电磁学知识在生产生活中的应用举例
2006年12月13日
教学目标：
知识与技能：1、懂得生活用电安全知识（C层）
2、会用学过的知识解释生活用电问题（B层）
3、了解传感器的作用，会对一些简单传感器的原理用中学物理知识作解释（AB层）
过程与方法：1、通过本节教学，引导学生把所学知识结合实际，养成理论联系实际的习惯；2、指导学生分析实际应用试题步骤、审题抓住要点，把题目分解成一个个小小问题的习惯。
教学重点：用电磁学知识解决新科技在生产生活中的应用。
教学方法：分层教学，主体合作
本学期复习完了3-1，请回顾一下这本书我们学了哪些知识？
电场恒定电流磁场
各章重点知识有哪些？
电功电阻定律、欧姆定律、闭合电路欧姆定律焦耳定律传感器的应用电流与磁场的关系——安培定则，磁场对运动电荷的作用力（安培
力、洛伦兹力）的方向判断——左手定则：。
一、生活用电题
1、如上图所示是楼梯电灯照明电路图，电键
K 1和K 2分别是装在楼上和楼下两个位置的双
联开关，拨动其中任何一个开关，都能使楼梯
电灯发光或熄灭，试问这四种接法中，那一种
接法是正确的？（ ）
2、家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC ，PTC 元件是由钛 等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如所示，由于这种特性，因此，PTC 元件具有发热、控温双重功能，对此，以下判断中正确的组合是（ ） ①通电后，其电功率先增大后减小
②通电后，其电功率先减小后增大
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1
或t2不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在
t1～t2的某一值不变
A 、①②
B 、②④
C 、①④
D 、②③
本题要点：①会读图；②电热灭蚊器属于纯电阻用电器，电功等于电热。
3、下表为一双桶洗衣机铭牌上所标电动机的工作参数．
由上表回答：该洗衣机洗涤一次衣服共耗电多少?(洗涤一次衣服洗涤时间
为15min ，脱水时间为2min )．用欧姆定律R
U I 求出的电流强度与电动机中的实际工作电流是否相同？为什么？
A 、0.0275度
B 、0.033度
C 、0.605度
D 、0.705度
分析：洗涤一次衣服包括了洗涤和脱水过程，从中洗衣机消耗的电能就等于输入的电能，直接由电功定义 试问，能否用2
U W Pt t R
==求解吗?为什么?
家庭电路的线路均有一定的电阻，所以当家中的大功率的家用电器（如空调、微波炉等）启动时，其余电灯都将突然变暗，通过下面的实验可以估测线路的电阻。
如图所示，r 表示线路总电阻，L 为一个功率为P 1的普通灯泡，V 为交流电压表，R 是一个功率为P 2的大功率电热器()12P P >>。
实验时断开K ，测得电压为U 1，闭合
K 测得电压为U 2，如何估算线路上的电
阻？写出估算的计算式。
【参考答案】
L 的电阻很大，电流很小。因此对线路上的
影响，可以不计。合上K 接入R 时，由于R 的电阻很小，电流很大，这时L 的电流也可以略去不计。
r ＝(U 1－U 2)U 2/P 2
一、传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用。如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机、空调机中有光电传感器……
1．演示位移传感器的工作原理如右图示，物
体M 在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑
杆p ，通过电压表显示的数据，来反映物体位移
的大小x
。假设电压表是理想的，则下列说法正
331522200.5102200.81060600.0333W pt UIt U I t U I t --===+=???+???=干干干洗洗洗度
确的是 （ ）
A 物体M 运动时，电源内的电流会发生变化
B 物体M 运动时，电压表的示数会发生变化
C 物体M 不动时，电路中没有电流
D 物体M 不动时，电压表没有示数
分析：本题要点：①分压器原理的具体应用（教材P41）；②理想电压表的含义。
2．唱卡拉OK 用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是（ ）
A 该传感器是根据电流的磁效应工作的
B 该传感器是根据电磁感应原理工作的
C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
3．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是（ ）
A 红外报警装置
B 走廊照明灯的声控开关
C 自动洗衣机中的压力传感装置
D 电饭煲中控制加热和保温的温控器 分析：本题是信息题，抓住“把光信号转化为电信号”
4．如图所示表示自动测定油箱内油面高度
的装置，R 是变阻器，R ′是附加电阻，A 为油
量表，它实际上是一只安培表，电源电压为ε，
试分析该装置的工作原理。
A 、油量下降时，油量表读数增大；
B 、油量下降时，油量表读数减小；
C 、油量上升时，油量表读数减小；
D 、油量上升时，油量表读数不变。
分析：油箱中油量下降时，指针P 上滑，串在电路中的电阻增大，由闭合电路欧姆定律I R R ε
='+知，流过电流表的电流减少，油量表的示数减少。
5、右图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感，话筒的振动膜前面镶有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成 电容器的两极，在两极间加一电压U ，人对着话筒说话 时，振
动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，使
声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原
因可能是电容器两板间的（）
A、距离变化
B、正对面积变化
C、介质变化
D、电压变化
本题要点：①会把话筒转化为物理模型——平行板电容
器；②题目考查“导致电容变化”；③决定平行板电容器电容的因素
三、磁的应用
超导是当今高科技的热点，当一块磁体靠近超导体，超导体会产生强大的电流，对磁体有排斥作用，这种排斥力可使磁体悬浮空中，磁悬浮列车采用了这种技术。
⑴导体产生强大的电流，是由于：
A.超导体中磁通量很大
B.超导体中磁通量变化率很大
C.超导体电阻极小
D.超导体电阻变大
⑵磁悬浮的原理是：
A.超导体电流的磁场方向与磁体相同
B.超导体电流的磁场方向与磁体相反
C.超导体使磁体处于失重状态
D.超导体产生磁力与磁体重力平衡
【答案】
⑴C ⑵B、D
分析：解题要点①抓住“悬浮”；②抓住“排拆力”
9、若地磁场是由地表带电产生的，则地表带电情况：
A.正电
B.负电
C.不带电
D.无法确定
本题要点：①会用安培定则，根据地磁场方向判断等效电流的方向；②明确电流方向的规定；③由电流方向确定运动电荷的电性。
