变化的电磁场之在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势
交流电的产生原理
交流电的产生原理
交流电的产生原理是利用电磁感应现象而实现的。
电磁感应是指导体在磁场中运动时会产生感应电动势的现象。
而交流电就是指电流方向定期地反转的电流。
交流电的产生有几种常见的方式。
第一种方式是通过旋转线圈在磁场中。
当一个线圈在磁场中旋转时，线圈内部的磁通量随着角度的变化而变化。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会引起线圈内部的感应电动势。
当线圈的角速度与旋转频率相等时，感应电动势的大小和方向也发生周期性的变化，从而产生交流电。
这种产生交流电的装置叫做发电机。
第二种方式是通过交变磁场的作用。
当一个磁场的方向周期性地变化时，磁场中的导体会产生感应电动势。
这也是电磁感应现象的另一种表现形式。
可以利用这一原理来产生交流电。
一种常见的装置是变压器，它利用一个交变电源产生交变磁场，从而感应出交流电。
第三种方式是利用振荡电路。
振荡电路是由电容器和电感器组成的电流变化周期性的电路。
当电容器和电感器在不同的时间间隔内充放电时，电路中的电流大小和方向会周期性地变化。
这样就可以产生交流电。
振荡电路广泛应用于无线电和通信技术中。
通过以上方式，我们可以实现交流电的产生。
交流电具有频率可调、方便输送等优点，广泛应用于生活和工业中。
电工进网作业许可考试(高压类)题库练习—单项选择题6
A、小于零
B、等于零
C、大于零
D、无穷大
答案：正确答案是：D
1022、PRW10-12F型熔断器型号含意中P表示熔断器为（）。
A、喷射式
B、储气式
C、压气式
D、产气式
答案：正确答案是：A
1023、PRW10-12F型熔断器的灭（消）弧管可多次使用，但内径大于（）时，应更换灭（消）弧管。
A、LJ
B、TJ
C、GJ
D、LGJ
答案：正确答案是：C
1066、混凝土电杆基础一般采用（）基础。
A、底盘、卡盘、拉盘
B、宽基、窄基
C、水泥
D、岩石
答案：正确答案是：A
1067、高压电容器严禁（）时合闸，以防止产生过电压。
A、带电压
B、带电流
C、带电荷
D、不带电荷
答案：正确答案是：C
1068、FN5-10R/400型负荷开关的额定电压是（）。
A、工作电压
B、相电线
C、线电压
D、安全电压
答案：正确答案是：A
1009、高压电气设备停电检修时，为防止检修人员走错位置，误入带电间隔及过分接近带电部分，一般采用（）进行防护。
A、绝缘台
B、绝缘垫
C、标示牌
D、遮拦
答案：正确答案是：D
1010、电容器外壳及构架接地的电容器组与（）的连接应牢固可靠。
A、电力网
A、5kV
B、10kV
C、400kV
D、50kV
答案：正确答案是：B
1069、承力接续金具的握着力不应小于该导线计算拉断力的（）。
A、85%
B、90%
C、95%
D、10%
电磁感应的应用例子
电磁感应的应用例子电磁感应是电磁学的重要概念之一，广泛应用于各个领域。
下面列举了10个电磁感应的应用例子。
1. 发电机：发电机利用电磁感应原理将机械能转化为电能。
当导体在磁场中运动或磁场变化时，导体内产生感应电动势，通过导线外的电路就可实现能量转换。
2. 变压器：变压器利用电磁感应原理调整输入电压和输出电压的比例。
当输入电流通过一根绕在铁心上的线圈时，在另一根绕在同一铁心上的线圈中就会感应出相应的电流。
3. 感应加热：感应加热利用电磁感应原理产生感应电流，在导体中产生热量。
这种方法广泛应用于工业生产中的熔炼、焊接和热处理等领域。
4. 感应炉：感应炉是一种利用电磁感应原理加热物体的设备。
