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關(guān)鍵詞:電磁感應(yīng)定律;物理學(xué)史;運(yùn)用
電磁感應(yīng)定律是物理學(xué)的關(guān)鍵內(nèi)容,它展示了電和磁之間的聯(lián)系。當(dāng)大學(xué)生在學(xué)習(xí)物理電磁理論時(shí),由于中學(xué)的重要基礎(chǔ),因此會(huì)比較熟悉教材中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象和規(guī)律。這樣一來,學(xué)生在上課過程中就有可能輕視電磁感應(yīng)的相關(guān)問題,而一旦涉及應(yīng)用,學(xué)生往往又會(huì)感覺到力不從心。這說明,學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)定律的內(nèi)涵理解還不夠深刻和透徹。因此,加強(qiáng)對(duì)電磁感應(yīng)定律的運(yùn)用是本次研究的重點(diǎn)。
一、從物理學(xué)史認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)定律
1.借助直覺思維,實(shí)現(xiàn)新突破
電流磁效應(yīng)于1820年被丹麥物理學(xué)家發(fā)現(xiàn),這一發(fā)現(xiàn)充分展現(xiàn)了電和磁之間的關(guān)系,突破了長(zhǎng)久以來對(duì)電和磁在認(rèn)識(shí)上的局限性,這一巨大的科學(xué)浪潮證明了電和磁是密切相關(guān)的。在直覺思維的推動(dòng)下,科學(xué)家認(rèn)為因?yàn)殡娍梢陨纱?,所以磁也是可以生成電的?9世紀(jì)20年代,法拉第仔細(xì)觀察了磁鐵之間存在的相互作用問題,以及電流之間產(chǎn)生作用等一系列的電磁現(xiàn)象,在經(jīng)過嚴(yán)格的分析和比對(duì)之后,法拉第猜測(cè),磁鐵能夠使影響范圍內(nèi)的鐵感應(yīng)具有磁性,而電荷可以讓近處的導(dǎo)體在感應(yīng)上帶有電荷,所以電流也是同理,一樣可以讓附近的線圈因受到磁感應(yīng)而產(chǎn)生電流。之后,法拉第對(duì)電和磁之間的關(guān)系問題展開了持久的探索工作,并于1825年將導(dǎo)線的回路放置在另一通以強(qiáng)電流的回路附近,他希望通過這樣的布置能夠使導(dǎo)線回路產(chǎn)生感應(yīng)電流,但這次的試驗(yàn)以失敗告終。到19世紀(jì)末,法拉第再次設(shè)計(jì)出專門的裝置,讓導(dǎo)線的回路和磁鐵不在同一位置上,但結(jié)果仍然不理想。這段時(shí)期,不僅法拉第,其他物理學(xué)家也在進(jìn)行相應(yīng)的嘗試,但均以失敗告終。
雖然經(jīng)歷了大量的失敗,但在一次次的失敗中,法拉第已經(jīng)通過直覺和經(jīng)驗(yàn)感覺到磁能夠生成電,因此他更加堅(jiān)信這一理念,至19世紀(jì)30年代,法拉第再次進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他通過鐵環(huán)和線圈驗(yàn)證了自己觀點(diǎn)的正確性。在繼續(xù)試驗(yàn)的過程中,法拉第也逐漸意識(shí)到,如果保持通電,磁針就不會(huì)有反應(yīng)。通過長(zhǎng)期的研究觀察,法拉第更加堅(jiān)信自己的理論,并突然意識(shí)到,電磁感應(yīng)是一種在變化和運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)的非恒定暫態(tài)效應(yīng)。在接下來的探索和試驗(yàn)中,法拉第終于向世人揭示了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。從這一點(diǎn)上來看,借助直覺思維并不斷進(jìn)行試驗(yàn),就能夠有效突破魍徹勰畹氖縛,雖然未必能夠?qū)崿F(xiàn)自己的目標(biāo),但可能因此產(chǎn)生新的收獲。
2.抓住本質(zhì)形象,建立電磁感應(yīng)定律
法拉第在發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)規(guī)律之后,又緊接著進(jìn)行了多項(xiàng)此類試驗(yàn),并總結(jié)規(guī)律,將產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn)情形歸納為運(yùn)動(dòng)恒定電流、變化電流、運(yùn)動(dòng)磁鐵、變化磁場(chǎng)以及在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體五類。19世紀(jì)30年代初,法拉第認(rèn)識(shí)到,在同樣的條件之下,不同金屬導(dǎo)體中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流和導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成正比,這說明感應(yīng)電勢(shì)會(huì)在一定條件下形成,而感應(yīng)電流則是因和導(dǎo)體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生的,因此產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因就是感應(yīng)電勢(shì)。
上述的五種情況都可以產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),閉合導(dǎo)體中的自由電荷也就因此定向移動(dòng)。法拉第認(rèn)為,感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生的原因主要是由于磁鐵及電流會(huì)產(chǎn)生張力,使物質(zhì)處于張力狀態(tài)下,這樣的狀態(tài)從出現(xiàn)到消失,整個(gè)過程都會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)。為了直觀地描述這樣的狀態(tài),法拉第以其豐富的想象力將力線創(chuàng)造性地引入概念以解釋電緊張的狀態(tài)。法拉第力線是由于物質(zhì)產(chǎn)生的,它會(huì)充滿整個(gè)空間,而兩個(gè)磁極的相互作用也是通過力線進(jìn)行傳遞。力線的源頭不變,力線的分布就不會(huì)改變。等到通過導(dǎo)體回路的磁力線發(fā)生數(shù)量上的變化時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就會(huì)在回路中產(chǎn)生,感應(yīng)電流也就因此形成。
二、電磁感應(yīng)定律的表述
電磁學(xué)的重要規(guī)律就包括電磁感應(yīng)定律,它主要有兩種表達(dá)方式,第一種可以表述為:
①ε=-d/dt
這是電磁感應(yīng)在宏觀上的表現(xiàn)形式。在進(jìn)一步分析電磁通量變化的原因后,可以得到第二種表述:
②ε=L(v×b)*dl-*ds
這兩種表述是否等價(jià),目前不好下定論,很多文獻(xiàn)均處于探討階段。
三、電磁感應(yīng)定律的運(yùn)用
根據(jù)公式②可以看出,它在揭示電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí),是通過微觀機(jī)理出發(fā)揭示的,不僅將電磁感應(yīng)的微觀本質(zhì)展現(xiàn)出來,并且也更有利于日后對(duì)電磁感應(yīng)理論的應(yīng)用。根據(jù)公式②,不僅能夠?qū)Ψ情]合的導(dǎo)體進(jìn)行方便的計(jì)算,計(jì)算其在進(jìn)行切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電勢(shì);也方便了對(duì)凈值閉合導(dǎo)體的相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算,計(jì)算出其在磁場(chǎng)的變化狀態(tài)中自身產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)。