10、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）．为了简化，假设流量计是如图1所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c，流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值．已知流体的电阻率为p，不计电流表的内阻，则可求得流量为
该题为2001年全国高考理科综合测试的第24题。本题属于物理在科学技术中的实际应用，涉及到匀强电场、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、洛伦兹力公式、受力平衡等知识，是一道典型的学科内综合的问题。
该题的物理情景是：如图，长、宽、高分别为图中a、b、c的一段导电流体（流体的电阻率为ｐ），加一垂直于前后两面磁感强度为B的匀强磁场，当导电流体稳定地沿图中虚线通过时，在管外将流量上、下两导电表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值（不计电流表的内阻），求流量？
答：解决该问题需要我们根据所学过的知识建立物理模型。
模型一：导电液体稳定地流经流量计时，相当于带电物体同时受电场力和磁场力作用而平衡，有：。
模型二：导电流体相当于一长方体电阻：电阻为。
模型三：导电流体在磁场中流动相当于长度为c的金属棒以速度v垂直切割磁
感线，电动势为。
模型四：电磁流量计工作时与串接了电阻R的电流表相连接，形成了一个电流恒
定的闭合电路：。
联立各式，可得
。答案A 正确。
11、（2000年高考理综卷）如图2所示，厚度为h 、宽为d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B 的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A 和下侧面A ′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，
当磁场不太强时电势差U ，电流I 和B 的关系为U =k
式中的比例系数k 称为霍尔系数。
霍尔效应可解释如下：外部磁场的
洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的
一侧，在导体板的另一侧出现多余的正
电荷，从而形成横向电场，横向电场对
电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
设电流I 是由电子定向流动形成的，电子的平均定向速度为v ，电量为e ，回答下列问题：
（1）达到稳定状态时，导体板上侧面Ａ的电势 下侧面Ａ的电势（填高于、低于或等于）。
（2）电子所受的洛伦兹力的大小为 。
（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U 时，电子所受的静电力的大小为 ．
（4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数k =
ne
I ，其中n 代表导体板单位体积中电子的个数。
【点拨解疑】霍尔效应对学生来说是课本里没有出现过的一个新知识，但试题给出了霍尔效应的解释，要求学生在理解的基础上，调动所学知识解决问题，这实际上是对学生学习潜能的测试，具有较好的信度和效度。
（1）首先分析电流通过导体板时的微观物理过程。由于导体板放在垂直于它的磁感应强度为B 的匀强磁场中，电流是电子的定向运动形成的，电流方向从左到右，电子运动的方向从右到左。根据左手定则可判断电子受到的洛仑兹力的方向向上，电子向A 板聚集，A 1板出现多余的正电荷，所以A 板电势低于A 1板电势，应填“低于”。
（2）电子所受洛仑兹力的大小为evB f
（3）横向电场可认为是匀强电场，电场强度h
U E =
，电子所受电场力的大小为 h
U e
eE F == （4）电子受到横向静电力与洛伦兹力的作用，由两力平衡有 e ＝evB 可得Ｕ＝h v B
通过导体的电流强度微观表达式为 n e v d h
I = 由题目给出的霍尔效应公式 d
IB K U =，有 d nevdhB K hvB =得ne
K 1= 点评：①该题是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是在通电后自行形成的，在分析其他问题时，要注意这类情况的出现。②联系宏观量I 和微观量的电流表达式 nevdh I = 是一个很有用的公式。
12．在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，常使用电磁泵。某种电磁泵的结构如图17所示，把装有液态钠的矩形截面导管（导管是环形的，图中只画出其中一部分）水平放置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B ，方向与导管垂直。让电流I 按如图方向横穿过液态钠且电流方向与B 垂直。设导管截面高为a ，宽为b ，导管有长为l 的一部分置于磁场中。由于磁场对液态钠的作用力使液态钠获得驱动力而不断沿管子向前推进。整个系统是完全密封的。只有金属钠本身在其中流
动，其余的部件都是固定不动的。
（1）在图上标出液态钠受磁场驱动力的方
向。
（2）假定在液态钠不流动的条件下，求导
管横截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p
与上述各量的关系式。
（3）设液态钠中每个自由电荷所带电量为q ，单位体积内参与导电的自由电荷数为n ，求在横穿液态钠的电流I 的电流方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速率v 0。
13．美国航天飞机“阿特兰蒂斯”号上进行过一项卫星悬绳发电实验。航天飞机在赤道上空圆形轨道上由西向东飞行，速度为7.5km/s 。地磁场在航天飞
机轨道处的磁感应强度B =0.50×10-4T ，从航天飞机上发射出的一颗卫星，携带
电磁感应在生活中的应用 摘要：电磁感应现象是放在变化磁通量中的导体，会产生电动势，一般表现为两种形式，即动生电动势与感生电动势。对这两种电动势从产生机制、能量转换等角度分别进行描述，来理解它们的统一和区别。电磁感应现象在生活中有很多的应用，对常见的几种例子分别进行阐述，对该现象有更具体的理解。 关键词：电磁感应定律电动势应用 一、电磁感应定律 不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就产生感应电动势，电路已经具备了随时输出电能的能力。如果电路闭合，将会在回路中产生感应电流。这一现象是迈克尔·法拉第于１８３１年发现的，因此被称之为法拉第电磁感应定律。这是自奥斯特发现了电流产生磁场之后，在电磁学中的另一伟大发现，它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了基础。 通过实验表明，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电动势和感应电流。若电路不闭合，则电路没有电流，只存在感应电动势，感应电动势与穿过这一电路相对任一参照形成闭合环路的磁通量变化率成正比，方向用楞次定律判断。即无论回路是否闭合，都会产生感应电动势: ε = -dφ/dt 感应电动势的存在不以导体存在为前提，根据复合函数求导及磁通量与磁感应强度关系，当上式中线圈匝数 n = 1 时，又可写为 ε = -d( ∫BdS) / dt = -∫( B / t) dS －∫B ( dS) / t 二、电动势 上式中，第一项表示线圈不动时磁感应强度 B随时间变化所产生的感应电动势，又称感生电动势，变压器及无线信号的接收天线是其典型应用; 第二项表示空间磁场不变，线圈面积变化产生的感应电动势，又称动生电动势，其典型应用于发电机。 １．动生电动势 回路或其一部分在磁场中的相对运动所产生的感应电动势，即变，称之为动生电动势。