它通过感应线圈产生的交变磁场使工件内部产生感应电流，从而使工件加热。
5. 磁力计：磁力计是一种测量磁场强度的仪器，利用电磁感应原理。
当磁场发生变化时，磁力计中的线圈会感应出电动势，通过测量电动势的大小可以间接测量磁场强度。
6. 刷卡门禁系统：刷卡门禁系统利用电磁感应原理实现对门禁的控制。
门禁系统中的读卡器会产生一个电磁场，当刷卡时，卡片内的芯片会感应到这个电磁场并产生响应，从而实现门禁的开关。
7. 电磁感应式水表：电磁感应式水表利用电磁感应原理测量水的流量。
当水流经过水表中的导体时，会产生感应电动势，通过测量电动势的大小可以计算出水的流量。
8. 电磁炮：电磁炮是一种利用电磁感应原理发射物体的装置。
它通过电流通过线圈产生磁场，然后利用磁场对物体施加力，从而将物体发射出去。
9. 感应电动机：感应电动机是一种利用电磁感应原理工作的电动机。
当线圈中通过交变电流时，会产生感应电动势，从而使电动机转动。
10. 电磁感应炉：电磁感应炉是一种利用电磁感应原理加热金属的设备。
它通过感应线圈产生的交变磁场使金属内部产生感应电流，从而使金属加热。
以上是电磁感应的一些应用例子，电磁感应的原理在生活中和工业生产中有着广泛的应用。
通过利用电磁感应，可以实现能量转换、测量、控制和加热等多种功能，为我们的生活和工作带来了便利。
产生感应电动势的方法
产生感应电动势的方法# 产生感应电动势的方法## 一、为什么这个方法值得学？嘿，朋友！你有没有想过，在我们生活中的很多电器设备，像发电机啦，变压器啦，它们的工作原理都和感应电动势有关呢？如果你对物理或者电子工程感兴趣，或者你想搞懂那些神奇的电器到底是怎么工作的，那学会产生感应电动势的方法可太有用了。
这篇文章呀，就会像一个贴心的小助手，把产生感应电动势的方法讲得明明白白的。
你能学到好几种产生感应电动势的实用技巧，还能了解到在这个过程中要注意些什么。
这就像是给你一把钥匙，让你打开理解电磁感应这个奇妙世界的大门呢！## 二、方法概述：简单描述核心思路产生感应电动势其实主要就是围绕着磁通量的变化来做文章的。
就像是一场磁与电的舞蹈，总共大概有三种主要的“舞步”：一是改变磁场的强度，二是改变线圈的面积，三是改变磁场与线圈的夹角。
只要掌握了这三个关键的变化方式，就能实现产生感应电动势这个目标啦。
## 三、分步骤详细解析：教会读者具体操作3.1改变磁场强度产生感应电动势这一步就像是在调整舞台上灯光的亮度来影响舞台效果一样。
磁场强度就是这个舞台上的“灯光亮度”。
作用：磁场强度的改变直接影响着磁通量。
磁通量就像是水流，磁场强度大的时候，磁通量这个“水流”就大；磁场强度小的时候，“水流”就小。
而磁通量的变化就会产生感应电动势，这可是整个电磁感应的关键。
具体操作方法：我们可以通过靠近或者远离磁体来改变磁场强度。
比如说，有一个线圈放在桌子上，旁边有一块磁铁。
当我们把磁铁慢慢地靠近线圈的时候，磁场强度就在不断增加，就好像是灯光越来越亮。
这个时候，线圈里就会产生感应电动势。
再比如，在一些电磁设备中，通过增加或者减少电磁铁的电流，就能改变电磁铁产生的磁场强度，从而在周围的线圈中产生感应电动势。
这就像在调光器上调节电流大小来改变灯光亮度一样。
小贴士或注意事项：在操作的时候要注意磁场的方向哦。
因为磁场方向不同，感应电动势的方向可能也会不一样。
电感的公式
电感的公式电感基本公式：L＝Ψ/I。
意义是单位电流引起线圈的磁通量。
电感是闭合回路的一种属性，是一个物理量。
一、电感的定义是这样的：1、电压除以电流对时间的导数之商。
2、l=phi/i（在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感）。