在論證公式①時(shí),根據(jù)當(dāng)前的教材可知:在對(duì)ε的正負(fù)值進(jìn)行討論之前,應(yīng)統(tǒng)一回路的繞向,以其邊界的曲面矢量n為統(tǒng)一的右手螺旋定理。以下四種情況如圖1所示,統(tǒng)一規(guī)定繞向,以右手為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)φ>0并且φ增加時(shí),d/dt>0,因此ε
雖然按照這樣的方式判斷電勢(shì)是準(zhǔn)確的,但還不夠簡(jiǎn)潔,因此就建議采用如圖2的方法進(jìn)行分析,具體如下:規(guī)定n的方向和φ的方向一致,得到φ>0,d/dt的正負(fù)也就很好判定,簡(jiǎn)化了分析判斷的過程,并且不易出錯(cuò)。
四、結(jié)語
物理是一門重視實(shí)踐的課程,因此通過實(shí)踐運(yùn)用的方式學(xué)習(xí)物理學(xué)中電磁感應(yīng)定律也是非常有效的。通過物理學(xué)史,學(xué)生們首先認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)定律的基本含義和原理,再通過改變課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方式簡(jiǎn)化判斷,在充分運(yùn)用電磁感應(yīng)定律的同時(shí),也簡(jiǎn)化了分析研究的步驟。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:電磁感應(yīng);生活;運(yùn)用
引言
如今社會(huì)對(duì)電的依賴程度越來越高,沒有電似乎社會(huì)將無法運(yùn)轉(zhuǎn)。而電的起源還要從電磁感應(yīng)現(xiàn)象說起,正是由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn),人類才開始了電與磁之間的相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),繼而逐漸研究和開發(fā)和電相關(guān)的應(yīng)用。在當(dāng)今時(shí)代,電磁感應(yīng)的相關(guān)應(yīng)用遍布在生活的每一個(gè)角落,電磁感應(yīng)在生活中的應(yīng)用隨著科技的進(jìn)步得到迅速普及,為人類社會(huì)的生活帶來極大的方便。
一、電磁感應(yīng)在電器中的運(yùn)用
(一)、娛樂電器電磁感應(yīng)的運(yùn)用
隨著科技的進(jìn)步,人類對(duì)精神享受的追求不斷提高,對(duì)樂器的要求也在逐漸提高。樂器由傳統(tǒng)的鼓類、號(hào)角類以及撥弦類等品種經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展,目前其種類數(shù)不勝數(shù),但是在眾多樂器中電吉他有其獨(dú)特的魅力,運(yùn)用了電磁感應(yīng)這一原理。電吉他是在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)下新產(chǎn)生的一種樂器,外到形,內(nèi)到音,都與傳統(tǒng)吉他有著天壤之別。傳統(tǒng)吉他的發(fā)聲借助箱體震動(dòng)來進(jìn)行,而電吉他在原理方面有些不同。電吉他也是一種撥弦樂器,其琴身由實(shí)體木頭構(gòu)成,并裝有線圈。將線圈和木質(zhì)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來叫做拾音器,拾音器的主要功能就是當(dāng)吉他弦發(fā)生震動(dòng)時(shí),切割到拾音器的磁感線,隨著磁感線被切割,產(chǎn)生了不同頻率的電流。電流通過電子音響時(shí)就得到了還原,發(fā)出的聲音就是電吉他的聲音[1]。
(二)、廚房電器電磁感應(yīng)的運(yùn)用
提到廚房,就會(huì)想到油鹽醬醋,當(dāng)然還有鍋。近幾十年廚房也發(fā)生了很多變化,傳統(tǒng)的煤氣罐似乎已經(jīng)淡出了家庭廚房的視線,天然氣走進(jìn)了千家萬戶。但是與此同時(shí),有一種廚房電器也走進(jìn)了很多家庭的廚房,那就是電磁爐。電磁爐又叫做電磁灶,第一臺(tái)電磁爐在1957年誕生于德國(guó),直至20世紀(jì)80年代開始在日本和歐美地區(qū)大量銷售[2]。電磁爐的原理利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,在其內(nèi)部有線圈,當(dāng)交變電流通過內(nèi)部線圈時(shí),會(huì)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。在交變磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)有渦旋電流產(chǎn)生,渦旋電流的焦耳效應(yīng)會(huì)使導(dǎo)體升溫發(fā)熱,從而實(shí)現(xiàn)電磁爐加熱。應(yīng)用了電磁感應(yīng)的電磁爐對(duì)熱量的利用更加高校,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。在安全方面,取締了明火作業(yè),爐面也不會(huì)發(fā)熱,既不會(huì)燒傷也不會(huì)燙傷,同時(shí)做到了節(jié)能環(huán)保、安全健康。
(三)、電力設(shè)備電磁感應(yīng)的運(yùn)用
電力設(shè)備是保障供電的基礎(chǔ),變壓器作為供電設(shè)備的一員,也利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。變壓器是一種可以改變電壓的裝置,主要由初級(jí)線圈、次級(jí)線圈以及鐵芯組成。交流電的大小和方向隨時(shí)改變,當(dāng)將交流電通在初級(jí)線圈上時(shí),鐵芯中自然會(huì)產(chǎn)生不斷變化的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)在通過初級(jí)線圈時(shí)產(chǎn)生了感應(yīng)電流。初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的不同點(diǎn)在于線圈的匝數(shù)不同,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也不同。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電由變壓器升高,然后進(jìn)行傳送,到了用戶一端,則利用變壓器降低為220V正常電壓。電力傳輸過程中,變壓器的利用,給電力傳輸和電壓變換帶來了極大地方便。
(四)、家庭小電器電磁感應(yīng)的運(yùn)用
環(huán)保型手電在很多家庭中都能夠看見,也是很常見的家庭電器,他的工作原理利用了電磁感應(yīng)原現(xiàn)象。在日常生活中利用這種手電代替?zhèn)鹘y(tǒng)手電很有必要,傳統(tǒng)手電的電池在使用過后得不到很好的回收,會(huì)對(duì)環(huán)境造成巨大的污染。而利用環(huán)保手電不需要考慮污染問題,同時(shí)還能節(jié)約資金。動(dòng)圈式話筒在生活中很常見,工作原理依然離不開電磁感應(yīng)現(xiàn)象。生源進(jìn)入到話筒中后,使話筒中的金屬膜片發(fā)生震動(dòng),這是有一個(gè)線圈,是和膜片相連接的,和膜片同時(shí)震動(dòng)。線圈所處的位置是在永久磁鐵的磁隼錚所以這時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,電信號(hào)經(jīng)過擴(kuò)音器后傳播到揚(yáng)聲器一端,聲音由此被放大。