电磁学的应用—蓝牙技术 摘要：蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。 关键词： 1、蓝牙系统 蓝牙系统一般由以下4个功能单元组成：天线单元、链路控制（固件）单元、链路管理（软件）单元和蓝牙软件（协议）单元。它们的连接关系如图1所示： 图1 蓝牙系统结构图 1.1 天线单元 蓝牙要求其天线部分体积十分小巧、重量轻，因此，蓝牙天线属于微带天线。蓝牙空中接口是建立在天线电平为0dBm的基础上的。空中接口遵循Federal Communications Commission（简称FCC，即美国联邦通信委员会）有关电平为0dBm的ISM频段的标准。如果全球电平达到100mW以上，可以使用扩展频谱功能来增加一些补充业务。频谱扩展功能是通过起始频率为2.402 GHz，终止频率为2.480GHz，间隔为1MHz 的79个跳频频点来实现的。出于某些本地规定的考虑，日本、法国和西班牙都缩减了带宽。最大的跳频速率为1660跳/秒。理想的连接范围为100mm～10m，但是通过增大发送电平可以将距离延长至100m。 蓝牙工作在全球通用的 2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为1Mb/s。ISM频带是对所有无线电系统都开放的频带，因此使用其中的某个频段都会遇到不可预测的干扰源。例如某些家电、无绳电话、汽车房开门器、微波炉等等，都可能是干扰。为此，蓝牙特别设计了快速确认和跳频方案以确保链路稳定。跳频技术是把频带分成若干个跳频信道（hop channel），在一次
一、选择题 （11·河池）9．科学家的发明与创造推动了人类文明的进程。在下列科学家中，首先发现电磁感应现象的是A．法拉第 B．焦耳 C．奥斯特 D．安培 答案：A （11·苏州）10．如图所示，导体AB水平置于蹄形磁铁的磁场中，闭合开关后，导体AB在下列运动情况中，能使图中小量程电流表指针发生偏转的是 A．静止不动 B．水平向右运动 C．竖直向上运动 D．竖直向下运动 答案：B （11·宿迁）11．如图所示装置可探究感应电流产生的条件，下面操作中能产生感应电流的是 A．保持磁铁静止，将导体棒ab上下移动 B．保持导体棒ab静止，将磁铁左右移动 C．保持导体棒ab静止，将磁铁上下移动 D．保持导体棒ab静止，将磁铁沿导体棒ab方向前后移动答案：B
（11·连云港）5．关于发电机的工作原理，下列说法正确的是 A．电流的热效应 B．电流周围存在磁场 C．电磁感应现象 D．磁场对通电导体的作用 答案：C （11·南京）7．如图所示的四幅图中能说明发电机工作原理的是 答案：A （11·肇庆）9．如右图所示，以下四种措施不能 ．．使电流表指针偏转的是 A．将条形磁铁向下插入线圈 B．将条形磁铁从线圈中抽出 C．让条形磁铁静止在线圈中 D．条形磁铁静止而将线圈向上移动 答案：C （11·无锡）11．如图所示为“探究感应电流产生条件”
的实验装置．回顾探究过程，以下说法正确的是 A．让导线ab在磁场中静止，蹄形磁体的磁性越强，灵敏电流计指针偏转角度越大 B．用匝数较多的线圈代替单根导线ab，且使线圈在磁场中静止，这时炙敏电流计指针偏转角度增大 C．蹄形磁体固定不动．当导线ab沿水平方向左右运动时，灵敏电流计指针会发生偏转 D．蹄形磁体固定不动，当导线ab沿竖直方向运动时，灵敏电流计指针会发生偏转 答案：C （11·兰州）13．关于电磁感应现象，下列说法正确的是 A．电磁感应现象中机械能转化为电能 B．感应电流的方向只跟导体运动方向有关 C．感应电流的方向只跟磁场方向有关 D．导体在磁场中运动，能够产生感应电流 答案：A （11·泉州）4．在如图所示的实验装置图中能够说明电磁感应现象的是
电磁学知识在生产生活中的应用举例 2006年12月13日 教学目标： 知识与技能：1、懂得生活用电安全知识（C层） 2、会用学过的知识解释生活用电问题（B层） 3、了解传感器的作用，会对一些简单传感器的原理用中学物理知识作解释 （AB 层） 过程与方法：1、通过本节教学，引导学生把所学知识结合实际，养成理论联系实际的习惯；2、指导学生分析实际应用试题步骤、审题抓住要点，把题目分解成一个个小小问题的习惯。 教学重点：用电磁学知识解决新科技在生产生活中的应用。 教学方法：分层教学，主体合作 本学期复习完了3-1，请回顾一下这本书我们学了哪些知识？ 电场恒定电流磁场 各章重点知识有哪些？ 电功电阻定律、欧姆定律、闭合电路欧姆定律焦耳定律传感器的应用电流与磁场的关系一一安培定则，磁场对运动电荷的作用力（安培
力、洛伦兹力）的方向判断一一左手定则: 一、生活用电题 1、如上图所示是楼梯电灯照明电路图，电键K i和K2分 别是装在楼上和楼下两个位置的双联开关，拨动其中任 何一个开关，都能使楼梯电灯发光或熄灭，试问这四种 接法中，那一种接法是正确的？（） 2、家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC, PTC 元件是由钛等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如所示，由于这种特性，因此，PTC 元件具有发热、控温双重功能，对此，以下判断中正确的组合是（） ①通电后，其电功率先增大后减小 ②通电后，其电功率先减小后增大 ③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1 或t2不变 ④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在ti?t2的某 一值不变 A、①② B、②④ C、①④ D、②③ 本题要点：①会读图；②电热灭蚊器属于纯电阻用电器，电功等于电热。 客称 额定电压 （V}|频率工惟电醜 （A） 电魁 （n>(r/min) 电动机 220500.51370 脱水电动 机 220500卫13J370 由上表回答：该洗衣机洗涤一次衣服共耗电多少？（洗涤一次衣服洗涤时间为15min，脱水时间为2min）.用欧姆定律I =U求出的电流强度与电动机中的 R 实际工作电流是否相同？为什么？