3、电感就是导线内通过交流电流时,在导线的内部及其周围产生接头处磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。
4、电感定义式l＝ψ/i，意义是单位电流引起线圈的磁通量。
二、电感器件电感量的计算公式：方法1、l=μ×ae*n2/l其中：l则表示电感量、μ则表示磁心的`磁导率、ae则表示磁心的截面积、n则表示线圈的匝数、lm则表示磁心的磁路长度。
方法2、经验公式：l=（k*μ0*μs*n2*s）/l其中μ0为真空磁导率=4π*10（-7）。
（10的负七次方）μs为线圈内部磁芯的相对磁导率，空心线圈时μs=1n2为线圈圈数的平方s线圈的截面积，单位为平方米l线圈的长度，单位为米k系数，取决于线圈的半径（r）与长度（l）的比值。
排序出来的电感量的单位为亨利（h）。
电感定义导体的一种性质，用导体中崔元孙的电动势或电压与产生此电压的电流变化率之值要量度。
稳中求进恒电流产生平衡的磁场，不断变化的电流(交流)或差值的直流产生变化的磁场，变化的磁场反过来并使处在此磁场的导体崔元孙电动势。
崔元孙电动势的大小与电流的变化率成正比。
比例因数称作电感，以符号l则表示，单位为亨利(h)。
电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。
这种电感称为自感，是闭合回路自己本身的属性。
假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感。
第八章电磁感应 电磁场习题解答-感生电场习题
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载第八章电磁感应电磁场习题解答-感生电场习题地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容第八章电磁感应电磁场习题解答8 －6 一铁心上绕有线圈100匝，已知铁心中磁通量与时间的关系为，求在时，线圈中的感应电动势．分析由于线圈有N 匝相同回路，线圈中的感应电动势等于各匝回路的感应电动势的代数和，在此情况下，法拉第电磁感应定律通常写成，其中称为磁链．解线圈中总的感应电动势当时，．8 －7 有两根相距为d 的无限长平行直导线，它们通以大小相等流向相反的电流，且电流均以的变化率增长．若有一边长为d 的正方形线圈与两导线处于同一平面内，如图所示．求线圈中的感应电动势．分析本题仍可用法拉第电磁感应定律来求解．由于回路处在非均匀磁场中，磁通量就需用来计算（其中B 为两无限长直电流单独存在时产生的磁感强度B1 与B2 之和）．为了积分的需要，建立如图所示的坐标系．由于B 仅与x 有关，即，故取一个平行于长直导线的宽为ｄx、长为d 的面元ｄS，如图中阴影部分所示，则，所以，总磁通量可通过线积分求得（若取面元，则上述积分实际上为二重积分）．本题在工程技术中又称为互感现象，也可用公式求解．解1 穿过面元ｄS 的磁通量为因此穿过线圈的磁通量为再由法拉第电磁感应定律，有解2 当两长直导线有电流I 通过时，穿过线圈的磁通量为线圈与两长直导线间的互感为当电流以变化时，线圈中的互感电动势为8 －10 如图（ａ）所示，把一半径为R 的半圆形导线OP 置于磁感强度为B的均匀磁场中，当导线以速率v 水平向右平动时，求导线中感应电动势E 的大小，哪一端电势较高？分析本题及后面几题中的电动势均为动生电动势，除仍可由求解外（必须设法构造一个闭合回路），还可直接用公式求解．在用后一种方法求解时，应注意导体上任一导线元ｄl 上的动生电动势.在一般情况下，上述各量可能是ｄl 所在位置的函数．矢量（v ×B）的方向就是导线中电势升高的方向．解1 如图（ｂ）所示，假想半圆形导线OP 在宽为2R 的静止形导轨上滑动，两者之间形成一个闭合回路．