电磁感应效应范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的5篇电磁感应效应范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

篇1

 

【关键词】电磁感应；高温空气；升温特性；加热件

1.引言

感应加热技术应广泛应用于金属熔炼、热处理和焊接等过程，己成为冶金、国防、机械加工等部门不可缺少的技术。中频感应加热技术因其具有加热速度快、热效率高、无污染易于实现机械化等优点[3、4]，因此这项技术已经在许多行业中得到应用[5﹑6]。在常规的电磁感应加热炉中，利用感应热对金属进行热处理，不同金属会呈现出不同的升温特性。本文在加热装置上进行试验研究，以探求这种高温空气发生装置的可行性以及加热功率、加热体表面积、加热体形状等因素对空气加热特性的影响。

 

2.原理设计计算

（1）电磁感应定理：法拉第电磁感应定律说明：在一个电路围绕的区域内存在交变磁场时，电路两端就会产生感应电动势，当电路闭合时则产生电流。这个定律是感应加热的理论基础。

 

当感应线圈上通交变的电流i时，线圈内部会产生相同频率的交变磁通φ，交变磁通φ又会在金属工件中产生感应电势e。根据麦克斯韦电磁方程式，感应电动势的大小为：

由式（1-5）可以看出，感应电势和发热功率与磁场强弱有关。感应线圈中流过的电流越大，其产生的磁通也就越大，因此提高感应线圈中的感应电流可以使工件中产生的涡流增大，从而增加加热效果，使工件升温更快。

 

3.实验方案及结果

3.1 实验流程

在实验开始前第一步是打开装置的水冷却系统，对设备内及感应器通水冷却；接着打开空气压缩机，使通气设备储存一定的空气量；第三步则是打开中频感应设备对金属导体进行加热，同时通气进行热交换加热空气；最后用热电偶对出口空气温度进行测量，记录数据。实验装备流程如图3所示。

 

3.2 实验方案及实验结果

3.2.1 加热体表面积﹑形状对空气温度的影响

实验条件如下：通入恒定空气流量为1m3/h，开始加热金属导体的同时即通入空气；在感应设备输出电流为800A的情况下加热5分钟，然后每隔30秒记录一次出口空气温度；每隔3分钟改变一次输出电流，分别为：800A，900A，1000A，1100A，1200A，1300A，1400A。

 

方案一：通风管道内感应加热体为两个螺旋形钢丝，空气与之进行热交换后出口空气温度记录如表3.1。

方案二：为了与方案一形成对比，探讨热交换面积的大小对出口空气温度的影响，在与方案一实验条件相同的情况下，只把双螺旋形钢丝变成单螺旋形钢丝，出口空气温度见表3.2。

 

方案三：为了探讨加热体形状对出口空气温度的影响，在与方案一实验条件相同的情况下，用小钢管作为空气加热的热源，与空气热交换后出口空气温度见表3.3。 

3.2.2 加热功率对空气温度影响

在此实验方案中，空气流量为一恒定值1m3/h，通过改变中频感应设备的输出功率来探求加热功率对出口处空气温度的影响。中频感应输出电流分别为800A、1000A、1200A，每加热1min记录一次出口空气温度，总加热时间为30分钟。在此条件下空气温度如表3.4所示。

 

由表3.4可知：改变中频感应设备的输出功率，随着加热功率的增加，出口处空气温度增加。

4.实验结果分析与讨论

加热体形状﹑表面积对空气温度的影响：

（1）小钢管为加热体条件下空气加热效果

从图4.1可以看出，小钢管为加热体时，空气温度经过初期快速升温后，升温幅度略微减小，近似为直线关系。随着加热时间的延长，出口空气温度也随之增加。这是因为通入的冷空气不能及时带走小钢管的热量，小钢管的热含量越来越多，表面温度升高，有利于热量从小钢管传递给空气，因此随着加热时间的延长，出口空气温度升高。

 

（2）双螺旋钢丝为加热体条件下空气加热效果

由图4.2可知：双螺旋钢丝为加热体，出口空气在经过初期的快速升温后，升温幅度迅速减小，升温曲线近似水平，说明冷空气带走的热量与双螺旋钢丝感应产生的热量近似平衡，加热效果不理想。

 

（3）螺旋形钢丝与钢管的感应加热效果对比

从图4.1和图4.2对比可知：在相同的条件下，螺旋形钢丝与小钢管相比较，螺旋形钢丝在感应加热过程中感应加热效果不明显，加热效果的效果较差。

（4）单螺旋及双螺旋形钢丝条件下空气温度的对比

由图4.3可知：当用双螺旋形钢丝作为感应加热体与空气进行热交换时，出口空气温度大约是单螺旋形钢丝条件下的两倍。因此，增大加热体表面积可以提高出口空气温度。

参考文献

[1]Sun W Q，Cai J J，Xie G W. Application research on energy-saving of continuous heating furnaces based on thermal value theory[A].In：Proceedings of first international conference on applied energy[C].Hong Kong：2009：614-620.

 

[2]蔡九菊，孙文强，谢国威.热价值理论及其在加热炉节能中的应用[J].东北大学学报（自然科学版），2009（10）.

[3]赵长汉，姜土林.感应加热原理与应用[M].天津：天津科技翻译出版公司，1993：10-11.

[4]俞勇祥.感应加热技术的应用与发展[J].今日科技，1999（9）：4-5.

[5]赵清林.邬伟扬.张纯江.感应加热在液体加热中的应用[J].燕山大学学报，2002，26（2）：173-175.