一、磁场 考点1、 磁场的基本概念 1. 磁体的周围存在磁场。 2. 电流的周围也存在磁场 3. 变化的电场在周围空间产生磁场(麦克斯韦)。 4. 磁场与电场一样,也就是一种特殊物质 5. 磁场不仅对磁极产生力的作用, 对电流也产生力的作用. 6. 磁场的方向——在磁场中的任一点,小磁针北极受力的方向,亦即小磁针静止时北极所指的方向,就就是那一点的磁场方向. 7. 磁现象的电本质:磁铁的磁场与电流的磁场一样,都就是由电荷的运动产生的. 考点2、 磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁极或电流有磁场力的作用.(对磁极一定有力的作用;对电流只就是可能有力的作用,当电流与磁感线平行时不受磁场力作用)。 1. 磁极与磁极之间有磁场力的作用 2. 两条平行直导线,当通以相同方向的电流时,它们相互吸引,当通以相反方向的电流时,它们相互排斥 3. 电流与电流之间,就像磁极与磁极之间一样,也会通过磁场发生相互作用. 4. 磁体或电流在其周围空间里产生磁场,而磁场对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用. 5. 磁极与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间都就是通过磁场来传递的 考点3。磁感应强度(矢量) 1、在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的安培力F 安跟电流I 与导线长度L 的乘积IL 的比值叫做磁感应强度l I F B 安 =,(B ⊥L,LI 小) 2、磁感应强度的单位:特斯拉,简称特,国际符号就是T m A N 1T 1?= 3、磁感应强度的方向: 就就是磁场的方向. 小磁针静止时北极所指的方向,就就是那一点的磁场方向.磁感线上各点的切线方向就就是这点的磁场的方向.也就就是这点的磁感应强度的方向. 4、磁感应强度的叠加——类似于电场的叠加
动量定理在电磁感应中的应用 例1.如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽为L的区域内，有一个边长为a（a 滑动，先固定a释放b，当b速度达到10m/s时，再释放a，经过1s 时间 a的速度达到12m/s，则（） A.当va=12m/s时,vb=18m/s B. 当va=12m/s时,vb=22m/s C.若导轨很长，它们最终的速度必相同 D.它们最终速度不相同，但速度差恒定 （2003年全国理综卷）如图5所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m。两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50Ω。在t=0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t=5.0s，金属杆甲的加速度为a=1.37m/s2，问此时两金属杆的速度各为多少？ 电磁感应现象及电磁在生活中的应用 摘要：电磁感应，也称为磁电感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。 电磁反应是一个复杂的过程，其运用到现实生活中的技术（例如：电磁炉、微波炉、蓝牙技术、磁悬浮列车等等）。是经过很多人的探索和努力一步一步走到现在的。 正文： 电磁感应的定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象。本质是闭合电路中磁通量的变化。由电磁感应现象产生的电流叫做感应电流。 电磁感应的发现：1831年8月，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，线圈A 接直流电源，线圈B接电流表，他发现，当线圈A的电路接通或断开的瞬间，线圈B中产生瞬时电流。法拉第发现，铁环并不是必须的。拿走铁环，再做这个实验，上述现象仍然发生。只是线圈B中的电流弱些。为了透彻研究电磁感应现象，法拉第做了许多实验。1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交的一个报告中，把这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。法拉第之所以能够取得这一卓越成就，是同他关于各种自然力的统一和转化的思想密切相关的。正是这种对于自然界各种现象普遍联系的坚强信念，支持着法拉第始终不渝地为从实验上证实磁向电的转化而探索不已。这一发现进一步揭示了电与磁的内在联系，为建立完整的电磁理论奠定了坚实的基础。 电磁感应是指因磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，乃是电磁学中伟大的成就之一。它不仅让我们知道电与磁之间的联系，而且为电与磁之间的转化奠定了基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上有重大意义。电磁感应现象的发现，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明，电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。 若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb ，Δt为发生变化所用时间，单位为s.ε为产生的感应电动势，单位为V。 磁通量：设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S。(1)定义：在匀强磁场中，磁感应强B与垂直磁场方向的面积S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量。 (2)公式：Φ＝BS 当平面与磁场方向不垂直时： Φ＝BS⊥＝BScosθ（θ为两个平面的二面角） (3)物理意义 三、电磁学 【电磁学】电学与磁学的统称，是物理学中的一个重要部门。研究电磁现象的规律和应用的科学。研究对象包括静电现象、磁现象、电流现象、电磁感应、电磁辐射和电磁场等。磁现象和电现象本质上是紧密联系在一起的，变化的磁场能够激发电场，变化的电场也能够激发磁场。它是电工学和无线电电子学的基础。 【电】人类在很早以前就知道琥珀摩擦后，具有吸引稻草片或羽毛屑等轻小物体的特性。物体具有吸引其它物体的这种性质叫做“物体带电”或称“物体有了电荷”，并认识到电有正负两种；同性相斥，异性相吸。当时并不知道电是实物的一种属性，认为电是附着在物体上的，因而把它称为电荷，并把具有这种斥力或引力的物体称为带电体。习惯上经常也把带电体本身简称为电荷。近代科学证明；构成实物的许多基本粒子都是带电的，如质子带正电，电子带负电，质子和电子具有的绝对电量是相等的，是电量的最小单位。一切物质都是由大量原子构成，原子又是由带正电的原子核和带负电的电于组成。通常，同一个原子中的正负电量相等，因此在正常情况下表现为中性的或不带电的。若由于某些原因（如摩擦、受热或化学变化等）而失去一部分电子，就带正电，若得到额外的电子时，就带负电。用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒就失去电子而带正电，丝绸得到电子而带负电。 【摩擦起电】两种不同物体相互摩擦后，分别带有正电和负电的现象。