设顺时针方向为回路正向，任一时刻端点O 或端点P 距形导轨左侧距离为x，则即由于静止的形导轨上的电动势为零，则ε ＝－2RvB．式中负号表示电动势的方向为逆时针，对OP 段来说端点P 的电势较高．解2 建立如图（c）所示的坐标系，在导体上任意处取导体元ｄl，则由矢量（v ×B）的指向可知，端点P 的电势较高．解3 连接OP 使导线构成一个闭合回路．由于磁场是均匀的，在任意时刻，穿过回路的磁通量.由法拉第电磁感应定律可知，ε ＝0又因ε ＝εOP ＋εPO即εOP ＝－εPO ＝2RvB由上述结果可知，在均匀磁场中，任意闭合导体回路平动所产生的动生电动势为零；而任意曲线形导体上的动生电动势就等于其两端所连直线形导体上的动生电动势．上述求解方法是叠加思想的逆运用，即补偿的方法．8 －12 如图所示，长为L 的导体棒OP，处于均匀磁场中，并绕OO′轴以角速度ω旋转，棒与转轴间夹角恒为θ，磁感强度B 与转轴平行．求OP 棒在图示位置处的电动势．分析如前所述，本题既可以用法拉第电磁感应定律计算（此时必须构造一个包含OP导体在内的闭合回路，如直角三角形导体回路OPQO），也可用来计算．由于对称性，导体OP 旋转至任何位置时产生的电动势与图示位置是相同的．解1 由上分析，得由矢量的方向可知端点P 的电势较高．解2 设想导体OP 为直角三角形导体回路OPQO 中的一部分，任一时刻穿过回路的磁通量Φ为零，则回路的总电动势显然，εQO ＝0，所以由上可知，导体棒OP 旋转时，在单位时间内切割的磁感线数与导体棒QP 等效．后者是垂直切割的情况．8 －13 如图（ａ）所示，金属杆AB 以匀速平行于一长直导线移动，此导线通有电流I ＝40A．求杆中的感应电动势，杆的哪一端电势较高？分析本题可用两种方法求解．（1）用公式求解，建立图（a）所示的坐标系，所取导体元，该处的磁感强度．（2）用法拉第电磁感应定律求解，需构造一个包含杆AB 在内的闭合回路．为此可设想杆AB在一个静止的形导轨上滑动，如图（ｂ）所示．设时刻t，杆AB 距导轨下端CD的距离为y，先用公式求得穿过该回路的磁通量，再代入公式，即可求得回路的电动势，亦即本题杆中的电动势．解1 根据分析，杆中的感应电动势为式中负号表示电动势方向由B 指向A，故点A 电势较高．解2 设顺时针方向为回路ABCD 的正向，根据分析，在距直导线x 处，取宽为ｄx、长为y 的面元ｄS，则穿过面元的磁通量为穿过回路的磁通量为回路的电动势为由于静止的形导轨上电动势为零，所以式中负号说明回路电动势方向为逆时针，对AB 导体来说，电动势方向应由B 指向A，故点A 电势较高．8 －17 半径为R ＝2.0 cm 的无限长直载流密绕螺线管，管内磁场可视为均匀磁场，管外磁场可近似看作零．若通电电流均匀变化，使得磁感强度B 随时间的变化率为常量，且为正值，试求：（1）管内外由磁场变化激发的感生电场分布；（2）如，求距螺线管中心轴r ＝5．0 cm处感生电场的大小和方向．分析变化磁场可以在空间激发感生电场，感生电场的空间分布与场源———变化的磁场（包括磁场的空间分布以及磁场的变化率等）密切相关，即.在一般情况下，求解感生电场的分布是困难的．但对于本题这种特殊情况，则可以利用场的对称性进行求解．无限长直螺线管内磁场具有柱对称性，其横截面的磁场分布如图所示．由其激发的感生电场也一定有相应的对称性，考虑到感生电场的电场线为闭合曲线，因而本题中感生电场的电场线一定是一系列以螺线管中心轴为圆心的同心圆（若电场线是其他类型的曲线则与其对称性特点不符），同一圆周上各点的电场强度Ek 的大小相等，方向沿圆周的切线方向．图中虚线表示r ＜R和r ＞R 两个区域的电场线．电场线绕向取决于磁场的变化情况，由楞次定律可知，当时，电场线绕向与B 方向满足右螺旋关系；当时，电场线绕向与前者相反．