篇2

中图分类号：C93文献标识码： A

弱电流传感器在很多领域中有比较普遍的运用，随着这些行业的不断进步，对传感器的准确度的要求也越来越高，比如在电机调速，绝缘在线检测等仪器中，对传感器的灵敏度，抗干扰能力，分辨力有了更高的要求。为了迎合需求，人们对某些新材料，常规能源又有了更多的探索。近年来，迎合市场的需求磁电方面的研究也逐渐火热起来，经过许多仁人志士的探索研究，在非晶，纳米晶材料等的基础上，人们发现了巨磁阻抗效应，这就为新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器的研制奠定了基础。

1.巨磁阻抗效应原理的相关知识及其优点

外加磁场的改变可以显著影响软磁合金材料的交流阻抗的现象成为巨磁阻抗效应(giant magneto-impedance, GMI)。具体点说，巨磁阻抗效应就是高频电流引发的趋肤效应。这种现象是kmh等人在一次偶然的实验中发现的。经过多次的实验，发现巨磁阻抗效应在室温的条件下对弱磁场非常的灵敏，具有灵敏度高，线性高，无磁滞现象等优点。具备这样的优势，巨磁阻抗效应的应用有远大的前景，所以引起了各国的学者广泛关注，并积极做了诸多研究。

比如有学者做过比较，在室温的条件下做实验，得出巨磁阻抗效应对弱磁场的灵敏度比巨磁电阻对弱磁场的灵敏度多了一个数量级以及磁通门传感器效率更好的结论。除此之外，可得知，巨磁阻抗效应结构比较简单，工作效率好，温度稳定性也较高，有这很多传感器都无法超越的优越性。当下，由于很多新型复合材料都可见巨磁阻抗效应，所以对其的深入研究也正在进行中。

2.巨磁阻抗效应的基本特征和敏感原件制备

2.1巨磁阻抗效应的显著优势

和其他事物一样，巨磁阻抗效应也有物极必反的道理。在弱磁场的条件下，软磁材料在高频电流作用下，与阻抗磁场呈正相关关系，非线性误差比较小，弱磁场灵敏度较高。然而在高磁场的前提下，阻抗与磁场有着负相关的关系，也就是阻抗会随着磁场的增大而逐渐减小。除此之外，热处理感生磁各向异性场有利于加强此种效应。除此之外，与其他磁效应相比较，利用巨磁阻抗效应制成的传感器其装置简单，但是对速度和频率不敏感。而且这种效应广泛应用于制造磁记录磁头，磁盘检测器，和磁膜储存器的读出器等等，应用十分广泛。

2.2非晶磁芯的相关知识

非晶磁芯是非晶材料加工而来的磁性元件，根据材料的形状可以分为带材型磁芯和粉末性磁芯，笔者主要论述的是经过卷曲后的环形磁芯。非晶磁芯饱和磁密比较高，但是会随着频率升高，磁导率会急速下降，一般用于普通的频带。在实验室当中，经常使用非晶薄带制成敏感原件，具有低耗能，高精度，好灵敏度的特点。其中电流，温度都比较低，电阻率也较小。在具体制备过程当中，非晶薄带要等厚约5cm，沿着规定的方向截取长宽。然后再卷成环形的磁芯，再用脉冲电流退火，这样，敏感原件基本制备完毕。

3新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器的结构和工作原理

3.1新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器的电路结构

此种传感器有由多谐振荡器，微分电路，非晶磁芯，峰值检波，以及低通滤波差分放大等部分组成的。是由MOS问电路构成的多谐振荡器产生高频方波信号，进过微分电路后产生脉冲电流信号，刺激非晶磁芯。让待测的电流穿过磁芯轴线，这样，环形磁场形成，同时也改变了磁芯阻抗，进而改变峰值电压。在通过峰值检波装置检测峰值的大小，在通过低通滤波与基准电压比较得出差值，输出电压。

3.2脉冲电流电路

脉冲电流通过刺激非晶磁芯，使得阻抗变化率有所改变。某种意义上说也就是提高传感器的灵敏度。原因是非晶磁芯的特性决定的。只有在高频电流的刺激下，非晶磁芯才可以出现巨磁阻抗效应，随着磁场增加，阻抗也急剧增加。通过傅立叶变换可以知道，非晶磁芯的频谱是周期脉冲序列，同时含有丰富的谐波信号，所以脉冲电流可以提高传感器的灵敏度。在具体使用过程中，使用非门芯片产生高频方波，经过微分电路又得到脉冲电流，脉冲电流中的负脉冲又通过飞门去除，仅剩下正向脉冲电流。为了使脉冲电流正常工作，应保证线路不同部位中的电阻的大小合理。比如反向器输入端的补偿电阻远远大于微分电路中的电阻，这样不仅仅可以避免振荡频率不稳定的缺点，还可以提高振荡频率的稳定性。

3.3新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流传感器的信号处理电路

传感器信号处理电路大概有五个部分组成，磁芯两端的脉冲电流差值较大，容易使得二极管的阈值电压和临界导通的非线性关系放大，为了避免这种现象，在线路中又设置了峰值检波电路。阈值电压变得很小时可以忽略不计，这时，可以采取滤波措施，减少不需要的散在信号，使得传感器的信噪比增加。检波电路测到的是磁芯两端的峰值电压，有一定的误差，也就是说同一时间段内，两者的初始值不一样，针对这个问题，才装置了差动放大电路，使得可以准确读出差值。在实际电路中，存在这样一片区域，就是磁芯阻抗值越来越慢，这个区域不利于电路的运行，所以为了绕过这片区域，我们就在磁芯附近增加了偏置磁场。如此一来，弱直流电流传感器就有了双重功效，既可以确定电流的去向，还可以被检测电流的大小，真是一举双得。

3.4工作电压对新型非晶磁芯巨磁阻抗效应弱电流的影响

新型非晶磁芯对工作的电压有一定的要求。要在规定的范围内，否则容易出现效率低下的现象，又或者直接造成不能运转的后果。新型非晶磁芯的芯片在此合理范围内工作效率较高，多谐振荡装置几乎都可以保证输出方波的稳定性。但在实际工作中，电压的大小很大程度上决定了方波的幅值，从而也直接影响到脉冲电流峰值的大小。这种现象也刚好印证了在一定条件下，输出的电压值的波动与脉冲电流峰值的大小有线性关系的原理。也由此可知，在相同阻抗变化率的条件下，输出电压的大小可以影响传感器的测量灵敏度，线性度，分辨力。所以保证工作电压在合理范围内是至关重要的。由上文可知，弱电流传感器的灵敏度与工作电压有线性关系，所以有稳定的直流工作电源，是提高电流传感器的精确度和灵敏度的重要基础。