其原因是，当物体相互摩擦时电子由一个物体转移到另一个物体上，因此原来两个不带电的物体因摩擦而带电，它们所带的电量数值上相等，电性上相异。 【静电感应】在带电体附近的导体，受带电体的影响在其表面的不同部分出现正负电荷的现象叫作“静电感应”。因为，在带电体电场作用下，导体中的自由电子进行重新分布，造成导体内的电场随之而变化，直到抵消了带电体电场的影响，使它的强度减小到零为止。结果靠近带电体的一端出现与带电体异号的电荷，另一端出现与带电体同号的电荷。如果导体原来不带电，则两端带电数量相等；如果导体原来带电，则两端电量的代数和应与导体原带电量相等。在带电体附近的导体因静电感应而表面出现电荷的现象称为“感生电荷”。 【电荷守恒定律】在任何物理过程中，各个物体的电荷可以改变，但参于这一物理过程的所有物体电荷的代数和是守恒的，也就是说：电荷既不能创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。例如中性物体互相摩擦而带电时，两物体带电量的代数和仍然是零。这就是电荷守恒定律。 【库仑定律】表述两个静止点电荷间相互作用力的定律。是法国物理学家库仑于1785年发现的。概述为：在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力F的大小和它们的电量Q 电磁感应中应用型创新型试题九例 电磁感应中应用型创新型试题是指以电磁感应的知识在实际生活、生产中的应用，以科技新成果为背景材料编制而成的起点高、落点低、立意新的试题。电磁感应中有很多很好这样的试题，现略举十例如下。 1、以地磁场为背景材料 题1：为了控制海洋中水的运动，海洋工作者有时依靠水流通过地磁场所产生的感应电动势测水的流速。某课外活动兴趣小组有四个成员甲、乙、丙、丁组成，前去海边某处测量水流速度，假设该处地磁场的竖直分量已测出为B，该处的水流是南北流向。问下列测定方法可行的是 ( ) A.甲将两个电极在水平面沿水流方向插入水流中，测出两极间距离L及相连测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v=U/BL. B．乙将两个电极在水平面上沿垂直水流向插入水流中，测出两极间距离L及两极相连测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v=U/BL. C．丙将两个电极沿垂直海平面方向插入水流中，测出两极间距离L及两极相连测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v=U/BL. D．丁将两个电极在水平面上沿任意方向插入水流中，测出两极间距离L及两极相连测量电势差的灵敏仪器的读数U，则水流速度v=U/BL. 解析：该课外活动兴趣小组是利用两电极间的水流动切割地磁场运动产生的感应电动势来测水的流速的。要求两电极的连线、水的流动方向、地磁场的竖直分量三者相互垂直，故B选项正确。 2、以血液流速测量仪为背景材料 题2：一种测量血管中血流速度的仪器原理如图1所示,在动脉血管两侧分别安装电极并加 有磁场,设血管直径是20mm,磁场的磁感应强度为0.08T,电压表测出的电压为0.10mV,则血流速 度为 m/s . 电磁学的发展及生活生产中的应用摘要:电磁学核心及发展，电磁学应用(磁悬浮列车、电磁炮) 关键字:电磁学、磁悬浮、电磁炮 引言: 随着电话，电视等电子产品的广泛应用，电磁学也日益受到人们的重视。内容: 简单的说来，电磁学核心只有四个部份:库伦定律、安培定律、法拉第定律与麦克斯威方程式。并且顺序也一定如此。这可以说与电磁学的历史发展平行。其原因也不难想见;没有库伦定律对电荷的观念，安培定律中的电流就不容易说清楚。不理解法拉第的磁感生电，也很难了解麦克斯威的电磁交感。因此，要了解电磁学的应用就必须先了解它的发展。 早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的，同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。 电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现象。电磁学的进一步发展促进了电磁在生活技术当中的应用。 (一)民用--磁悬浮列车 1911年，俄国托木斯克工艺学院的一位教授曾根据电磁作用原理，设计并制成一个磁垫列车模型。该模型行驶时不与铁轨直接接触，而是利用电磁排斥力使车辆悬浮而与铁轨脱离，并用电动机驱动车辆快速前进。 1960年美国科学家詹姆斯?鲍威尔和高登?丹提出磁悬浮列车的设计，利用 强大的磁场将列车提升至离轨几十毫米，以时速300公里行驶而不与轨道发生摩擦。遗憾的是，他们的设计没有被美国所重视，而是被日本和德国捷足先登。德国的磁悬浮列车采用磁力吸引的原理，克劳斯?马菲公司和MBB公司于1971年研制成常导电磁铁吸引式磁浮模型试验车。 随着超导和高温超导热的出现，推动了超导磁悬浮列车的研制。1987年3月，日本完成了超导体磁悬浮列车的原型车，其外形呈流线形，车重17吨，可载44人，最高时速为420公里。车上装备的超导体电磁铁所产生的电磁力与地面槽形导轨上的线圈所产生的电磁力互相排斥，从而使车体上浮。槽形导轨两侧的线圈与车上电磁铁之间相互作用，从而产生牵引力使车体一边悬浮一边前进。由于是悬空行驶，因而基本上不作用车轮。但在起动时，还需有车轮做辅助支撑，这和飞机起降时需要轮子相似。这列超导磁悬浮列车由于试验线路太短，未能充分展示出空的卓越性能。 (二)军用—电磁炮 早在1845年，查尔斯?惠斯通就制作出了世界第一台磁阻直流电动机，并用它把金属棒抛射到20米远。此后，德国数学家柯比又提出了用电磁推进方法制造“电气炮”的设想。而第一个正式提出电磁发射(电磁炮)概念并进行试验的是挪威奥斯陆大学物理学教授伯克兰。他在1901年获得了“电火炮”专利。1920年，法国的福琼?维莱普勒发表了《电气火炮》文章。德国的汉斯莱曾将10克弹丸用电磁炮加速到1.2公里,秒的初速。1946年，美国的威斯汀豪斯电气公司建成了一个全尺寸的电磁飞机弹射器，取名“电拖”。 到20世纪70年代，随着脉冲功率技术的兴起和相关科学技术的发展，电磁发射技术取得了长足的进步。澳大利亚国立大学的查里德?马歇尔博士运用新技术，把3克弹丸加速到了5.9公里,秒。这一成就从实验上证明了用电磁力把物体推进到超高速度是可行的。他的成就1978年公布后，使世界相关领域的科学家振奋不 电磁感应现象在生活中的应用 摘要：自法拉利历经十年发现电磁感应现象后，电磁感应便开始运用于生活中。电话筒、录音机、汽车车速表、熔炼金属等，无一不与生活息息相关，极大的方便了我们的生活，推动了社会的进步，和发展。同时，它的利用也是理论向实践的不断进步的过程，理论唯有利用于实践才更能发挥它的作用。 动圈式话筒 在剧场里，为了使观众能听清演员的声音，常常需要把声音放大，放大声音的装置主要包括话筒，扩音器和扬声器三部分。话筒是把声音转变为电信号的装置。动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。 磁带录音机 磁带录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等部分组成，是录音机的录、放原理示意图。