二、電磁感應(yīng)在發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用
(一)、汽輪發(fā)電機(jī)電磁感應(yīng)的應(yīng)用
汽輪發(fā)電機(jī)被廣泛應(yīng)用在火力發(fā)電廠及核電站中,工作的原理是利用高溫或高壓產(chǎn)生的強(qiáng)大氣體,推動(dòng)內(nèi)部汽輪機(jī),在氣體的持續(xù)推動(dòng)下,實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。然后通過皮帶等連接措施,使汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)相連,由汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)去帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。而發(fā)電機(jī)利用的原理正是電磁感應(yīng)原理。為了使發(fā)電效率有效提高,通常要使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在一個(gè)固定值。
(二)、水輪發(fā)電機(jī)電磁感應(yīng)的應(yīng)用
在大大小小的水電站中,都會(huì)運(yùn)用到水輪發(fā)電機(jī),水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理則是靠水的沖擊力推動(dòng),然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。所以要使水流保持很大的沖擊力,在水電站都會(huì)修建大壩進(jìn)行攔河,將水位抬高,使水的勢(shì)能得到增加。水輪發(fā)電機(jī)組擁有很大范圍的轉(zhuǎn)速以及容量,根據(jù)水電站的規(guī)模采用不同要求的水輪機(jī),實(shí)現(xiàn)發(fā)電的高效化。另外,水電站一般距離城市比較遠(yuǎn),輸電線路自然會(huì)變長(zhǎng),所以水輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
(三)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)電磁感應(yīng)的應(yīng)用
風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能通過風(fēng)車轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在風(fēng)力很大的地方,安裝上風(fēng)力發(fā)電的機(jī)械后,受到風(fēng)的吹動(dòng),風(fēng)車葉片會(huì)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),然后利用增速機(jī)把原有速度大大提高,去帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)行發(fā)電。在資源逐漸匱乏、環(huán)境越來越惡劣的情況下,清潔能源受到了人類的青睞,風(fēng)能則是清潔的可再生能源,受到了各國(guó)的高度重視,其蘊(yùn)含的能量比地球上能夠開發(fā)并加以利用的誰能要大數(shù)十倍。而且風(fēng)能取之不盡,用之不竭,人類需要利用現(xiàn)代技術(shù),結(jié)合電磁感應(yīng)原理,將風(fēng)能的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來。
(四)、柴油發(fā)電機(jī)電磁感應(yīng)的應(yīng)用
柴油發(fā)電機(jī)的動(dòng)力來源是柴油機(jī),利用柴油機(jī)工作帶來的能量帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作。柴油發(fā)電機(jī)體積可以很小,搬運(yùn)靈活、操作起來也比較簡(jiǎn)單,也有很多種類來滿足不同的需求。一些用電量比較大的單位和個(gè)人會(huì)選擇較大型號(hào)和功率的機(jī)器,一些用電量不是很大的,就可以選擇小巧輕便類型的。所以在鐵路和野外工地等地和學(xué)校、醫(yī)院等部門常用到柴油發(fā)電機(jī),有的用作臨時(shí)電源,有的用作備用電源。
結(jié)束語
電磁感應(yīng)現(xiàn)象在生活中被廣泛應(yīng)用,為人類帶來了巨大的轉(zhuǎn)變,小到家庭小電器,大到巨型發(fā)電機(jī),乃至航天、軍事、科研等領(lǐng)域?qū)﹄姶鸥袘?yīng)均有應(yīng)用,并且起著很重要的作用。其實(shí)電磁感應(yīng)能帶給我們的便利才剛剛開始,在今后的發(fā)展中,需要我們認(rèn)真學(xué)習(xí),不斷研究,勇于探索,加強(qiáng)創(chuàng)新,爭(zhēng)取為電磁感應(yīng)新應(yīng)用的研究做出貢獻(xiàn),進(jìn)一步使電磁感應(yīng)原理服務(wù)于社會(huì)。
參考文獻(xiàn)
[1]伍亞軍.高中物理電磁感應(yīng)教學(xué)[J].讀寫算(教研版),2014,(18):192-192.
如圖1就是iPhone手機(jī)的無線充電裝置,全稱“無線感應(yīng)電源墊充電器”.下面我們就一起揭開無線充電的神秘面紗.
現(xiàn)代無線充電技術(shù)有:“電磁感應(yīng)方式”“磁共振方式”和“電場(chǎng)耦合方式”等多種方式.
“電磁感應(yīng)方式”無線充電技術(shù)是目前手機(jī)、電動(dòng)牙刷、平板電腦最常用的充電方式.下面我們就介紹這種充電技術(shù).
電磁感應(yīng)方式采用了19世紀(jì)上半葉發(fā)現(xiàn)的一個(gè)物理現(xiàn)象.眾所周知,電流流過線圈時(shí),周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng).1820年,丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特(Hans Oersted)發(fā)現(xiàn)了這種電磁效應(yīng).
用沒有通電的其他線圈接近該磁場(chǎng),線圈中就會(huì)產(chǎn)生電流,由此點(diǎn)亮燈泡.1831年,英國(guó)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)向線圈供電的物理現(xiàn)象,并稱之為電磁感應(yīng)現(xiàn)象.
無線充電使用的充電座和手機(jī)終端分別內(nèi)置了線圈,使二者靠近便開始從充電座向終端供電.如圖2送電線圈安裝在無線充電使用的充電座上,當(dāng)電流流過送電線圈就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),受電線圈安裝在手機(jī)終端上,未通電的受電線圈靠近磁場(chǎng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電流給手機(jī)充電.無線充電就應(yīng)用了電磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種物理現(xiàn)象之間磁場(chǎng)關(guān)系.
為提高供電效率,需要使線圈之間的位置對(duì)齊,不產(chǎn)生偏移.因此,各廠商在位置定位方法方面紛紛開動(dòng)腦筋.
無線充電使用的充電座內(nèi)部排列了14個(gè)線圈,左右各7個(gè),用這些線圈覆蓋了充電座的絕大部分范圍(圖3).由此,終端可以比較自由地放置在充電座上.在7個(gè)線圈中可最多自動(dòng)選擇3個(gè)能高效傳輸?shù)木€圈來供電.將手機(jī)終端放在充電板上的任何位置任何方向均可充電.
