辨識技術—RFID)。讀卡機產生變動磁場,讓悠遊卡內部迴路產生應電流,使內部晶片得以發送訊號,讀卡機就能讀取卡內的晶片資料(如圖10)。悠遊卡迴路中的感應電動勢和其每匝線圈中之磁通量時間變化率 \(\frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\) 的關係為
\[ \varepsilon = -QN \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} \]
其中 \(N\) 為匝數,\(Q\) 為悠遊卡迴路的訊號加強係數。若悠遊卡迴路的矩形線圈尺寸為 \(8.00 \text{cm} \times 5.00 \text{cm} \cdot N = 4 \cdot Q = 40.0\),讀卡機產生的磁場垂直穿過悠遊卡線圈平面,且線圈中磁場的時間變化率
\[ \frac{\Delta B}{\Delta t} = B_0 \times 2\pi f \sin(2\pi ft) , B_0 = 5.00 \times 10^{-8} \text{T} \]
頻率 \(f = 13.56 \text{MHz}\),則悠遊卡迴路線圈應電動勢的最大值約為何?

(A)0.680 V (B)1.20 V (C)2.73 V (D)3.64 V (E)4.52 V。

[單選題]
答案

略解:線圈面積 \( A = 0.08 \times 0.05 = 4.0\times10^{-3} \text{m}^2 \)。
磁通量變化率最大值 \( \left( \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} \right)_{\max} = A \cdot \left( \frac{\Delta B}{\Delta t} \right)_{\max} = A \cdot B_0 \cdot 2\pi f \)。
感應電動勢最大值 \( \varepsilon_{\max} = Q N A B_0 \cdot 2\pi f \)。
代入:\( \varepsilon_{\max} = 40 \times 4 \times 4.0\times10^{-3} \times 5.00\times10^{-8} \times 2\pi \times 13.56\times10^6 \)。
計算得 \( \varepsilon_{\max} \approx 2.73 \text{V} \)。
答案:C 報錯
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112物理分科測驗–26

[題組:第24題到第26題] 承第25題,試選用適當的參數 \( \omega \cdot r_0 \cdot r_i \cdot B \cdot R \)與常數,來表示下列物理量。
(a)計算單一線圈磁通量最大值 \( \Phi_M \)為何?(2分)
(b)計算單一線圈感應電動勢的最大值 \( \epsilon_M \)為何?(3分)
(c)計算此單一線圈發電可達到最大功率 \( P_M \)為何?(3分)

[題組題]
答案

(a)最大磁通量發生在線圈全在N或S極時,面積 \( A = \frac{1}{8}\pi (r_0^2 - r_i^2) \),\( \Phi_M = B A = \frac{B\pi}{8}(r_0^2 - r_i^2) \)。
(b)由法拉第定律 \( \epsilon = \frac{d\Phi}{dt} \),最大值 \( \epsilon_M = \Phi_M \omega = \frac{B\pi\omega}{8}(r_0^2 - r_i^2) \)。
(c)最大功率 \( P_M = \frac{\epsilon_M^2}{R} = \frac{B^2\pi^2\omega^2}{64R}(r_0^2 - r_i^2)^2 \)。 報錯
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