录音时，声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流——音频电流，音频电流经放大电路放大后，进入录音磁头的线圈中，在磁头的缝隙处产生随 音频电流变化的磁场。磁带紧贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记录下声音的磁信号。放音是录音的逆过程，放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所以线圈中产生的是音频电流，这个电流经放大电路放大后，送到扬声器，扬声器把音频电流还原成声音。在录音机里，录、放两种功能是合用一个磁头完成的，录音时磁头与话筒相连；放音时磁头与扬声器相连。 ③汽车车速表 汽车驾驶室内的车速表是指示汽车行驶速度的仪表。它是利用电磁感应原理，使表盘上指针的摆角与汽车的行驶速度成正比。车速表主要由驱动轴、磁铁、速度盘，弹簧游丝、指针轴、指针组成。其中永久磁铁与驱动轴相连。在表壳上装有刻度为公里/小时的表盘。 永久磁铁一部分磁感线将通过速度盘，磁感线在速度盘上的分布是不均匀的，越接近磁极的地方磁感线数目越多。当驱动轴带动永久磁铁转动时，则通过速度盘上各部分的磁感线将依次变化，顺着磁铁转动的前方，磁感线的数目逐渐增加，而后方则逐渐减少。由法拉第电磁感应原理知道，通过导体的磁感线数目发生变化时，在导体内部会产生感应电流。又由楞次定律知道，感应电流也要产生磁场，其磁感线的方向是阻碍（非阻止）原来磁场的变化。用楞次定律判断出，顺着磁铁转动的前方，感应电流产生的磁感线与磁铁产生的磁感线方向相反，因此它们之间互相排斥；反之后方感应电流产生的磁感线方 电磁学基础知识 电场 一、场强E （矢量，与q 无关） 1．定义：E ＝ 单位：N/C 或V/m 方向：与＋q 所受电场力方向 电场线表示E 的大小和方向 2．点电荷电场：E ＝ 静电力恒量 k ＝ Nm 2/C 2 匀强电场：E ＝ d 为两点在电场线方向上的距离 3．E 的叠加——平行四边形定则 4．电场力（与q 有关） F ＝ 库仑定律：F ＝ （适用条件：真空、点电荷） 5．电荷守恒定律（注意：两个相同带电小球接触后，q 相等） 二、电势φ（标量，与q 无关） 1．定义：φA ＝ ＝ ＝ 单位：V 说明：φ＝单位正电荷由某点移到φ＝0处的W ⑴沿电场线，电势降低 ⑵等势面⊥电场线；等势面的疏密反映E 的强弱 2．电势叠加——代数和 3．电势差：U AB ＝ ＝ 4．电场力做功：W AB ＝ 与路径无关 5．电势能的变化：Δε＝W 电场力做正功，电势能 ；电场力做负功，电势能 需要解决的问题： ①如何判电势的高低以及正负（由电场线判断） ②如何判电场力做功的正负（由F 、v 方向判） ③如何判电势能的变化（由W 的正负判） 三、电场中的导体 1．静电平衡：远端同号，近端异号 2．静电平衡特点 ⑴E 内＝0；⑵E 表面 ⊥表面；⑶等势体（内部及表面电势相等）；⑷净电荷分布在外表面 四、电容器 1．定义：C ＝ （C 与Q 、U 无关） 单位：1 F ＝106 μF ＝1012 pF 2．平行板电容器： C ＝ 3．两类问题：①充电后与电源断开， 不变；②始终与电源相连， 不变 五、带电粒子在电场中的运动 1．加速：qU ＝ 2．偏转：v ⊥E 时，做类平抛运动 位移：L ＝ ； y ＝ ＝ ＝ 速度：v y ＝ ＝ ； v ＝ ； tan θ＝ 六、实验：描绘等势线 1．器材： 2．纸顺序：从上向下 电磁感应及其应用 三、新课教学： （一）电磁感应现象 1．教师讲解：发现电磁感应现象的背景 1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁 效应，揭开了物理研究的新篇章——电磁学的研究。 英国的科学家法拉第1821年开始涉足电磁学领域。 他坚持统一和对称的观念，认为电和磁可以相互转 换。他坚信通过磁场一定能够产生电流。然而道路 并不是平坦的，他于1922年12月、1825年11月和 1828年4月做过三次集中的实验，由于实验指导思 想错误，实验都以失败而告终。1831年1月，法拉 第重新设计了实验方案，终于在8月29日实现了他 坚信的愿望。利用磁场获得了电流，这一现象叫做 电磁感应现象。在线圈中产生的电流叫做感应电流。 今天我们将遵循前辈科学家的足迹，通过实验 探究、科学地归纳概括的方法，来认识这一重要的 现象，即通过你们的双手劳动来制造感应电流；通 过科学的归纳、概括的方法来得到产生感应电流的 条件。 学生倾听 体验科学进 程 激发实验的 愿望 2．电磁感应现象演示 （1）条形磁铁插入或拔出大线圈，有感应电流产生，且感应电流的方向不 同。 （2）转动简易电动机的转轴（线圈在磁场中转动），有感应电流产生，且 感应电流的方向不同。 （3）导线在磁场中切割磁感线，有感应电流产生，且感应电流的方向不同。 （注：若磁场不是足够强，切割速度不够快，灵敏电流计不能观察出感应电流， 将切割磁感线的导线两端接入示波器的YY’输入端，可观察到电子束的偏转） 培养学生分 析概括能力 （4）电键打开或闭合，有感应电流产生，且感应电流的方向不同。 （注：法拉第最初发现电磁感应现象时所作的实验，下图） 改变滑动变阻器的电阻，有感应电流产生，且感应电流的方向不同。 小螺线管插入或从拔出，有感应电流产生，且感应电流的方向不同。 教师小结：法拉第从第一个成功实验开始茅塞 顿开，立即领悟到，“磁生电”是一种在变化、运动 的过程中才能出现的现象。于是他动手做了几十个 实验，深藏不露的各种“磁生电”的现象喷涌而出。 正像今天我们所做的实验一样。在我们所作的这些 实验中产生感应电流的共同特点是什么呢？如何概 括感应电流产生的条件呢？在讨论这一条件时，首 先我们先学习一个重要的概念——磁通量（磁场通 过的量）。 继续介绍学 史的内容 提出问题激 发学生思考 3．讲清磁通量的概念： 复习：磁感应强度的概念 教师：我们知道，磁场的强弱（即磁感应强度） 可以用磁感线的疏密来表示。如果一个面积为S的 面垂直一个磁感应强度为B的匀强磁场放置，则穿 过这个面的磁感线的条数就是确定的。我们把B与S 的乘积叫做穿过这个面的磁通量。 1．定义：面积为S，垂直匀强磁场B放置，则 B与S乘积，叫做穿过这个面的磁通量，用Φ表示。 2．公式：BS = Φ单位：韦伯（（Wb） 1Wb=1T·m2注意S的意义 3．对磁通量的理解：磁通量可以用穿过线圈平 面的磁感线的条数形象的讨论。 注意：磁通量不是矢量，但它是有方向的。 模拟电磁感应现象的多媒体课件，进行多媒体 辅助教学（各组实验的模拟，突出磁通量的变化） 通过多媒体 课件的生动 直观的画 面，教师启 发学生找出 以上操作能 够产生感应 电流的共同 点。 4．共同得出产生感应电流的条件： （1）闭合的导体回路； （2）穿过回路的磁通量必须发生变化。 引导学生分析磁通量发生变化的因素： 由Φ=B·Ssinθ可知：当①磁感应强度B发生 变化；②线圈的面积S发生变化；③磁感应强度B 学生讨论 培养学生分 析概括的能 力 高中物理-电磁感应综合应用练习 1．如图所示,上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置,小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放,并落至底部,则小磁块( ) A．