解如图所示，分别在r ＜R 和r ＞R 的两个区域内任取一电场线为闭合回路l（半径为r 的圆），依照右手定则，不妨设顺时针方向为回路正向．（1） r ＜R，r ＞R，由于，故电场线的绕向为逆时针．（2）由于r ＞R，所求点在螺线管外，因此将r、R、的数值代入，可得，式中负号表示Ek的方向是逆时针的．8 －18 在半径为R 的圆柱形空间中存在着均匀磁场，B 的方向与柱的轴线平行．如图（ａ）所示，有一长为l 的金属棒放在磁场中，设B 随时间的变化率为常量．试证：棒上感应电动势的大小为分析变化磁场在其周围激发感生电场，把导体置于感生电场中，导体中的自由电子就会在电场力的作用下移动，在棒内两端形成正负电荷的积累，从而产生感生电动势．由于本题的感生电场分布与上题所述情况完全相同，故可利用上题结果，由计算棒上感生电动势．此外，还可连接OP、OQ，设想PQOP 构成一个闭合导体回路，用法拉第电磁感应定律求解，由于OP、OQ 沿半径方向，与通过该处的感生电场强度Ek 处处垂直，故，OP、OQ 两段均无电动势，这样，由法拉第电磁感应定律求出的闭合回路的总电动势，就是导体棒PQ 上的电动势．证1 由法拉第电磁感应定律，有证2 由题８－17可知，在r ＜R 区域，感生电场强度的大小设PQ 上线元ｄx 处，Ek的方向如图（b）所示，则金属杆PQ 上的电动势为讨论假如金属棒PQ 有一段在圆外，则圆外一段导体上有无电动势？该如何求解？8 －23 如图所示，一面积为4.0 cm2 共50 匝的小圆形线圈A，放在半径为20 cm 共100 匝的大圆形线圈B 的正中央，此两线圈同心且同平面．设线圈A 内各点的磁感强度可看作是相同的．求：（1）两线圈的互感；（2）当线圈B 中电流的变化率为－50 A·ｓ－1 时，线圈A 中感应电动势的大小和方向．分析设回路Ⅰ中通有电流I1 ，穿过回路Ⅱ的磁通量为Φ21 ，则互感M ＝M21 ＝Φ21I1 ；也可设回路Ⅱ通有电流I2 ，穿过回路Ⅰ的磁通量为Φ12 ，则．虽然两种途径所得结果相同，但在很多情况下，不同途径所涉及的计算难易程度会有很大的不同．以本题为例，如设线圈B 中有电流I 通过，则在线圈A 中心处的磁感强度很易求得，由于线圈A 很小，其所在处的磁场可视为均匀的，因而穿过线圈A 的磁通量Φ≈BS．反之，如设线圈A 通有电流I，其周围的磁场分布是变化的，且难以计算，因而穿过线圈B 的磁通量也就很难求得，由此可见，计算互感一定要善于选择方便的途径．解（1）设线圈B 有电流I 通过，它在圆心处产生的磁感强度穿过小线圈A 的磁链近似为则两线圈的互感为（2）互感电动势的方向和线圈B 中的电流方向相同．8 －24 如图所示，两同轴单匝线圈A、C 的半径分别为R 和r，两线圈相距为d．若r很小，可认为线圈A 在线圈C 处所产生的磁场是均匀的．求两线圈的互感．若线圈C 的匝数为N 匝，则互感又为多少？解设线圈A 中有电流I 通过，它在线圈C 所包围的平面内各点产生的磁感强度近似为穿过线圈C 的磁通为则两线圈的互感为若线圈C 的匝数为N 匝，则互感为上述值的N 倍．8 －26 一个直径为0.01 m，长为0.10 m 的长直密绕螺线管，共1 000 匝线圈，总电阻为7.76 Ω．求：（1）如把线圈接到电动势E ＝2.0 V 的电池上，电流稳定后，线圈中所储存的磁能有多少？磁能密度是多少？*（2）从接通电路时算起，要使线圈储存磁能为最大储存磁能的一半，需经过多少时间？分析单一载流回路所具有的磁能，通常可用两种方法计算：（1）如回路自感为L（已知或很容易求得），则该回路通有电流I 时所储存的磁能，通常称为自感磁能．（2）由于载流回路可在空间激发磁场，磁能实际是储存于磁场之中，因而载流回路所具有的能量又可看作磁场能量，即，式中为磁场能量密度，积分遍及磁场存在的空间．