楞次定律是解決感應(yīng)電流的方向如何確定的問題,它的內(nèi)容比較抽象,涉及電和磁之間的復(fù)雜關(guān)系,是高中物理教學(xué)中的難點(diǎn)之一。
楞次定律內(nèi)容:閉合導(dǎo)體回路中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。其中包含兩層含義:
因果關(guān)系,閉合導(dǎo)體回路中磁通量的變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的起因,而感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的出現(xiàn)是感應(yīng)電流存在的結(jié)果。因?yàn)楦袘?yīng)電流也是電流,同樣存在電流的磁效應(yīng),它也要產(chǎn)生磁場(chǎng)。直接地說:只有當(dāng)閉合導(dǎo)體回路中的磁通量發(fā)生變化時(shí),才會(huì)有感應(yīng)電流的磁場(chǎng)出現(xiàn)(產(chǎn)生感應(yīng)電流或產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的必要條件:導(dǎo)體回路閉合、磁通量發(fā)生變化)。
符合能量守恒定律:感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)閉合導(dǎo)體回路中磁通量的變化起到阻礙作用,這種阻礙作用是把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能,符合能量轉(zhuǎn)換守恒定律。
在這節(jié)教學(xué)過程中應(yīng)注意講清以下幾點(diǎn):
1.明確各個(gè)物理量之間的關(guān)系
當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量變化時(shí),閉合回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流也是電流,感應(yīng)電流也存在著電流的磁效應(yīng),它同樣產(chǎn)生磁場(chǎng),即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)。這樣回路中就有兩個(gè)磁場(chǎng):一個(gè)是原來的磁場(chǎng)(產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場(chǎng)),另外一個(gè)是感應(yīng)電流的磁場(chǎng)。
2.正確理解“阻礙”的含義
感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)于原來磁場(chǎng)的磁通量的變化有阻礙作用,但千萬不能理解為“阻止”原來磁通量的變化。感應(yīng)電流的磁通量是阻止不了原磁通量的變化的。感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)于原磁場(chǎng)磁通量的變化的“阻礙”作用應(yīng)理解成:當(dāng)原磁場(chǎng)的磁通量增加時(shí),則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相反;當(dāng)原磁場(chǎng)的磁通量減少時(shí),則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相同。這里的“阻礙”就是當(dāng)原磁場(chǎng)的磁通量增加時(shí),它起“反抗”作用;當(dāng)原磁場(chǎng)的磁通量減少時(shí),它起“補(bǔ)償”作用。即磁通量增加時(shí)反抗磁通量增加,磁通量減少時(shí)又補(bǔ)償磁通量的減少。
3.明確應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的方法步驟
(1)確定要研究的閉合回路。
(2)確定原磁場(chǎng)方向,再確定原磁場(chǎng)的磁通量的變化。
(3)如果原磁場(chǎng)的磁通量是增加的,則感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向與原磁場(chǎng)的方向相反;如果原磁場(chǎng)的磁通量是減少的,則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相同,從而確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向。
(4)根據(jù)上述的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向,再運(yùn)用安培定則來確定感應(yīng)電流的方向。
4.明確符合能量守恒定律
楞次定律的另一種表述:“電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的效果總是要阻礙引起感應(yīng)電流的導(dǎo)體(或磁體),靠近或遠(yuǎn)離過程中都要克服電磁力做功,外力克服電磁力做功的過程就是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程。由此還可以判斷電磁感應(yīng)現(xiàn)象中導(dǎo)體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向。”
我認(rèn)為,在教學(xué)中講清以上幾點(diǎn),對(duì)學(xué)生深刻理解楞次定律的內(nèi)容,掌握楞次定律的實(shí)質(zhì)是必不可少的,只有這樣才能使學(xué)生抓住定律的實(shí)質(zhì),融會(huì)貫通。
二、加強(qiáng)楞次定律的實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)1:如圖1所示,閉合線圈對(duì)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的彈簧(上的磁鐵)的阻礙作用,(請(qǐng)學(xué)生動(dòng)手驗(yàn)證)
實(shí)驗(yàn)2:用“物理實(shí)驗(yàn)微機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)”演示在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)磁體的阻礙作用及電磁感應(yīng)現(xiàn)象的瞬時(shí)性,演示實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。
注意:①在本實(shí)驗(yàn)中,由于學(xué)生看不見磁體塊(釹鐵硼)在鋁管中的下落情況,可能對(duì)屏幕上打出來的圖像(如圖3所示)有不同想法,注意引導(dǎo)學(xué)生利用圖像上的數(shù)據(jù)分析磁體塊的運(yùn)動(dòng)情況。②在以往的實(shí)驗(yàn)中,由于電流表指針回?cái)[的影響,磁鐵的插入和拔出不能連續(xù)進(jìn)行,因此學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的瞬時(shí)性了解不足。在此實(shí)驗(yàn)中,要結(jié)合屏幕上打出來的圖像進(jìn)行認(rèn)真講解。③要仔細(xì)介紹利用“物理實(shí)驗(yàn)微機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)”驗(yàn)證楞次定律的實(shí)驗(yàn)原理和裝置,使學(xué)生體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代化科技手段進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究的意識(shí)。
實(shí)驗(yàn)3:(備用實(shí)驗(yàn))用可拆變壓器演示電磁阻尼擺。
將屏幕切換到到習(xí)題2,分析磁鐵插入和拔出時(shí)線圈所受到作用力的情況及該作用力將使線圈做什么運(yùn)動(dòng)的情況(磁體靠近時(shí),推線圈遠(yuǎn)離;磁鐵遠(yuǎn)離時(shí),拉線圈隨之運(yùn)動(dòng))。
我們把在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中發(fā)生的這種現(xiàn)象,即對(duì)在發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的一方總是受到一個(gè)作用力的推動(dòng),使之隨主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的一方同向運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象,叫做電磁驅(qū)動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)4:用楞次定律演示儀演示電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象,并講解和驗(yàn)證開口環(huán)中只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)而沒有感應(yīng)電流的問題(演示換用強(qiáng)磁場(chǎng)后,開口環(huán)也運(yùn)動(dòng)起來,且運(yùn)動(dòng)規(guī)律與閉合環(huán)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全一樣)。
實(shí)驗(yàn)時(shí),先用普通條形磁鐵演示:閉合環(huán)被驅(qū)動(dòng),開口環(huán)不動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生分析,當(dāng)磁體插入開口環(huán)的過程中,必有磁通增量Φ,則開口環(huán)中應(yīng)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε=Φ/t,并在開口處積聚電荷形成一個(gè)電勢(shì)差,進(jìn)而分析得出:感應(yīng)電流應(yīng)是大量電荷定向移動(dòng)形成的,而由于積聚電荷對(duì)其它電荷的排斥作用,開口環(huán)處產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),應(yīng)該只是由極少量電荷的定向移動(dòng)形成的,它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)時(shí)也應(yīng)受到磁場(chǎng)力的作用,只是作用力太小,無法使儀器轉(zhuǎn)動(dòng)。
讓學(xué)生動(dòng)手驗(yàn)證:換用釹鐵硼磁體塊(如圖4所示),開口環(huán)果然運(yùn)動(dòng)起來,且被驅(qū)動(dòng)的規(guī)律與見到的閉合環(huán)的情實(shí)驗(yàn)6:(備用實(shí)驗(yàn))電磁驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)模型,如圖6所示。
三、加強(qiáng)楞次定律練習(xí)
習(xí)題1:兩根光滑的平行導(dǎo)軌MN、PQ水平固定,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與兩根導(dǎo)軌組成的平面垂直,現(xiàn)將兩根導(dǎo)線ab、cd平行放置在導(dǎo)軌上(如圖7所示),用外力拉導(dǎo)線ab向右運(yùn)動(dòng)。(1)請(qǐng)用左、右手定則判斷回路中感應(yīng)電流的方向及ab、cd導(dǎo)線受到的安培力的方向(a、b兩點(diǎn)哪一點(diǎn)的電勢(shì)高)?(2)請(qǐng)用楞次定律判斷回路中感應(yīng)電流的方向。
習(xí)題2:在圖8中,試判斷:(1)將條形磁鐵插入螺線管中時(shí),a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)高?感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)磁鐵的運(yùn)動(dòng)起什么作用?(2)將條形磁鐵從螺線管左端拔出時(shí),a、b兩點(diǎn)哪點(diǎn)的電勢(shì)高?感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)磁鐵的運(yùn)動(dòng)起什么作用?(3)將條形磁鐵從螺線管右端拔出時(shí),a、b兩點(diǎn)哪點(diǎn)的電勢(shì)高?感應(yīng)電流的磁場(chǎng)對(duì)磁鐵的運(yùn)動(dòng)起什么作用?