4.结论

笔者提出了一种由非晶薄带为敏感原件的新型巨磁阻抗效应弱电流传感器。提出了传感器的电路设想。这种传感器有无可比拟的优越性，比如:线性强，灵敏度高，设备简单，成本减少等等特点，在相关领域中有较大的应用价值。近年来，不少国外的文章也曾论述过此类研究，但是与之相比，有一定的差距，但是随着多次的实验，磨合，总结，此次所设计的信号处理电路在各方面都有了显著的提高，比如在精确度和测量范围上等等。巨磁阻抗效应自身就具有温度稳定性好，灵敏度高的优势，所以在弱电流检测中应用前景广泛。但是外磁场对其有干扰作用，所以在制作过程中使用了外部磁场的屏蔽壳，提高了其工作效率。

【参考文献】

篇3

因磁通量的变化产生感应电动势的现象（闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流，这种现象叫电磁感应）。电磁感应现象的发现是电磁学发展史上的一个重要的成就，它进一步揭示了自然界中电现象和磁现象之间的内在本质联系。促进了电磁理论的发展，证实了自然科学中统一的哲学观点。同时由于电磁感应定律的确立，使得电能得以广泛的应用，引发了第二次科技革命。使得现代的电力工业和电工以及电子技术得以建立和发展。

在物理学的发展史上有很长一段时期内未找到电与磁的联系。丹麦物理学家奥斯特一直相信电与磁之间一定有着某种联系，并且开始了电磁统一性的试验研究。直到1820年，他发现了电流磁效应后，许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。

1831年8月，法拉第在软铁环两侧分别绕两个线圈，其一为闭合回路，在导线下端附行放置一磁针，另一与电池组相连，接开关，形成有电源的闭合回路。实验发现，合上开关，磁针偏转；切断开关，磁针反向偏转，这表明在无电池组的线圈中出现了感应电流。法拉第立即意识到，这是一种非恒定的暂态效应。紧接着他做了几十个实验，把产生感应电流的情形概括为5 类：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，并把这些现象正式定名为电磁感应。进而，法拉第发现，在相同条件下不同金属导体回路中产生的感应电流与导体的导电能力成正比，他由此认识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的，即使没有回路没有感应电流，感应电动势依然存在。法拉第发现电磁感应现象不是偶然的，同他的坚持不懈是分不开的。从实验的一次次失败到失败，最终发现了电磁感应现象。

篇4

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0098-01

架空输电线路向同杆双回、多回路并架发展已成为一种必然趋势，且由于负荷密度高、输送容量大，因此也具有采用大截面导线的特点。该文以佛山某电厂至变电站的220千伏同杆架设双回输电线路为例，分析其中的电磁感应问题，为此类同杆架设双回输电线路的安全作业提供依据。

1 线路的基本情况

线路全长31km，两回线路导线均采用LGJ-630/45。根据发电厂装机容量及接入系统情况，单回导线经济输送容量为376 MW，极限输送容量为1128 MW。对应的经济输送电流为1161A，极限输送电流为3483A。两回线路导线均采用垂直布线，左侧线路甲从上到下分别为A1、B1、C1，右侧线路乙从上到下分别为C2、B2、A2，主要杆塔及其布线方式如图1。

2 感应电压的产生

当线路甲运行，线路乙停电检修时，将会在线路乙上产生感应电压。感应电压分静电感应电压和电磁感应电压，静电感应电压是由于两线路间存在的电容耦合效应而产生，电磁感应电压是由于运行线路流过的交流电流产生的交变磁场，在停电线路上感应出来的纵电动势。静电感应电压的大小与附近运行线路的电压等级有关，运行线路电压越高，静电感应电压值越大。电磁感应电压与邻近运行线路流过的电流大小有关，运行线路流过的电流越大、同杆架设的线路越长，则电磁感应电压越高。

根据有关研究数据，对于220kV同杆架设的线路，在停电线路不接地的情况下，静电感应电压将达到千伏级，在停电线路接地的情况下，感应电压则以电磁感应电压起主要作用。由于在通常的停电检修作业中，停电线路不可能不接地，因此，该文着重对电磁感应电压进行探讨。

3 电磁感应电压的计算

当线路甲运行，线路乙停电检修时，在A2相上的电磁感应电压计算公式如下：

U A2=I・（XA2C1-1/2・XA2A1-1/2・XA2B1）

XA2C1=0.628・10-4[Ln（2L/D）-1]

式中 U A2是A2相导线的电磁感应电压（V/m）；

I是线路甲中的三相工作电流或三相短路电流（A）；

XA2C1是线路乙中A2相对线路甲中C1相单位长度的平均互感抗（Ω/m），XA2A1、XA2B1的意义以此类推；

L是线路长度（m）；

D是线路甲C1相与线路乙A2相之间的平均间距。

根据以上条件，可以分别算出在经济输送电流和极限输送电流两种情况下，停电线路各相的电磁感应电压值如表1。

按照以上的计算结果，当某作业点距离接地点在500m左右时，就有可能存在超过安全电压的感应电压了。对于220kV线路，一些有跨越的档距，超过500米是较为普遍的。在这些跨越档的杆塔上作业，若仅有前、后档杆塔的接地点，仍然是不足的，需要在作业现场设一接地点，才能对作业人员的安全有更好的保障。

4 结论

对于输送容量大且较长的双回或多回同杆并架输电线路，当其中一会停电检修时，若仅在线路两端的变电站侧接地，则线路中可能会存在危及作业人员安全的感应电压。因此，在作业现场或附近增设接地点是十分必要的。

篇5

电磁铁

一、知识点

1.