由于，因而采用这种方法时应首先求载流回路在空间产生的磁感强度B 的分布．上述两种方法还为我们提供了计算自感的另一种途径，即运用求解L．解（1）密绕长直螺线管在忽略端部效应时，其自感，电流稳定后，线圈中电流，则线圈中所储存的磁能为在忽略端部效应时，该电流回路所产生的磁场可近似认为仅存在于螺线管中，并为均匀磁场，故磁能密度处处相等，（2）自感为L，电阻为R 的线圈接到电动势为E 的电源上，其电流变化规律，当电流稳定后，其最大值按题意1，则，将其代入中，得8 －31 设有半径R ＝0.20 m 的圆形平行板电容器，两板之间为真空，板间距离d ＝0.50 cm，以恒定电流I ＝2.0 A 对电容器充电．求位移电流密度（忽略平板电容器的边缘效应，设电场是均匀的）．分析尽管变化电场与传导电流二者形成的机理不同，但都能在空间激发磁场．从这个意义来说，变化电场可视为一种“广义电流”，即位移电流．在本题中，导线内存在着传导电流Ic，而在平行板电容器间存在着位移电流Id，它们使电路中的电流连续，即．解忽略电容器的边缘效应，电容器内电场的空间分布是均匀的，因此板间位移电流，由此得位移电流密度的大小。
大学物理《普通物理学简明教程》第十二章 电磁感应 电磁场
第十二章 电磁感应 电磁场问题12-1 如图,在一长直导线L 中通有电流I ,ABCD 为一矩形线圈,试确定在下列情况下，ABCD 上的感应电动势的方向：(1)矩形线圈在纸面内向右移动；(2)矩形线圈绕AD 轴旋转；（3）矩形线圈以直导线为轴旋转.解 导线在右边区域激发的磁场方向垂直于纸面向里，并且由2IB rμ0=π可知，离导线越远的区域磁感强度越小，即磁感线密度越小．当线圈运动时通过线圈的磁通量会发生变化，从而产生感应电动势．感应电动势的方向由楞次定律确定．（1）线圈向右移动，通过矩形线圈的磁通量减少，由楞次定律可知，线圈中感应电动势的方向为顺时针方向．（2）线圈绕AD 轴旋转，当从0o到90o时，通过线圈的磁通量减小，感应电动势的方向为顺时针方向．从90o到180o时，通过线圈的磁通量增大，感应电动势的方向为逆时针. 从180o到270o 时，通过线圈的磁通量减少，感应电动势的方向为顺时针．从270o到360o 时，通过线圈的磁通量增大，感应电动势的方向为逆时针方向. （2）由于直导线在空间激发的磁场具有轴对称性，所以当矩形线圈以直导线为轴旋转时，通过线圈的磁通量并没有发生变化，所以，感应电动势为零.12-2 当我们把条形磁铁沿铜质圆环的轴线插入铜环中时,铜环内有感应电流和感应电场吗？ 如用塑料圆环替代铜质圆环,环中仍有感应电流和感应电场吗？解 当把条形磁铁沿铜质圆环的轴线插入铜环过程中，穿过铜环的磁通量增加，铜环中有感应电流和感应电场产生；当用塑料圆环替代铜质圆环，由于塑料圆环中的没有可以移动的自由电荷，所以环中无感应电流和感应电场产生.12-3 如图所示铜棒在均匀磁场中作下列各种运动，试问在哪种运动中的铜棒上会有感应电动势？其方向怎样？设磁感强度的方向铅直向下．（１）铜棒向右平移［图(a)］；（２）铜棒绕通过其中心的轴在垂直于B 的平面内转动［图(b)］；（３）铜棒绕通过中心的轴在竖直平面内转动［图(c)］．CI解 在磁场中运动的导体所产生的感应电动势为()d Lε=⨯⎰v B l ⋅，在图(a)与(c)中的运动情况中，⨯v B 的方向与d l 方向垂直，铜棒中没有感应电动势．在图(b)中，铜棒绕中心轴运动，左右两段产生的感应电动势大小相等，方向相反，所以铜棒中总的感应电动势为零．12-4 有一面积为S 的导电回路，其n e 的方向与均匀磁场的B 的方向之间的夹角为θ．且B 的值随时间变化率为d d B t .试问角θ为何值时，回路中i ε的值最大；角θ为何值时，回路中i ε的值最小？