注意:通過分析、引導(dǎo)使學(xué)生深刻理解感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)總是起著阻礙作用(磁鐵靠近時(shí),阻礙其靠近;磁鐵遠(yuǎn)離時(shí),阻礙其遠(yuǎn)離),我們把在電磁感應(yīng)中發(fā)生的這種現(xiàn)象,即在發(fā)生電磁感應(yīng)時(shí)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的一方總是受到一個(gè)阻礙作用的現(xiàn)象,叫做電磁阻尼。
四、總結(jié)
當(dāng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象是由線圈(或磁體)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)(或?qū)Ь€受到的安培力)總是具有阻礙它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。
將屏幕返回到練習(xí)題2并分析:(1)阻礙它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不是阻礙“運(yùn)動(dòng)”;(2)磁鐵插入和拔出時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的磁場(chǎng)是怎樣阻礙它們之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的,尤其是電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象應(yīng)怎樣解釋為阻礙它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。
將屏幕返回到習(xí)題1,利用阻礙它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)直接分析導(dǎo)線ab、cd受到的安培力的方向。
五、結(jié)語
綜上所述,學(xué)習(xí)的根本目的是學(xué)以致用,所以引導(dǎo)學(xué)生將物理知識(shí)與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來,應(yīng)是當(dāng)今物理教學(xué)時(shí)時(shí)刻刻不能忘記的課題之一。
1、在不同環(huán)境溫度下其阻值是有區(qū)別的,電磁爐檢鍋負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻阻值一般是100或者200歐姆;
2、不同廠家所設(shè)的電阻值是不一樣的。電磁爐是利用電磁感應(yīng)原理制成的,在勵(lì)磁線圈中通以交流電,產(chǎn)生交變磁場(chǎng);
3、由于電磁感應(yīng)效應(yīng),在鐵或不銹鋼制成的金屬鍋中會(huì)產(chǎn)生渦電流,電流的焦耳熱就可以對(duì)食物進(jìn)行加熱和烹飪;
4、這種最新的加熱方式,能減少熱量傳遞的中間環(huán)節(jié),可大大提升制熱效率,比傳統(tǒng)爐具節(jié)省能源一半以上。
(來源:文章屋網(wǎng) )
不同品牌的電磁爐設(shè)置的代碼也不一樣的,不知道您使用的是什么品牌的,如果是格蘭仕的e1則表示igbt超溫,無鍋或鍋具材料不合適,美的的話E1就是短路(主傳感器壞),格力的就是電壓過高。
電磁爐又稱為電磁灶,1957年第一臺(tái)家用電磁爐誕生于德國(guó)。1972年,美國(guó)開始生產(chǎn)電磁爐,20世紀(jì)80年代初電磁爐在歐美及日本開始熱銷。
電磁爐的原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,即利用交變電流通過線圈產(chǎn)生方向不斷改變的交變磁場(chǎng),處于交變磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的內(nèi)部將會(huì)出現(xiàn)渦旋電流(原因可參考法拉第電磁感應(yīng)定律),這是渦旋電場(chǎng)推動(dòng)導(dǎo)體中載流子(鍋里的是電子而絕非鐵原子)運(yùn)動(dòng)所致;渦旋電流的焦耳熱效應(yīng)使導(dǎo)體升溫,從而實(shí)現(xiàn)加熱。
(來源:文章屋網(wǎng) )
1 從電與磁的關(guān)系理解奧斯特實(shí)驗(yàn)
長(zhǎng)期以來,磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象是被分別進(jìn)行研究的,特別是吉爾伯特對(duì)磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象進(jìn)行深入分析對(duì)比后斷言電與磁是兩種截然不同的現(xiàn)象,沒有什么一致性。但是電與磁是否有一定的聯(lián)系的疑問一直縈繞在一些有志探索的科學(xué)家的心頭。
丹麥物理學(xué)家奧斯特(H.C.Oersted,1777~1851)就是其中的一位。他是康德哲學(xué)思想的信奉者,深受康德等人關(guān)于各種自然力相互轉(zhuǎn)化的哲學(xué)思想的影響,奧斯特堅(jiān)信客觀世界的各種力具有統(tǒng)一性,并開始對(duì)電、磁的統(tǒng)一性的研究。
1820年4月的一天晚上,奧斯特在為精通哲學(xué)及具備相當(dāng)物理知識(shí)的學(xué)者講課時(shí),突然來了“靈感”,在講課結(jié)束時(shí)說:“讓我把通電導(dǎo)線與磁針平行放置來試試看!”于是,他在一個(gè)小伽伐尼電池的兩極之間接上一根很細(xì)的鉑絲,在鉑絲正下方放置一枚磁針,然后接通電源,小磁針微微地跳動(dòng),轉(zhuǎn)到與鉑絲垂直的方向。
小磁針的擺動(dòng),對(duì)聽課的聽眾來說并沒什么,但對(duì)奧斯特來說實(shí)在太重要了,多年來盼望出現(xiàn)的現(xiàn)象,終于看到了,當(dāng)時(shí)簡(jiǎn)直使他楞住,他又改變電流方向,發(fā)現(xiàn)小磁針向相反方向偏轉(zhuǎn),說明電流方向與磁針的轉(zhuǎn)動(dòng)之間有某種聯(lián)系。 奧斯特為了進(jìn)一步弄清楚電流對(duì)磁針的作用,于1820年4月到7月,費(fèi)了三個(gè)月的時(shí)間,做了六十多個(gè)實(shí)驗(yàn),他把磁針放在導(dǎo)線的上方、下方,考察了電流對(duì)磁針作用的方向;把磁針放在距導(dǎo)線不同距離,考察電流對(duì)磁針作用的強(qiáng)弱;把玻璃、金屬、木頭、石頭、瓦片、松脂,水等放在磁針與導(dǎo)線之間,考察電流對(duì)磁針的影響;……。
于1820年7月21日發(fā)表了題為《關(guān)于磁針上電流碰撞的實(shí)驗(yàn)》的論文,這篇論文僅用四頁紙,十分簡(jiǎn)潔地報(bào)告了他的實(shí)驗(yàn),向科學(xué)界宣布了電流的磁效應(yīng)。1820年7月21日作為一個(gè)劃時(shí)代的日子載入史冊(cè),它揭開了電磁學(xué)的序幕,標(biāo)志著電磁學(xué)時(shí)代的到來。奧斯特也因此成為第一個(gè)揭示電和磁聯(lián)系的人,也為后來法拉第的電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