电磁铁的来源：通电螺线管有磁性，如果在一个通电螺线管中插入一根软铁棒，螺线管的磁性会更强。

2.

定义：插入了软铁棒的通电螺线管叫电磁铁。

这根软铁棒称为电磁铁的铁芯，螺线管成为电磁铁的线圈。

注意：电磁铁的铁棒(铁芯)是由软铁制成的，被磁化时显磁性，但失去外部磁场时，其磁性又立即消失。

3.

电磁铁中加铁芯的原因

通电螺线管通电后产生磁场，该磁场使其内的铁棒被磁化，铁棒磁化后的磁场极性与通电螺线管的机型完全一致，使得电磁铁的磁性比螺线管的磁性大大地增强。

4.

影响电磁铁磁性强弱的因素

(1)

电磁铁通电时产生磁性，断电时失去磁性。

(2)

电磁铁中的电流越大则电磁铁的磁性越强。

(3)

电流一定时，外形相同的螺线管，线圈的匝数越多，它的磁性越强。

(4)

电磁铁中有铁芯比无铁芯时的磁性强。

5.

电磁铁的特点

(1)

可以通过电流的通断，来控制其磁性的有无。

(2)

可以通过改变电流的方向改变磁场方向。

(3)

可以通过改变电流大小、铁芯的材质来控制磁性的强弱。

6.

电磁铁的应用

电磁起重机、电磁选矿机、电磁继电器、电铃等。

7.

电磁继电器

(1)

电磁继电器的工作电路

(2)

电磁继电器的组成

一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成。

(3)

电磁继电器的原理

利用电磁铁在通断电的情况下有无磁性来间接控制工作电路通断的开关。

(4)

电磁继电器的应用

①利用低电压、弱电流控制高电压、强电流。

②实现远距离操作。

8.

电磁阀车门

现在的公共汽车使用的都是利用压缩空气开关的自动门。其中空置压缩空气是开门还是关门的滑阀就是你用两个电磁铁来控制的。司机通过单刀双掷开关S来使线圈或通电产生磁场吸引衔铁或，从而推动滑阀使空气压缩来推开或关闭车门。其结构如下：

二、例题精讲

【例1】

通电螺线管的磁性强弱跟通过它的

及

的多少有关，另外，将

________插入通电螺线管中．它的磁性也会大大增强．

考点：

影响电磁铁磁性强弱的因素．

解析：

据上面的分析可知，通电螺线管的磁性强弱跟通过它的电流及线圈匝数的多少有关，另外，将铁芯插入通电螺线管中．它的磁性也会大大增强．

答案：

电流；线圈匝数；铁芯．

【测试题】

如图所示，若闭合电键S，则电磁铁的磁性将(

)

A．

增强

B．

减弱

C．

不变

D．

无法判断

闭合电键S1后，电路由单个的R1变为R1与R2并联，并联后的总电阻小于R1的阻值，由欧姆定律I=

可知，使得通过电磁铁线圈中的电流增大．根据影响电磁铁磁性大小的因素可知，通过线圈电流增大，电磁铁的磁性增强．

故选A

【例2】

如图所示的电磁铁，要想磁性最强，正确的方法是(

)

A．S接D,P滑至B端

B．

S接C,P滑至A端

C．

S接C,P滑至B端

D．

S接D,P滑至A端

考点：

影响电磁铁磁性强弱的因素．

解析：

滑动变阻器S接C电磁铁线圈匝数最多，滑片在A端电路电流最大，并且有铁芯，所以此时电磁铁磁性最强．

答案：

B

【测试题】

如图所示，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，悬挂磁铁的弹簧的长度(

)

A．

将变长

B．

将变短

C．

先变长后变短

D．

先变短后变长

利用安培定则可以判定电磁铁的下端为N极，上端为S极，故电磁铁与其上面的条形磁体相互吸引．当滑片P向右滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小，根据欧姆定律可知，电路中的电流增大，所以电磁铁的磁性增强．电磁铁对条形磁体的吸引力增大，条形磁体对弹簧的拉力增大，所以弹簧伸长的长度变长．

故选A

【例3】

下列设备中利用电磁感应现象制成的是(

)

A．

电磁继电器

B．

发电机

C．

电磁铁

D．

电动机

考点：

电磁感应．

解析：

A、电磁继电器是利用电流的磁效应的原理制成的，故该选项不符合题意；

B、发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，故该选项符合题意；

C、电磁铁是利用电流的磁效应原理工作的，故该选项不符合题意；

D、电动机是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理制成的，故该选项不符合题意．

答案：

B

【测试题】

首先发现电磁感应现象的科学家是(

)

A．

法拉第

B．

安培

C．

焦耳

D．

奥斯特

A、英国物理学家法拉第最早发现了电磁感应现象．故A正确；

B、安培发现了安培定则．故B错误；

C、焦耳发现了焦耳定律．故C错误；

D、奥斯特首先发现电流的磁效应．故D错误．

故选A

【例4】

某同学在做“研究电磁铁”实验时，连接了如图所示的电路，试判断电磁铁有无磁性或磁性强弱的变化．

(1)只闭合S1时，电磁铁

磁性．

(2)闭合S1、S2接a时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电磁铁磁性

．

(3)S1闭合，S2由接a改为接b，调节滑动变阻器滑片P，使电流表示数不发生变化．这时电磁铁的磁性

．

(4)电磁铁在我们的日常生活中被广泛的用到，如：

．

考点：

探究影响电磁铁磁性强弱的因素的实验．

解析：

(1)只闭合S1时，电路中没有电流通过，电磁铁不会产生磁性，故电磁铁没有磁性；

(2)闭合S1、S2接a时，电路中有电流，电磁铁有磁性；当滑动变阻器的滑片向右滑动时，滑动变阻器接入电路中的电阻丝变长，电路中电阻变大，电流变小，即：在匝数一定的情况下，电流减小，电磁铁磁性减小；