请解释之．解 由i d d d cos S S dt dtεθ=--⎰B BS =⋅，可得当0θ=o 时，回路中i ε的值最大，当90θ=o 时，回路中iε的值最小.12-5 有人认为可以采用下述方法来测量炮弹的速度．在炮弹的尖端插一根细小的永久磁铁，那么，当炮弹在飞行中连续通过相距为r 的两个线圈后，由于电磁感应，线圈中会产生时间间隔为t ∆的两个电流脉冲．您能据此测出炮弹速度的值吗？如0.1m r =，4=210s t -∆⨯，炮弹的速度为多少？解 带有小磁铁的炮弹飞向线圈，线圈中会产生感应电流， 测得的两个电流脉冲产生的时间间隔即炮弹飞过这两个线圈间距所用的时间. 由题意可知, 炮弹的速度为1500m s rv t-==⋅∆12-6 如图所示,在两磁极之间放置一圆形的线圈,线圈的平面与磁场垂直.问在下述各种情况中，线圈中是否产生感应电流？并指出其方向．（１）把线圈拉扁时；（２）把其中B B B (a)(b)(c)ne Bθ一个磁极很快地移去时；（３）把两个磁极慢慢地同时移去时．解 这三种情况中, 通过的磁通量均减小,线圈中均会产生感应电流, 从上往下看, 感应电流的方向沿顺时针方向.12-7 如图所示,均匀磁场被限制在半径为R 的圆柱体内,且其中磁感强度随时间的变化率d d B t =常量,试问: 在回路1L 和2L 上各点的d d B t 是否均为零？各点的k E 是否均为零？1kd L ⋅⎰ÑEl 和2k d L ⋅⎰ÑE l 各为多少？解 由于磁场只存在于圆柱体内，在回路1L 上各点d d B t 为常量，在回路2L 上各点d d B t 为零.空间中各点的感生电场分布为r R < k d 2d r BE t=r R > 2k d 2d R BE r t=可见在回路1L 和2L 上各点的k E 均不为零.对于在回路1L11k d d d d d d L L S S t t⋅=-=-⎰⎰ÑB B E l S ⋅对于回路2L 22kd d 0d L tΦ⋅=-=⎰ÑE l12-8 一根很长的铜管铅直放置，有一根磁棒由管中铅直下落．试述磁棒的运动情况．解 长直铜管可以看作由许多铜线圈组成，当磁棒下落，每通过一个线圈，线圈中的磁通量都会发生变化，在下落过程中，铜管中始终会有感应电流产生，并且感应电流产生的磁场的方向与磁棒磁场方向相反，因此，磁棒始终受到铜管对它的阻碍作用.12-9 有一些矿石具有导电性，在地质勘探中常利用导电矿石产生的涡电流来发现它，这叫电磁勘探．在示意图中，A 为通有高频电流的初级线圈，Ｂ为次级线圈，并连接电流计Ｇ，从次级线圈中的电流变R2L 1L化可检测磁场的变化．当次级线圈Ｂ检测到其中磁场发生变化时，技术人员就认为在附近有导电矿石存在．你能说明其道理吗？利用问题12-9图相似的装置，还可确定地下金属管线和电缆的位置，你能提供一个设想方案吗？解 该检测方法利用的原理是电磁感应。
第七章机电能量转换原理
在线性情况下
Wm'
1 2
L11
i12
L12
i1i2
1 2
L22
i22
所以
Te
p
1 2
i12
L11
i1i2
L12
1 2
i22
L22
是由定子、转子电流 和各自的自感随转角θ的 变化所引起的转矩，称 为磁阻转矩；
是由定、转子电流和 互感随转角的变化所引起， 称为主电磁转矩。
为 dmech，则装置的微分总机械能
输出为：
dWmech Tedmech
从而磁能增量 dWm dWe dWmech id Tedmech
装置的磁储能系统是无损耗系统，是一个保守系统，磁场储能Wm
则是一个状态函数，Wm的值由独立变量 和 （ 为电角度 ）的瞬时值
唯一地确定，而与路径无关；
定子磁链为0，转子角度为 0 时的磁
L21
i1
L22
i2
i2
d
dt
dt