后來,人們利用電流磁效應(yīng)將直導(dǎo)線彎成螺線管狀,制成了通電螺線管,使電流的磁場(chǎng)加強(qiáng)了,為了使通電螺線管的磁性更強(qiáng),人們又在螺線管中插入鐵芯,從而導(dǎo)致電磁鐵的發(fā)明。由于電磁鐵的磁性又有可控制――電流的通、斷;磁性強(qiáng)弱可調(diào)節(jié)――電流的大小和線圈匝數(shù);磁極可改變――電流的方向等優(yōu)點(diǎn),漸漸地電磁鐵替代了永磁體。于是,人們將電磁鐵應(yīng)用到電磁起重機(jī)、電吉他、電話、磁懸浮列車、電磁繼電器等等方面,為人類作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。
有人說奧斯特的電流磁效應(yīng)是“偶然地發(fā)現(xiàn)了磁針轉(zhuǎn)動(dòng)”,當(dāng)然也不無道理,但是法國(guó)的巴斯德說得好:“在觀察的領(lǐng)域中,機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦?!?/p>
2 從力學(xué)角度理解奧斯特實(shí)驗(yàn)
奧斯特實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:把通電導(dǎo)線與磁針平行放置,接通電源,小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。從力學(xué)角度分析,小磁針偏轉(zhuǎn),也就是發(fā)生了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變,那么,它一定是受到力的作用。這個(gè)施力物就是電流,也就是說,電流對(duì)小磁針(即磁體)存在力的作用。根據(jù)力的作用是相互的,同學(xué)們應(yīng)該想到什么?――磁體也應(yīng)該對(duì)電流存在力的作用?;谶@個(gè)思路,科學(xué)家們通過多次實(shí)驗(yàn)證明磁體對(duì)放入磁場(chǎng)中的通電直導(dǎo)體的確有力的作用,通過實(shí)驗(yàn)還證明:通電在磁場(chǎng)中受力的方向與磁感線方向和電流方向有關(guān),且三個(gè)方向兩兩互相垂直。磁場(chǎng)可讓通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力能平移運(yùn)動(dòng);后來,科學(xué)家將通電線圈放入磁場(chǎng)中,發(fā)現(xiàn)通電線圈在磁場(chǎng)中將受力而轉(zhuǎn)動(dòng)。只是每當(dāng)轉(zhuǎn)到平衡位置(線圈平面與磁感應(yīng)線垂直)時(shí),因受一對(duì)平衡力而靜止下來??茖W(xué)家們通過反復(fù)的分析、論證和試驗(yàn),終于利用換向器在每當(dāng)線圈由于慣性作用轉(zhuǎn)過平衡位置時(shí)自動(dòng)改變線圈中的電流方向來改變線圈的受力方向,從而實(shí)現(xiàn)線圈能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。而最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的發(fā)明。
電動(dòng)機(jī)的工作原理就是利用“通電線圈在磁場(chǎng)中受力而轉(zhuǎn)動(dòng)的性質(zhì)”制成的 ,在這個(gè)過程中,消耗了電能而獲得了線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能。
3 從逆向思維角度理解奧斯特實(shí)驗(yàn)
1緊扣《課程標(biāo)準(zhǔn)》解讀新增考點(diǎn)
2014年物理《測(cè)試說明》刪除了2013年《測(cè)試說明》考點(diǎn)50中“互感”,增加了“渦流”,該考點(diǎn)變?yōu)椤白愿袦u流”。從《測(cè)試說明》來看“渦流”的確是新增考點(diǎn),但它又是教材上的原來就有的,電磁感應(yīng)知識(shí)體系下的內(nèi)容。這就要求對(duì)新增考點(diǎn)的解讀必需在《課程標(biāo)準(zhǔn)》的統(tǒng)領(lǐng)下來進(jìn)行。課標(biāo)對(duì)應(yīng)渦流的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)表述是“通過實(shí)驗(yàn),了解自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象。舉例說明自感現(xiàn)象和渦流現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用”。其后還附帶了一個(gè)示例“例3觀察家用電磁灶,了解電磁灶的結(jié)構(gòu)和原理?!?/p>
無論是內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)還是示例表述都用到了“了解”這一行為動(dòng)詞,“了解”到底是指要達(dá)到什么水平呢?江蘇省的《物理課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)要求》對(duì)行為動(dòng)詞的說明中“了解”的水平含義表述為“再認(rèn)或回憶知識(shí);識(shí)別、辨認(rèn)事實(shí)或證據(jù);舉出例子;描述對(duì)象的基本特征”。由此結(jié)合教材基本可以確定渦流的教學(xué)要求應(yīng)該是:了解渦流的成因,了解渦流的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。通過實(shí)例分析了解渦流現(xiàn)象在實(shí)際生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用和危害。結(jié)合《課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)《測(cè)試說明》進(jìn)行解讀,使得新增考點(diǎn)的復(fù)習(xí)教學(xué)要求進(jìn)一步得以明確。
2合理定位教學(xué)目標(biāo),有效組織復(fù)習(xí)教學(xué)
2014年江蘇省物理高考《測(cè)試說明》有98條考點(diǎn),如何就一條考點(diǎn)在復(fù)習(xí)時(shí)間、數(shù)量和難度上恰如其分的做出要求,提高復(fù)習(xí)教學(xué)的效率?合理的定位復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo)是關(guān)鍵。渦流的具體復(fù)習(xí)教學(xué)目標(biāo)可以表述為:
(1)學(xué)生能夠通過可拆變壓器渦流熱效應(yīng)的演示,識(shí)別這也是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象,由此來解釋渦流產(chǎn)生的原因。