在P和Q中都做自由落体运动 B．在两个下落过程中的机械能都守恒 C．在P中的下落时间比在Q中的长 D．落至底部时在P中的速度比在Q中的大 解析：选C.小磁块下落过程中,在塑料管Q中只受到重力,而在铜管P中还受到向上的磁场力,即只在Q中做自由落体运动,故选项A、B错误；小磁块在P 中加速度较小,故在P中下落时间较长,落至底部时在P中的速度较小,选项C正确,D错误． 2．(多选)如图所示,竖直平面内的虚线上方是一匀强磁场B,从虚线下方竖直上抛一正方形线圈,线圈越过虚线进入磁场,最后又落回原处,运动过程中线圈平面保持在竖直平面内,不计空气阻力,则( ) A．上升过程克服磁场力做的功大于下降过程克服磁场力做的功 B．上升过程克服磁场力做的功等于下降过程克服磁场力做的功 C．上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率 D．上升过程克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力的平均功率 解析：选AC.线圈上升过程中,加速度增大且在减速,下降过程中,运动情况比较复杂,有加速、减速或匀速等,把上升过程看成反向的加速,可以比较当运动到同一位置时,线圈速度都比下降过程中相应的速度要大,可以得到结论：上升过程中克服安培力做功多；上升过程时间短,所以上升过程克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力的平均功率,故正确选项为A、C. 3．如图所示,有两个相邻的有界匀强磁场区域,磁感应强度的大小均为B,磁场方向相反,且与纸面垂直,磁场区域在x轴方向宽度均为a,在y轴方向足够宽．现有一高为a的正三角形导线框从图示位置开始向右沿x轴方向匀速穿过磁场区域．若以逆时针方向为电流的正方向,在以下选项中,线框中感应电流i与线框移动的位移x的关系图象正确的是( ) 解析：选 C.线框从开始进入到全部进入第一个磁场过程,磁通量向里增大,则由楞次定律可知,电流方向为逆时针方向,故B一定错误；因切割的有效长度均匀增大,故由E＝BLv可知,电动势也均匀增加,而在全部进入第一个磁场时,磁通量达最大,该瞬间变化率为零,故电动势也为零,故A错误；当线框开始进入第二个磁场时,线框中磁通量向里减小,则可知电流方向为顺时针方向,故D错误；而进入第二个磁场后,分处两磁场的线框两部分产生的电流相同,且有效长度是均匀变大的,当将要全部进入第二个磁场时,线框中电流达最大2I0.故C正确．4．(多选)如图所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R.质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F＝F0＋kv(F0、k是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好．金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为F A,电阻R 两端的电压为U R,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图象可能正确的有( ) 西北农林科技大学 电磁感应现象及其应用 学院：风景园林艺术学院 班级：园林134 姓名：崔苗苗 学号：2913911465 134 电磁感应现象及其在生活中的应用 西北农林科技大学风景园林艺术学院 姓名崔苗苗班级园林134班学号 2013011465 摘要自法拉第历经十年发现电磁感应现象后，电磁感便开始应用生活中。话筒， 电磁炉，电视机，手机等生活用品，无不与人类生活息息相关，极大地方便了我们的生活，推动了社会历史的进步和发展。同时，它的应用也是理论向实践不断探索和改进的过程，理论唯有应用于实践，才更能发挥它的价值。 关键词电磁感应现象生活应用 电磁感应现象的发现不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在生活中具有重大的意义。它的发现，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。在电工技术，电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用，人类社会从此迈入电气化时代，对推动生产力和科学技术发展发挥了重要作用。物理发现的重要性由此可见。本文主要介绍了电磁感应现象及其在人类生活中的相关应用。 一．电磁感应现象定义 闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象。本质是闭合电路中磁通量的变化。而闭合电路中由电磁感应现象产生的电流叫做感应电流。 二．电磁感应发现历程 电磁学是物理学的一个重要分支，初中时代的奥斯特实验为我们打开电磁学的大门，此后高中三年这一部分内容也一直是学习的重中之重。继1820奥斯特实验之后，电与磁就不再是互不联系的两种物质，电流磁效应的发现引起许多物理学家的思考。当时，很多物理学家便试图寻找它的逆效应，提出了磁能否产生电，磁能否对电作用的问题，而迈克尔·法拉第即为其中一位。他在1821年发现了通电导线绕磁铁转动的现象，然后经历10年坚持不懈的努力，最终于1831年取得突破性进展。 法拉第将两个线圈绕在一个铁环上，其中一个线圈接直流电源，另一个线圈接电流表。他发现，当接直流电源的线圈电路接通或断开的瞬间，接电流表的线圈中会产生瞬时电流。而在这个过程中，铁环并不是必须的。无论是否拿走铁环，再做这个实验的时候，上述现象仍然发生，只是线圈中的电流弱些。 为了透彻研究电磁感应现象，法拉第又继续做了许多的实验。终于，在1831年11月24日，他在向皇家学会提交的一个报告中，将这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化的电流、变化的磁场、 第一章 电机中的电磁学基本知识 1.1 磁路的基本知识 1.1.1 电路与磁路 对于电路系统来说，在电动势E 的作用下电流I 从E 的正极通过导体流向负极。构成一个完整的电路系统需要电动势、电导体，并可以形成电流。 在磁路系统中，也有一个磁动势F （类似于电路中的电势），在F 的作用下产生一个 Φ（类似于电路中的电流），磁通Φ从磁动势的N 极通过一个通路（类似于电路中的导 体）到S 极，这个通路就是磁路。由于铁磁材料磁导率比空气大几千倍，即空气磁阻比铁磁材料大几千倍，所以构成磁路的材料均使用导磁率高的铁磁材料。然而非铁磁物质，如空气也能通过磁通，这就造成铁磁材料构成磁路的周围空气中也必然会有磁通σΦ（，由于空气磁阻比铁磁材料大几千倍，因而σΦ比Φ小的多，σΦ常常被称为漏磁通，Φ称为主磁通。因此磁路问题比电路问题要复杂的多。 1.1.2 电机电器中的磁路 磁路系统广泛应用在电器设备之中，如变压器、电机、继电器等。并且在电机和某些电器的磁路中，一般还需要一段空气隙，或者说空气隙也是磁路的组成部分。 图1—1是电机电器的几种常用磁路结构。图(a)是普通变压器的磁路，它全部由铁磁材料组成；图(b)是电磁继电器磁路，它除了铁磁材料外，还有一段空气隙。 