(3)S1闭合，S2由接a改为接b，匝数变少，又调节滑动变阻器滑片P，使电流表示数不发生变化，即：在电流一定的情况下，减小匝数，电磁铁磁性减小；

(4)电磁起重机、电磁继电器、电铃都用到了电磁铁；

答案：

(1)没有；(2)减小；(3)减小；(4)电磁起重机．

【测试题】

如图所示，A为螺线管，B为悬挂在弹簧测力计下的条形磁铁，当开关S断开时，弹簧测力计的示数将

(填变大或变小)，电流表的示数将

(填变大或变小)．

开关S断开时，电路中的电流变小，电流表示数变小，电磁铁磁性减弱．

根据右手定则判断电螺线管的上端为N极，对条形磁铁的排斥力减小，所以弹簧测力计的示数将变大．

故答案为：变大、变小．

【例5】

如所示，闭合开关S，烧杯中水面上浮着一个空心小铁球，将盛水的容器放在电磁铁上方，此时电磁铁A端为

极，将滑片P向右滑动，空心小铁球将

．(填“上浮”“下沉”“静止”)

考点：

影响电磁铁磁性强弱的因素．

解析：

①电流由A流向B，则由右手螺旋定则可知螺线管B端为N极，则A端为S极(南极)；

②当滑片向右移动时，滑动变阻器接入电阻增大，则由欧姆定律可知电路中电流减小，则螺线管中的磁性减弱，故小③铁球所受磁力减小，使得铁球上浮一些，排开水的体积变小，而且由有阿基米德原理可知受到的浮力将减小．

答案：

S；上浮．

【测试题】

小利同学观察到学校楼道里的消防应急灯，平时灯是熄的，一旦停电，两盏标有“36V”灯泡就会正常发光．图所示是小利设计的四个电路，其中可以起到消防应急灯作用的电路是(

)

A．

B．

C．

D．

根据题意，分析各图可知，当照明电路正常工作时，电磁铁具有磁性，吸引衔铁，使消防应急灯所在电路断开，而当停电后，电磁铁失去磁性，衔铁在弹簧的作用下向上弹起，与触点接触，两灯泡连接，且为并联．因此，对照各图发现，只有图C符合这一要求．

故选C

【例6】

如图所示，当开关S闭合后，电磁铁A端磁极为

极，当电路中滑动变阻器的滑片P逐渐向右移动时，电磁铁的磁性将

(选填“增大”、“减小”或“不变”)．

考点：

通电螺线管的磁场；影响电磁铁磁性强弱的因素．

解析：

(1)伸出右手，弯曲的四指与电流的方向相同，大拇指所指的方向即螺线管的左端为通电螺线管的N极，则螺线管的右端即A端是S极．

(2)滑动变阻器滑片向右移动时，滑动变阻器接入电路的电阻变小，电流变大，电磁铁磁性将增大．

答案：

S；增大．

【测试题】

如图所示，下列说法正确的是(

)

A．

当S1断开S2闭合时，红灯亮

B．

当S1断开S2闭合时，绿灯亮

C．

当S1闭合S2断开时，绿灯亮

D．

当S1、S2均闭合时，绿灯亮

读图可知：

(1)当S1断开、S2断开时，左侧的控制电路无电流，电磁铁无磁性，右侧的工作电路也是断开的，所以两灯均不能工作；

(2)当S1断开、S2闭合时，左侧的控制电路无电流，电磁铁无磁性，由于弹簧的原因，动触点与绿灯的触电接触，同时由于右边的工作电路也是闭合的，所以此时的绿灯亮；故A错误、B正确；

(3)当S1、S2闭合时，左侧的控制电路有电流，电磁铁有磁性，由于弹簧的原因，动触点与红灯的触电接触，同时由于右边的工作电路也是闭合的，所以此时的红灯亮；故D错误；

(4)当S1闭合S2断开时，左侧的控制电路断开，电磁铁无磁性，同时右侧的工作电路断开，因此工作电路无电流，所以两灯都不亮，故C错误．

故选B

模块二

磁场对通电导线的作用与电动机

一、知识点

1.

当把通电导体放在磁场中时

(1)

如果通电导体中的电流方向与磁场方向平行，则通电导体不受磁场的作用力。

(2)

如果通电导体中的电流方向与磁场方向不平行，则通电导体受磁场力的作用，当通电导体中的电流方向与磁场方向垂直时，通电导体在磁场中受到的磁场力最大。

2.

影响通电导体在磁场中受到的磁场力大小的决定因素

(1)

磁场强弱：磁场越强，则通电导体在磁场中受到的磁场力越大。

(2)

电流大小：电流越大，则通电导体在磁场中受到的磁场力越大。

3.

通电导体在磁场中受到的磁场力方向决定于磁场方向、电流的方向

(1)

保持磁场方向不改变，只改变电流方向，则通电导体受到的磁场力方向反向。

(2)

保持电流方向不改变，只改变磁场方向，则通电导体受到的磁场力方向反向。

(3)

若磁场的方向、电流的方向二者同时反向，则通电导体受到的磁场力方向不变。

4.

左手定则

当通电导体与磁感线垂直时，通电导体受力方向、磁感线方向、电流方向之间的关系可用左手定则判断：伸开左手，使大拇指与四指在同一平面内并跟四指垂直，让磁感线垂直传入手心，使四指指向电流方向，则大拇指所指的方向就是通电导体在磁场中所受磁场力的方向，如下图所示。

5.

动圈式扬声器

(1)

结构：由固定的永磁体、作为银圈的线圈和锥形纸盒盆构成，如下图所示。

(2)

工作原理：当线圈通过上图中所示的电流时，线圈受到的磁体的吸引向左运动；当线圈中通过相反方向的电流时，线圈受到磁体的排斥而向右运动，由于通过线圈的电流是交变电流，它的大小和方向不断变化，线圈就不断地来回振动，带动纸盆也来回振动，于是扬声器就发出了声音。

6.