(2)學(xué)生能例舉幾個(gè)教材或習(xí)題中出現(xiàn)過的渦流在生產(chǎn)和生活應(yīng)用的實(shí)例,針對(duì)電磁爐和變壓器著重了解渦流熱效應(yīng)的有效利用和危害防止。
(3)通過習(xí)題設(shè)置,用電磁感應(yīng)的知識(shí)來解釋電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng),了解到渦流有機(jī)械效應(yīng)。
以上作為高考復(fù)習(xí)課的教學(xué)目標(biāo),顯然比《課程標(biāo)準(zhǔn)》的教學(xué)要求更高,也更具體。以此作為導(dǎo)引,用可拆變壓器渦流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)演示和課堂提問來達(dá)成目標(biāo)(1),通過電磁爐和變壓器的實(shí)例分析來達(dá)成目標(biāo)(2),用習(xí)題的形式讓學(xué)生了解電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)來達(dá)成目標(biāo)(3)。從目標(biāo)達(dá)成的路徑上看,首先典型的演示實(shí)驗(yàn)仍然可以在復(fù)習(xí)課上再現(xiàn),起到引導(dǎo)回憶、強(qiáng)化體驗(yàn)、推進(jìn)教學(xué)的作用。其次習(xí)題不是復(fù)習(xí)課的目的,而是達(dá)成復(fù)習(xí)目標(biāo)的媒介之一,要為復(fù)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成服務(wù)。習(xí)題設(shè)置要緊扣課標(biāo)突出核心內(nèi)容的考察,兼顧知識(shí)的考察。如電磁爐的原理在習(xí)題設(shè)置中就要重點(diǎn)關(guān)注,電磁阻尼和驅(qū)動(dòng)的習(xí)題設(shè)置要點(diǎn)到為止。合理定位教學(xué)目標(biāo),以目標(biāo)為導(dǎo)引來調(diào)動(dòng)教學(xué)資源,設(shè)置教學(xué)活動(dòng),編選練習(xí)題目是提高復(fù)習(xí)有效性重要方法。
3重視模擬命題分析,號(hào)準(zhǔn)新增考點(diǎn)的“考脈”
重視高三學(xué)年各地高考模擬題的歸類分析,能幫助我們把握新增考點(diǎn)的命題形式和命題難度,真正號(hào)準(zhǔn)新增考點(diǎn)的“考脈”。以“渦流”為例,選取了3道模擬題和1道高考真題來梳理一下新增考點(diǎn)的考查脈絡(luò)。
南通市2014屆高三第二次調(diào)研測(cè)試物理卷第7題,低頻電渦流傳感器可用來測(cè)量自動(dòng)化生產(chǎn)線上金屬板的厚度。如圖1所示,在線圈L1中通以低頻交流電,它周圍會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng),其正下方有一個(gè)與電表連接的線圈L2,金屬板置于1、L2之間。當(dāng)線圈厶產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)透過金屬板,L2中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于金屬板厚度不同,吸收電磁能量強(qiáng)弱不同,導(dǎo)致L2中感應(yīng)電流的強(qiáng)弱不同則(A、D)
A.金屬板吸收電磁能量,是由于穿過金屬板的磁場(chǎng)發(fā)生變化,板中產(chǎn)生渦流
B.金屬板越厚,渦流越弱
C.L2中產(chǎn)生的是直流電
D.L2中產(chǎn)生的是與L1中同頻率的交流電
南通市2014屆高三第三次調(diào)研測(cè)試物理卷第3題,鋪設(shè)海底金屬油氣管道時(shí),焊接管道需要先用感應(yīng)加熱的方法對(duì)焊口兩側(cè)進(jìn)行預(yù)熱。將被加熱管道置于感應(yīng)線圈中(圖2),當(dāng)感應(yīng)線圈中通以電流時(shí)管道發(fā)熱。下列說法中正確的是(D)
A.管道發(fā)熱是由于線圈中的電流直接流經(jīng)管道引起的
B.感應(yīng)加熱是利用線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱加熱管道的
C.感應(yīng)線圈中通以恒定電流時(shí)也能在管道中產(chǎn)生電流
D.感應(yīng)線圈中通以正弦交流電在管道中產(chǎn)生的渦流也是交流電
江蘇省2014高考?jí)狠S物理卷第4題,如圖3(a)為放在電磁灶加熱板上的鍋底剖面圖,B是加熱線圈中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)從圓心沿徑向分布。其磁感線分布形狀如圖3(b)所示的傘形。B的變化激起鍋底內(nèi)部產(chǎn)生渦流。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn),鍋底產(chǎn)生的熱功率與交流電的頻率平方成正比,與加熱線圈的電流強(qiáng)度和匝數(shù)的平方成正比,加熱線圈一般用16~20股直徑為0.5 mm的銅絲絞合制成。關(guān)于電磁灶的說法正確的是(C)
A.電磁灶接高壓直流電也能加熱食物
B.電磁灶可以用鐵鍋也可能用鋁鍋,鋁鍋比鐵鍋加熱效果更好
C.電磁灶是通過鍋底渦流發(fā)熱,與普通電爐相比不存在熱量在傳遞過程中的損耗
D.鍋底做成平底是為了加強(qiáng)穩(wěn)定性,實(shí)際上圓底鍋也能很好加熱食物
2014年高考物理江蘇卷第7題,如圖4所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來。若要縮短上述加熱時(shí)間,下列措施可行的有(A、B)
A.增加線圈的匝數(shù) B.提高交流電源的頻率
C.將金屬杯換為瓷杯
D.取走線圈中的鐵芯
近年來,隨著電子汽車衡在各行各業(yè)的普及應(yīng)用,以及集成電路對(duì)電壓和電流脈沖的敏感程度越來越高,雷電對(duì)電子汽車衡的侵害也日益頻繁,影響了企業(yè)的正常稱重計(jì)量。根據(jù)雷電的破壞性和特點(diǎn),可將雷電分為直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷瞬間電流達(dá)數(shù)十萬安培,所產(chǎn)生的電效應(yīng)和熱效應(yīng)能導(dǎo)致火災(zāi),熔化物體;感應(yīng)雷亦稱二次雷擊比直擊雷成災(zāi)率更高,間接損失更大,是20世紀(jì)80年代以來雷電災(zāi)害最顯著的特征,也是雷電防御技術(shù)迫切需要解決的難題。以下針對(duì)各自的特點(diǎn),談?wù)劮览状胧?/p>
一、直擊雷的預(yù)防
