物理研究性學習電磁感應在生活中的應用

電磁感應在生活中的應用 指導老師： 班級：高二四 組員：照武，劉嘉明，陳彬，曾子維 組長：陳彬

一．研究目的： 讓我們更好了解到以下電磁感應部分三個方面重要的知識：

①是電磁感應現象的規律：電磁感應研究的是其他形式能轉化為電能的特點和規律，其核心是

法拉第電磁感應定律和楞次定律。

②是電路及力學知識。主要討論電能在電路中傳輸、分配，并通過用電器轉化成其他形式能的特點規律。在實際應用中常常用到電路的三個規律(歐姆定律、電阻定律和焦耳定律)和力學中的牛頓定律、動量定理、動量守恒定律、動能定理和能量守恒定律等概念。 ③是右手定則。右手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內。把右手放入磁場中，若磁力線垂直進入手心（當磁感線為直線時，相當于手心面向N極），大拇指指向導線運動方向，則四指所指方向為導線中感應電流的方向。

電磁學中，右手定則判斷的主要是與力無關的方向。為了方便記憶，并與左手定則區分，可以記憶成：左力右電（即左手定則判斷力的方向，右手定則判斷電流的方向）。或者左力右感、左生力右通電。

二．

電磁灶是應用電磁感應圖片

電磁感應現象的發現，是電磁學領域中最偉大的成就之一。它不僅揭示了電與磁之間的內在聯系，而且為電與磁之間的相互轉化奠定了實驗基礎，為人類獲取巨大而廉價的電能開辟了道路，在實用上有重大意義。電磁感應現象的發現，標志著一場重大的工業和技術革命的到來。事實證明，電磁感應在電工、電子技術、電氣化、自動化方面的廣泛應用對推動社會生產力和科學技術的發展發揮了重要的作用。

若閉合電路為一個n匝的線圈，則又可表示為：式中n為線圈匝數，ΔΦ為磁通量變化量，單位Wb（韋伯） ，Δt為發生變化所用時間，單位為s.ε 為產生的感應電動勢，單位

為V（伏特，簡稱伏）。電磁感應俗稱磁生電，多應用于發電機。

三．電磁感應的物理公式：

磁通量

設在勻強磁場中有一個與磁場方向垂直的平面，磁場的磁感應強度為B，平面的面積為S。(1)定義：在勻強磁場中，磁感應強B與垂直磁場方向的面積S的乘積，叫做穿過這

電磁感應

個面的磁通量。

(2)公式：Φ=BS

當平面與磁場方向不垂直時：

Φ=BS⊥=BSsinθ（θ為兩個平面的二面角）

(3)

穿過某個面的磁感線條數表示穿過這個面的磁通量。

(4)單位：在中，磁通量的單位是，簡稱韋，符號是Wb。

1Wb=1T·1m2=1V·s。

四．電磁感應現象

(1)電磁感應現象：閉合電路中的一部分導體做切割磁感線運動。

(2)：在電磁感應現象中產生的。

(3)產生電磁感應現象的條件：

①兩種不同表述

a．閉合電路中的一部分導體與磁場發生相對運動

b．穿過閉合電路的磁場發生變化

②兩種表述的比較和統一

a．兩種情況產生感應電流的根本原因不同

閉合電路中的一部分導體與磁場發生相對運動時，是導體中的自由電子隨導體一起運動，受到的洛倫茲力的一個分力使自由電子發生定向移動形成電流，這種情況產生的電流有時稱為動生電流。

穿過閉合電路的磁場發生變化時，根據電磁場理論，變化的磁場周圍產生電場，電場使導體中的自由電子定向移動形成電流，這種情況產生的電流有時稱為感生電流。

b．兩種表述的統一

兩種表述可統一為穿過閉合電路的磁通量發生變化。

③產生電磁感應現象的條件

不論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發生變化，閉合電路中就有電流產生。 條件：a．閉合電路；b．一部分導體 ； c．做切割磁感線運動

五．在生活中的應用

①動圈式話筒

在劇場里，為了使觀眾能聽清演員的聲音，常常需要把聲音放大，放大聲音的裝

話筒的工作原理-----電磁感應

置主要包括話筒，擴音器和揚聲器三部分。話筒是把聲音轉變為電信號的裝置。圖2是動圈式話筒構造原理圖，它是利用電磁感應現象制成的，當聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈（叫做音圈）隨著一起振動，音圈在永久磁鐵的磁場里振動，其中就產生感應電流（電信號），感應電流的大小和方向都變化，變化的振幅和頻率由聲波決定，這個信號電流經擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發出放大的聲音。