直流电动机

(1)

工作原理

直流电动机的工作原理如下图所示，其线圈两端各连一个铜制半环E和F，它们彼此绝缘，并随线圈一起转动，A和B是电刷，它们跟半环接触，使电源与线圈组成闭合电路。E和F叫做换向器，其作用是每当线圈转过平衡位置时，换向器就能自动改变线圈中电流的方向。

丁

丙

乙

甲

图甲是开始通电的状态，换向器与电刷接触，换向器与电刷接触。线圈的电流如图所示，左边受到向上的磁场力，右边受到向下的磁场力，于是线圈开始沿顺时针方向转动。

转过90°就到了如图乙所示的状态，这是平衡位置。线圈的惯性使它冲过平衡位置，于是换向器就改变了所接触的电刷，与接触、与接触，如图丙所示。

图丙中，线圈的电流方向如图所示，左边的受力方向变成向下，右边的受力方向变成向上。于是线圈就继续沿顺时针方向转动90°。

转到图丁中所示的位置时，又靠惯性冲过去，就回到了图甲的状态。

(2)

换向器作用：

①线圈在平衡位置时，停止对其供电。

②线圈转过平衡位置时，改变线圈中的电流方向。

(3)

转动方向和转速：转动方向与线圈中的电流方向和磁场的方向有关；转速与电流的大小和磁场强弱有关。

7.

实用电动机

(1)

基本结构：电动机是由转子和定子两大部分组成的，能够转动的部分叫转子，固定不动的部分叫定子。

(2)

原理：电动机是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的，它在工作时将电能转化为机械能。

(3)

种类：直流电动机和交流电动机

二、例题精讲

【例7】

1．如图是火警自动报警原理图．发生火警时，将会发生下列变化，其变化顺序是

．

①温度升高使铜铁双层金属片向下弯曲，从而接通电磁铁电路．

②接通触点使报警电路中有电流通过．

③电磁铁具有磁性．

④衔铁被吸下．

⑤红灯亮、电铃响，发出警报．

A．①②③④⑤；

B．①③④②⑤

C．①②④③⑤；

D．①④③②⑤

2．小李利用电磁铁设计了一种微机室防盗报警器(如图)．在微机室房门处安装开关S，电铃安在传达室．当房门被推开时，开关S闭合，电流通过电磁铁，电磁铁

(填“有”或“无”)磁性，并且B端为

极，跟金属弹性片上的磁铁相互

(填“吸引”或“排斥”)，电铃电路

(填“接通”或“断开”)，电铃报警．

考点：

电磁继电器的组成、原理和特点；电磁铁的其他应用．

解析：

(1)读图可知，当铜铁片弯曲使控制电路接通时，电磁铁获得磁性，吸引衔铁，使触点向下，与工作电路连通，电灯与电铃同时工作，故选项B符合题意．

(2)读图可知，左侧为控制电路，当开关闭合时，电磁铁获得磁性，利用安培定则判断可知，B端为N极，因为弹簧片左侧也是N极，同名磁极相互排斥，故两触点接通，使右侧工作电路开始工作，电铃报警．

答案：

(1)B．(2)有，N，排斥，接通．

【测试题】

如图所示的A，B，C，D四个实验装置中，用来研究电磁感应现象的是

；用来研究影响电磁铁磁性强弱因素的是

；用来研究电磁继电器构造的是

；用来研究电动机原理的是

．

A装置是一个电磁继电器，即是电磁继电器应用实验；

B装置让通电导体放在磁场中，它会受到力的作用，这是用来研究磁场对电流的作用(或通电导体在磁场中受力)的实验，即电动机的原理实验；

C装置中，若开关闭合，金属棒左右切割磁感线运动，此时电路中就会产生电流，故是电磁感应实验装置．

D开关闭合后，电磁铁吸引铁钉，移动滑片的位置，可以得到电磁铁磁性强弱与电流大小的关系．

如图所示的四个实验装置中，用来研究电磁感应现象的是C；用来研究影响电磁铁磁性强弱因素的是D；用来研究电磁继电器构造的是A；用来研究电动机原理的是B．

故答案为：C；D；A；B．

【例8】

如图所示是直流电动机的模型，闭合开关后线圈顺时针转动．现要线圈逆时针转动，下列方法中可行的是(

)

A．

只改变电流方向

B．

只改变电流大小

C．

换用磁性更强的磁铁

D．

对换磁极同时改变电流方向

考点：

直流电动机的构造和工作过程．

解析：

直流电动机的转动方向与线圈中的电流方向和磁场方向有关，若使通入直流电动机的电流方向改变或磁场的方向改变，它的转动方向将改变．但是如果同时改变电流的方向和磁场的方向，线圈的转动方向将不变．

答案：

A

【测试题】

如图所示，用棉线将铜棒ab悬挂于磁铁N、S极之间．闭合开关，当ab做切割磁感线运动时，观察到电流表的指针发生偏转．利用这一现象所揭示的原理，可制成的设备是(

)

A．

电动机

B．

发电机

C．

电磁继电器

D．

电饭煲

如图所示，用棉线将铜棒ab悬挂于磁铁N、S极之间．闭合开关，当ab做切割磁感线运动时，观察到电流表的指针发生偏转．这一现象所揭示的原理﹣﹣电磁感应现象，发电机就是根据这一原理制成的，故B正确；

电动机是根据通电导体在磁场中受到力的作用这一原理制成的，不符合题意；

电磁继电器是利用电流的磁效应来工作的，不符合题意；

电饭煲是根据电流的热效应来工作的，不符合题意．

故选B

【例9】

磁悬浮列车是现代高科技的应用，下列说法不正确的是(

)