由于電子汽車衡多處空曠地帶,周圍少有高層建筑物,或不處在高層建筑物的防雷系統(tǒng)的保護(hù)范圍內(nèi),這就有可能與空中帶電云團(tuán)之間產(chǎn)生放電,產(chǎn)生直接雷擊。為此,在易產(chǎn)生雷電干擾破壞的地區(qū)必須采取可靠的防雷措施,以免造成雷擊破壞。我們可根據(jù)具體地點(diǎn),按規(guī)范合理設(shè)置避雷針,以尖端放電效應(yīng)中和云團(tuán)中的電荷,有效地保護(hù)電子稱重系統(tǒng),避免遭受直接雷擊。 直擊雷防雷設(shè)備的作用是接閃,即防止雷電直接擊中計(jì)量室以及接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的各種金屬管線和用電設(shè)備。對(duì)于在接閃器保護(hù)范圍外的各種金屬導(dǎo)線以及由直擊雷所產(chǎn)生的感應(yīng)雷電是不能保護(hù)的。
二、感應(yīng)雷的預(yù)防
當(dāng)雷電放電路徑不經(jīng)過防雷保護(hù)裝置時(shí),放電過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)在附近的導(dǎo)體中感應(yīng)到強(qiáng)大的電磁脈沖,稱感應(yīng)雷。感應(yīng)雷可通過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體。
1.防靜電感應(yīng)雷擊。雷雨時(shí),空中的帶電云團(tuán)同室外的秤臺(tái)之間雖然并沒有產(chǎn)生直接雷擊,但通過靜電耦合會(huì)使設(shè)備帶上與云團(tuán)極性相反的電荷。當(dāng)空中帶電云團(tuán)與其它云團(tuán)產(chǎn)生雷擊放電,突然消失時(shí),為疏散聚集在秤臺(tái)頂部的大量電荷,就會(huì)產(chǎn)生很大的回流電流。一臺(tái)電子汽車衡一般有6 至 10 個(gè)支承點(diǎn)與傳感器連接,當(dāng)靜電感應(yīng)雷擊造成大電流回流時(shí),上述承載點(diǎn)就是回流通道的不良環(huán)節(jié),就會(huì)在電路中形成靜電感應(yīng)。為此,必須在傳感器的上、下端(如橋式稱重傳感器)或左、右端(如懸臂梁式稱重傳感器)設(shè)置大電流旁路電纜,即采用一根多股編織銅線跨接,使整個(gè)傳感器形成對(duì)地等電位狀態(tài),基礎(chǔ)板與承重臺(tái)連接為一個(gè)等勢(shì)體,可以防止意外電流從傳感器上經(jīng)過而造成傳感器損壞。這樣,秤臺(tái)與電子汽車衡接地網(wǎng)之間有了大電流回流通道,當(dāng)靜電感應(yīng)時(shí),可以從大地補(bǔ)充電子,使其中和,不致因設(shè)備產(chǎn)生高電位后不能快速疏散。
2.防電磁感應(yīng)雷擊。近年來,電子汽車衡除了受到直擊雷的危害外,更多是雷電的電磁效應(yīng)所產(chǎn)生的對(duì)精密電子設(shè)備具有破壞性質(zhì)的電涌電流。
(1)電涌的產(chǎn)生及危害。電涌是微秒量級(jí)的異常大的電流脈沖,其波動(dòng)時(shí)間一般在 0.25~20μS,其單位能量一般在 2.5~10MJ/Ω,它可使電子設(shè)備受到瞬間過電壓而遭破壞。而雷電是導(dǎo)致電涌的最明顯的原因,當(dāng)空中雷擊時(shí),帶異性電荷云團(tuán)間產(chǎn)生強(qiáng)烈放電,會(huì)產(chǎn)生幅值大和上升沿很陡的電磁場(chǎng),這種高強(qiáng)度的瞬變電磁場(chǎng)會(huì)使在電磁場(chǎng)所涉及的導(dǎo)體上產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而使稱重儀表、計(jì)算機(jī)主機(jī)和顯示器的元器件損壞。因此,雷電通過擊中電源線、信號(hào)線和雷電的電磁脈沖的影響所產(chǎn)生的電涌,可以使計(jì)算機(jī)、儀器儀表等電子設(shè)備受到瞬間過電壓而遭到破壞。另外,大型電機(jī)設(shè)備、電梯、發(fā)電機(jī)、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會(huì)引發(fā)電涌。UPS 也可能被電涌摧毀。
(2)電涌防護(hù)原理。在電涌的防護(hù)當(dāng)中,電涌保護(hù)器的使用已日趨頻繁;電涌防護(hù)器(SPD,SurgeprotectionDevice),是至少應(yīng)包含一個(gè)非線性電壓限制元件,用于限制暫態(tài)過電壓和分流浪涌電流的裝置。電涌不能被阻止,因?yàn)樗哪芰刻珡?qiáng)。正是由于這種原因,保護(hù)敏感電氣設(shè)備免受電涌損壞的策略是把電涌從設(shè)備分流。
(3)電涌防護(hù)方案。雷電的感應(yīng)浪涌電壓的入侵途徑除了進(jìn)線電源外,主要是通過信號(hào)線竄入設(shè)備內(nèi)部,致使稱重儀表、計(jì)算機(jī)的接口電路損壞,因此,應(yīng)高度重視對(duì)電涌的防范,切不可抱有僥幸心理。為了進(jìn)一步降低電涌的傷害,我們擬訂了以下預(yù)防方案。
一是合理布線和屏蔽。進(jìn)入磅房的低壓電力電纜宜埋地引入,采用具有金屬鎧裝屏蔽層的電纜,且屏蔽層兩端接地,以最大限度地衰減從各種導(dǎo)線引入的雷電高電壓。
二是等電位聯(lián)合接地,即防雷接地、保護(hù)接地、工作接地共同接到秤體接地網(wǎng)上,地網(wǎng)阻值要求在 4Ω以下。這種接地方式有效地降低了接地電阻,又可使設(shè)備之間的地電位相等。使整個(gè)衡器計(jì)量系統(tǒng)有一個(gè)共同的接地系統(tǒng)。
三是安裝電涌防護(hù)器。對(duì)電源系統(tǒng)的防雷應(yīng)采取三級(jí)防雷系統(tǒng),磅房?jī)?nèi) 220/380V 供電系統(tǒng)采用 TN-C-S 型式,由于磅房?jī)?nèi)電子設(shè)備相距很近,只需在電源入口下端安裝電源第一、二級(jí)復(fù)合防雷保護(hù)器,即在各相線與中性線之間安裝 FYS-0.22kV 型避雷器,實(shí)施配電系統(tǒng)的第一、二級(jí)防雷保護(hù);在與計(jì)量系統(tǒng)有關(guān)的電源插座處,安裝電涌防護(hù)器用于電源的第三級(jí)防護(hù)。通過多級(jí)電源防雷設(shè)施,徹底泄放雷電過電流,限制過電壓,盡可能防止雷電通過電力線路竄入計(jì)量系統(tǒng),損壞系統(tǒng)設(shè)備。 同時(shí)對(duì)計(jì)量室網(wǎng)絡(luò)連接采用 ADSL 專線接入的,為了避免通信電纜引入雷電的可能性,采用的技術(shù)是在電纜接入計(jì)量系統(tǒng)前先接入信號(hào)避雷器(信號(hào) SPD),盡可能地降低雷電對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的沖擊。
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:北大期刊
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榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
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