②磁帶錄音機

磁帶錄音機主要由機內話筒、磁帶、錄放磁頭、放大電路、揚聲器、傳動機構等部分組成，是錄音機的錄、放原理示意圖。錄音時，聲音使話筒中產生隨聲音而變化的感應電流

——音頻電流，音頻電流經放大電路放大后，進入錄音磁頭的線圈中，在磁頭的縫隙處產生隨音頻電流變化的磁場。磁帶緊貼著磁頭縫隙移動，磁帶上的磁粉層被磁化，在磁帶上就記錄下聲音的磁信號。

放音是錄音的逆過程，放音時，磁帶緊貼著放音磁頭的縫隙通過，磁帶上變化的磁場使放音磁頭線圈中產生感應電流，感應電流的變化跟記錄下的磁信號相同，所以線圈中產生的是音頻電流，這個電流經放大電路放大后，送到揚聲器，揚聲器把音頻電流還原成聲音。

在錄音機里，錄、放兩種功能是合用一個磁頭完成的，錄音時磁頭與話筒相連；放音時磁頭與揚聲器相連。

③汽車車速表

汽車駕駛室內的車速表是指示汽車行駛速度的儀表。它是利用電磁感應原理，使

汽車車速表------電磁感應

表盤上指針的擺角與汽車的行駛速度成正比。車速表主要由驅動軸、磁鐵、速度盤，彈簧游絲、指針軸、指針組成。其中永久磁鐵與驅動軸相連。在表殼上裝有刻度為公里/小時的表盤。

永久磁鐵的磁感線方向如圖1所示。其中一部分磁感線將通過速度盤，磁感線在速度盤上的分布是不均勻的，越接近磁極的地方磁感線數目越多。當驅動軸帶動永久磁鐵轉動時，則通過速度盤上各部分的磁感線將依次變化，順著磁鐵轉動的前方，磁感線的數目逐漸增加，而后方則逐漸減少。由法拉第電磁感應原理知道，通過導體的磁感線數目發生變化時，在導體內部會產生感應電流。又由楞次定律知道，感應電流也要產生磁場，其磁感線的方向是阻礙（非阻止）原來磁場的變化。用楞次定律判斷出，順著磁鐵轉動的前方，感應電流產生的磁感線與磁鐵產生的磁感線方向相反，因此它們之間互相排斥；反之后方感應電流產生的磁感線方向與磁鐵產生的磁感線方向相同，因此它們之間相互吸引。由于這種吸引作用，速度盤被磁鐵帶著轉動，同時軸及指針也隨之一起轉動。

④熔煉金屬

交流的磁場在金屬內感應的渦流能產生熱效應，這種加熱方法與用燃料加熱相比有很多優點，除課本所述外還有：加熱效率高，達到50～90%；加熱速度快；用不同頻率的交流可得到不同的加熱深度，這是因為渦流在金屬內不是均勻分布的，越靠近金屬表面層電流越強，頻率越高這種現象越

利用渦流加熱和熔煉金屬------電磁感應

顯著，稱為“趨膚效應”。工業上把感應加熱依頻率分為四種：工頻（50赫）；中頻（0.5～8千赫）；超音頻（20～60千赫）；高頻（60～600千赫）。工頻交流直接由配電變壓器提供；中頻交變電流由三相電動機帶動中頻發電機或用可控硅逆變器產生；超音頻和高頻交流由大功率電子管振蕩器物理研究性學習電磁感應在生活中的應用產生。

無心式感應熔爐的用途是熔煉鑄鐵、鋼、合金鋼和銅、鋁等有色金屬。所用交流的頻率要隨坩鍋能容納的金屬質量多少來選擇，以取得最好的效果。例如：5千克的用20千赫，100千克的用2.5千赫，5噸的用1千赫以至50千赫。

感應加熱法也廣泛用于鋼件的熱處理，如淬火、回火、表面滲碳等，例如齒輪、軸等只需要將表面淬火提高硬度、增加耐磨性，可以把它放入通有高頻交流的空心線圈中，表面層在幾秒鐘內就可上升到淬火需要的高溫，顏色通紅，而其內部溫度升高很少，然后用水或其他淬火劑迅速冷卻就可以了，其他的熱處理工藝，可根據需要的加熱深度選用中頻或工頻等。

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