A．

通过列车底部与上方轨道间的同名磁极相互排斥，使列车悬浮

B．

为产生极强的磁性使列车悬浮，制作电磁铁的线圈宜选择超导材料

C．

由于列车在悬浮状态下行驶，因而一定做匀速直线运动

D．

列车悬浮行驶时，车体与轨道间无阻力、无震动，运动平稳

考点：

磁浮列车的工作原理和特点．

解析：

磁悬浮列车是现代高科技的应用，它的工作原理是同名磁极相互排斥；列车悬浮行驶时，车体与轨道间有空隙，所以无阻力、无震动，运动平稳；产生极强的磁性使列车悬浮，制作电磁铁的线圈宜选择超导材料，因为超导材料无电阻，不会产生电流的热效应．故A、B、D不符合题意．

答案：

C

【测试题】

我国第一条磁悬浮列车已在上海建成，它利用磁极间的相互作用，将列车悬浮于轨道之上几厘米，从而大大减小摩擦，提高了行驶的速度．这里利用的“磁极间的相互作用”是指(

)

A．

同名磁极互相吸引

B．

同名磁极互相排斥

C．

异名磁极互相排斥

D．

异名磁极互相吸引

磁悬浮列车的车体和轨道是同名磁极，同名磁极互相排斥，使列车实现悬浮，从而减小列车所受的摩擦力，提高行驶速度．

故选B

模块三

电磁感应与发电机

一、知识点

1.

电磁感应

(1)

闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中就产生电流，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流。

(2)

发现及意义：英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，并进一步解释了电和磁的联系，导致了发电机的发明。

(3)

感应电流的产生条件

①电路是闭合的；

②导体要在磁场中做切割磁感线的运动；

③切割磁感线运动的导体只能是闭合电路的一部分。

(4)

能量转化：机械能转化为电能。

(5)

影响因素：

①导体中感应电流的方向决定于导体的运动方向、磁感线方向。两者中其一发生方向改变，感应电流方向发生改变。两者都发生改变，感应电流方向不发生改变。

②导体中感应电流的大小取决于磁场的强弱、导体切割磁感线的速度大小。磁场越强、切割磁感线的速度越大，则感应电流越大。

2.

动圈式话筒

(1)

结构图

(2)

作用：把声音转换成电流。

(3)

原理：电磁感应

(4)

工作过程：当对着话筒讲话时膜片带动线圈在磁场里振动，使得线圈切割磁感线而产生感应电流，这种感应电流再通过扬声器被还原成声音播放。

3.

发电机

(1)

工作原理：利用电磁感应现象将机械能转化为电能。

(2)

交流发电机：电流大小和方向都周期性发生变化的发电机。

(3)

交流电频率：电流在每秒内周期性变化的次数叫做频率。

频率的单位是赫兹，简称赫，符号位Hz。

我国使用的交流电频率是50Hz，其意义是发电机的线圈1秒内转50周，而转动一周电流方向改变两次，故频率为50Hz的交流电1秒钟内电流方向改变100次。

【例10】

如图所示，用棉线将铜棒ab悬挂于磁铁N、S极之间．闭合开关，当ab做切割磁感线运动时，观察到电流表的指针发生偏转．利用这一现象所揭示的原理，可制成的设备是(

)

A．

电动机

B．

发电机

C．

电磁继电器

D．

电饭煲

考点：

发电机的构造和原理．

解析：

如图所示，用棉线将铜棒ab悬挂于磁铁N、S极之间．闭合开关，当ab做切割磁感线运动时，观察到电流表的指针发生偏转．这一现象所揭示的原理﹣﹣电磁感应现象，发电机就是根据这一原理制成的，故B正确；

电动机是根据通电导体在磁场中受到力的作用这一原理制成的，不符合题意；

电磁继电器是利用电流的磁效应来工作的，不符合题意；

电饭煲是根据电流的热效应来工作的，不符合题意．

答案：

B

【测试题】

如下面左图，导体a向右运动时可以产生感应电流，若要使产生的感应电流方向与左图的方向相反，则下列哪种选项可行(

)

A．

B．

C．

D．

A、导体没有切割磁感线运动，导体中没有感应电流．不符合题意；

B、磁感线方向相反、导体运动方向相反，感应电流方向不变．不符合题意；

C、导体没有切割磁感线运动，导体中没有感应电流．不符合题意；

D、在导体运动方向不变时，磁感线方向相反，感应电流方向相反．符合题意．

故选D

【例11】

在如图所示的实验装置中，用棉线将铜棒ab悬挂于磁铁N、S极之间，铜棒的两端通过导线连接到电流表上．下列说法正确的是(

)

A．

ab棒在图中位置水平左右运动时，应观察到电流表的指针发生偏转

B．

ab棒在图中位置竖直上下运动时，应观察到电流表的指针发生偏转

C．

该装置是研究磁场对通电导体的作用力方向与磁场方向的关系

D．

该装置在实验中通过磁场对电流的作用，使电能转化为机械能

考点：

电磁感应．

解析：

AB、产生感应电流的条件：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，电路中产生感应电流．当ab棒在图中位置水平左右运动时，符合产生感应电流的条件，电路中有感应电流产生，灵敏电流计的指针发生偏转；当ab棒在图中位置竖直上下运动时，没有切割磁感线，因此不会产生感应电流，电流表指针不会发生偏转；故A正确，B错误；

C、该装置是研究电磁感应现象；故C错误；

D、ab棒运动时，具有机械能，产出感应电流时，电路中具有电能，产生感应电流的过程是机械能转化为电能的过程．故D错误．

答案：

A

【测试题】

如图所示是小明探究在“什么情况下磁可以生电”的实验装置，其中能够使电流计指针发生偏转的是(

)