图(c)表示电机的磁路，也是由铁磁材料和空气隙组成；图(b)是无分支的串联磁路，空气隙段和铁磁材料串联组成；图(a)是有分支的并联磁路。图中实（或虚）线表示磁通的路径。 (a) (b) (c) 图1—1 几种常用电器的典型磁路 (a) 普通变压器铁芯； (b) 电磁继电器常用铁芯； (c) 电机磁路 1.1.3 电气设备中磁动势的产生 为了产生较强的磁场，在一般电气设备中都使用电流产生磁场。电流产生磁场的方法是：把绕制好的N 匝线圈套装在铁心上，并在线圈内通入电流i ，这样在铁心和线圈周围的空间中就会形成磁场，其中大多数磁通通过铁心，称为主磁通Φ；小部分围绕线圈，称为漏磁通σΦ，如图1—2所示。套装在铁心上用于产生磁通的N 匝线圈称为励磁线圈，励磁 电磁学在生活中的应用 材料与化学工程学院 高分子材料与工程 541004010122 李祥祥 电磁学在生活中的应用电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。 电磁学在生活中应用也比较广泛，下面举例说明电磁学在生活中应用。 指南针 指南针是用以判别方位的一种简单仪器。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。指南针在地球的磁场中受磁场力的作用，所以会一端指南一端指北。电磁炉 电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁原子高速无规则运动，原 子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。 电磁炉工作过程中热量由锅底直接感应磁场产生涡流来产生的，因此应该选择对磁敏感的铁来作为炊具，由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是对人体健康有益的物质，也是人体长期需要摄取的必要元素。 电磁起重机 电磁起重机是利用电磁原理搬运钢铁物品的机器。电磁起重机的主要部分是磁铁。接通电流，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指定的地方。切断电流，磁性消失，钢铁物品就放下来了。电磁起重机使用十分方便，但必须有电流才可以使用，可以应用在废钢铁回收部门和炼钢车间等。 利用电磁铁来搬运钢铁材料的装置叫做电磁起重机。电磁起重机能产生强大的磁场力，几十吨重的铁片、铁丝、铁钉、废铁和其他各种铁料，不装箱不打包也不用捆扎，就能很方便地收集和搬运，不但 电磁感应科技在日常生活中的应用 动圈式话筒的原理： 在剧场里，为了使观众能听清演员的声音，常常需要把声音放大，放大声 音的装置主要包括话筒，扩音器和扬声器三部分。话筒是把声音转变为电信号 的装置。动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，当声波使金 属膜片振动时，连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动，音圈在永久磁 铁的磁场里振动，其中就产生感应电流(电信号)，感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。 磁带录音机的原理： 磁带录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动 机构等部分组成，是录音机的录、放原理示意图。录音时，声音使话筒中产生 随声音而变化的感应电流--音频电流，音频电流经放大电路放大后，进入录音 磁头的线圈中，在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场。磁带紧贴着磁头 缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记录下声音的磁信号。放音是 录音的逆过程，放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过，磁带上变化的磁场 使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所 以线圈中产生的是音频电流，这个电流经放大电路放大后，送到扬声器，扬声 器把音频电流还原成声音。在录音机里，录、放两种功能是合用一个磁头完成的，录音时磁头与话筒相连；放音时磁头与扬声器相连。 汽车车速表： 汽车驾驶室内的车速表是指示汽车行驶速度的仪表。它是利用电磁感应原理，使表盘上指针的摆角与汽车的行驶速度成正比。车速表主要由驱动轴、磁铁、速度盘，弹簧游丝、指针轴、指针组成。其中永久磁铁与驱动轴相连。在 表壳上装有刻度为公里/小时的表盘，永久磁铁的磁感线方向图。其中一部分磁感线将通过速度盘，磁感线在速度盘上的分布是不均匀的，越接近磁极的地方 高考物理电磁感应中动量定理和动量守恒定律的运用 （1）如图1所示，半径为r的两半圆形光滑金属导轨并列竖直放置，在轨道左侧上方MN间接有阻值为R0的电阻，整个轨道处在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两轨道间距为L，一电阻也为R0质量为m的金属棒ab从MN处由静止释放经时间t到达轨道最低点cd时的速度为v，不计摩擦。求：（1）棒从ab到cd过程中通过棒的电量。 （2）棒在cd处的加速度。 (2)如图2所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽度为L的区域内，现有一个边长为a（a﹤L）的正方形闭合线圈以初速度v0垂直磁场边界滑过磁场后，速度为v(v﹤v0)，那么线圈 A.完全进入磁场中时的速度大于（v0+v）/2 B.完全进入磁场中时的速度等于（v0+v）/2 C.完全进入磁场中时的速度小于（v0+v）/2 D.以上情况均有可能 （3）在水平光滑等距的金属导轨上有一定值电阻R,导轨宽d电阻不计,导体棒AB垂直于导轨放置,质量为m ,整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度为B.现给导体棒一水平初速度v0,求AB 在导轨上滑行的距离. (4)如图3所示,在水平面上有两条导电导轨MN、PQ，导轨间距为d，匀强磁场垂直于导轨所在的平面向里，磁感应强度的大小为B，两根完全相同的金属杆1、2间隔一定的距离摆开放在导轨上，且与导轨垂直。它们的电阻均为R，两杆与导轨接触良好，导轨电阻不计，金属杆的摩擦不计。杆1以初速度v0滑向杆2，为使两杆不相碰，则杆2固定与不固定两种情况下，最初摆放两杆时的最少距离之比为： A.1:1 B.1:2 C.2:1 D.1:1 5:如图所示，光滑导轨EF、GH等高平行放置，EG间宽度为FH间宽度的3倍，导轨右侧水平且处于竖直向上的匀强磁场中，左侧呈弧形升高。ab、cd是质量均为m的金属棒，现让ab从离水平轨道h 高处由静止下滑，设导轨足够长。试求： (1)ab、cd棒的最终速度；(2)全过程中感应电流产生的焦耳热。电磁感应现象及电磁在生活中的应用
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