A．

ab不动，磁体上下移动

B．

ab不动，磁体左右移动

C．

磁体不动，ab上下移动

D．

磁体与ab一起向右移动

本题图中蹄形磁体的磁感线方向是竖直方向．

A、ab不动，磁体上下移动，导体ab不切割磁感线，指针不发生偏转；

B、ab不动，磁体左右移动，导体ab切割磁感线，指针发生偏转；

C、磁体不动，ab上下移动，导体ab不切割磁感线，指针不发生偏转；

D、磁体与ab一起向右运动，ab与磁体保持相对静止，ab不切割磁感线，指针不发生偏转．

故选B

【例12】

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

考点：

电磁感应．

解析：

A、电磁感应现象的条件是导体在运动，结果是产生了电流，所以是机械能转化为电能，故A正确；

B、感应电流的方向与导体运动方向、磁场方向都有关，故B错误；

C、与B同理，故C错误；

D、产生感应电流要具备三个条件，即“闭合的电路”、“一部分导体”、“切割磁感线运动”，只做运动，不一定产生感应电流，故D错误．

答案：

A

【测试题】

如图所示，将同一根磁棒静置于甲、乙、丙三位置10秒后，比较三处的感应电流，下列叙述何者正确(

)

A．

在甲位置感应电流最大

B．

在乙位置感应电流最大

C．

在丙位置感应电流最大

D．

在三个位置都没有感应电流

得到感应电流需要同时满足两个条件：①电路是闭合的；②导体要做切割磁感线运动．在此题中磁棒放在甲乙丙三个位置都是静止，所以都不满足切割磁感线这个条件，故都不产生感应电流．

故选D

【例13】

下列说法中正确的是(

)

A．

电磁铁的磁性强弱与电流大小、电流方向和线圈匝数都有关

B．

法拉第最先发现电磁感应现象，电动机就是根据电磁感应现象制成的

C．

通电导线在磁场中受力的方向与导体运动的方向和磁场的方向有关

D．

在电磁感应现象中，机械能转化为电能

考点：

电磁感应；影响电磁铁磁性强弱的因素．

解析：

A、电磁铁磁性强弱与电流大小、线圈匝数多少有关，与电流方向无关，故A错误；

B、法拉第发现电磁感应现象是正确的，利用这一现象制成的发电机，不是电动机，故B错误；

C、通电导线在磁场中受力方向与电流方向和磁场方向有关，故C错误；

D、电磁感应现象中机械能转化为电能，通电导体在磁场中受力时电能转化为机械能，故D正确．

答案：

D

【测试题】

如图所示是探究“感应电流产生条件”的实验装置．图中a、b接线柱应连接(

)

A．

电源

B．

灵敏电流表

C．

电压表

D．

电流表

用如图所示的装置探究感应电流产生的条件时，产生的电流较小，所以电路中应串联一只灵敏电流计，通过观察灵敏电流计的指针是否偏转来反映是否有电流产生．

故选B

【例14】

在下图中，a表示垂直于纸面的一根导体的横截面，导体是闭合电路中的一部分，它在磁场中按如图所示的方向运动，其中不能产生感应电流的是(

)

A．

B．

C．

D．

考点：

产生感应电流的条件．

解析：

题中磁感线都是沿着竖直方向的，A、B、D三图中，导体运动的方向都能够切割到磁感线，都能够产生感应电流，只有C图中导体沿着竖直方向，它运动的方向和磁感线的方向一致，没有切割磁感线，不能产生感应电流．

答案：

C

【测试题】

如图是闭合电路的一部分导体在磁场中运动的示意图，导体中产生感应电流的是(

)

A．

B．

C．

D．

A、导体顺着磁感线的方向运动，不会产生感应电流．不符合题意；

B、导体在磁感线之间运动不会产生感应电流．不符合题意；

C、导体斜向上运动，切割磁感线运动，产生感应电流．符合题意；

D、导体顺着磁感线方向运动不会产生感应电流．不符合题意．

故选C

【例15】

下面关于电路中是否会产生感应电流的说法中正确的是(

)

A．

只要导体在磁场中作切割磁感线运动，导体中就一定会有感应电流产生

B．

只要闭合电路在磁场中作切割磁感线运动，导体中就一定会有感应电流产生

C．

只要闭合电路的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动，电路中就一定会有感应电流产生

D．

只要闭合电路的一部分导体在磁场中运动，电路中就一定会有感应电流产生

考点：

产生感应电流的条件．

解析：

由产生感应电流的两个条件知，只有选项C符合．故选C．

答案：

C

【测试题】

下列说法中正确的是(

)

A．

电动机是利用电磁感应现象制成的

B．

发电机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的

C．

动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的

D．

汽油机的做功冲程是将内能转化成机械能

A、发电机是利用电磁感应现象制成的，故A错误；

B、电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的，故B错误；

C、动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的，故C正确；

D、汽油机的做功冲程是将内能转化成机械能，故D正确．

故选CD

【例16】

如图所示，要使流过灵敏电流计的电流反向，下列措施中可行的是(

)

①只将磁场反向；

②只将线圈的运动方向反向；

③同时将磁场和线圈的运动方向反向；

④增加磁铁的磁性或线圈匝数．

A．

①②

B．

②③

C．

①③

D．

①④

考点：

探究电磁感应现象的实验；电磁感应．

解析：

要使流过灵敏电流计的电流反向，就是要改变感应电流的方向；

①只将磁场反向，就可以改变感应电流的方向，从而使灵敏电流计的电流反向；

②只将线圈的运动方向改变，就会改变感应电流的方向，从而使灵敏电流计的电流反向；

③同时改变磁场方向和线圈的运动方向，感应电流的方向时不变的；

④增加磁铁的磁性或线圈匝数，只能是电流的大小，不能改变感应电流的方向．

答案：

A

【测试题】

如图所示的装置中，所有部件都静止时，小磁针亦静止于如图所示的位置．在下述四种情况下，小磁针发生偏转的是(

)

A．

磁铁不动，导线ab向左运动

B．

导线ab不动，磁铁向下运动

C．

磁铁与导线以相同的速度同时下落

D．

磁铁与导线以相同的速度同时上升

A、磁铁不动，ab向左运动，其运动方向跟磁感线方向平行，不切割磁感线，不产生感应电流．不符合题意；