dWm dWm' L11i1 L12i2 di1 L21i1 L22i2 di2
1 2
L11
i1
L12
i2
i1
d
dt
dt
1 2
L21
i1
L22
i2
i2
d
dt
dt
1
2
e1ti1
e2ti2
dt
1 2
e1
i1
e2
i2
dt
对于线性系统 1 L11 i1 L12 i2
I
2
L2
si
n2
物理电磁感应教案
物理电磁感应教案物理电磁感应教案作为一名辛苦耕耘的教育工作者，编写教案是必不可少的，借助教案可以有效提升自己的教学能力。
那么问题来了，教案应该怎么写？以下是小编整理的物理电磁感应教案，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。
物理电磁感应教案1一、教学任务分析电磁感应现象是在初中学过的电磁现象和高中学过的电场、磁场的基础上，进一步学习电与磁的关系，也为后面学习电磁波打下基础。
以实验创设情景，通过对问题的讨论，引入学习电磁感应现象，通过学生实验探究，找出产生感应电流的条件。
用现代技术手段“DIS 实验”来测定微弱的地磁场磁通量变化产生的感应电流，使学生感受现代技术的重要作用。
通过“历史回眸”，介绍法拉第发现电磁感应现象的过程，领略科学家的献身精神，懂得学习、继承、创新是科学发展的动力。
在探究感应电流产生的条件时，使学生感受猜想、假设、实验、比较、归纳等科学方法，经历提出问题→猜想假设→设计方案→实验验证的科学探究过程；在学习法拉第发现电磁感应现象的过程时，体验科学家在探究真理过程中的献身精神。
二、教学目标1．知识与技能（1）知道电磁感应现象及其产生的条件。
（2）理解产生感应电流的条件。
（3）学会用感应电流产生的条件解释简单的实际问题。
2．过程与方法通过有关电磁感应的探究实验，感受猜想、假设、实验、比较、归纳等科学方法在得出感应电流产生的条件中的重要作用。
3．情感、态度价值观（1）通过观察和动手操作实验，体验乐于科学探究的情感。
（2）通过介绍法拉第发现电磁感应现象的过程，领略科学家在探究真理过程中的献身精神。
三、教学重点与难点重点和难点：感应电流的产生条件。
四、教学资源1、器材（1）演示实验：①电源、导线、小磁针、投影仪。
②10米左右长的电线、导线、小磁针、投影仪。
（2）学生实验：①条形磁铁、灵敏电流计、线圈。
②灵敏电流计、原线圈、副线圈、电键、滑动变阻器、导线若干。
③DIS实验：微电流传感器、数据采集器、环形实验线圈。
2023-2024学年广东省佛山市普通高中高二(上)期末教学质量检测物理试卷+答案解析
2023-2024学年广东省佛山市普通高中高二（上）期末教学质量检测物理试卷一、单选题：本大题共7小题，共28分。
1.下列装置运用电磁感应原理工作的是()A.动圈式话筒B.等离子体发电C.D.2.华为mate60系列手机是全球第一款能实现双卫星通信的民用手机.卫星通信是通过电磁波的传输来实现的。
下列相关说法正确的是()A.只有通过电路才能产生电磁波B.电磁波是一种没有质量的物质C.电磁波既可以传递信息，也能传输能量D.电磁波是可在真空中传播的恒定的电磁场3.下图三种灯具的发光原理不同，白炽灯由灯丝通电发热发光，荧光灯通电产生电磁辐射后发光，LED灯则直接将电转化为光。
在额定电压220V下，功率为30W的白炽灯、6W的荧光灯与2W的LED灯，三者照明亮度相当。
下列相关说法正确的是()A.我们日常使用的电能属于一次能源B.因为亮度相同，三种灯的节能效果一样C.正常工作时通过LED灯的电流约为9mAD.1s内白炽灯产生的热量是LED灯的15倍4.地磁场对生态系统有重要的保护作用。
若在万米高空有一束带负电的高能粒子，垂直水平地面射向佛山某地，则该束粒子此时所受地磁场作用力的方向是()A.向东B.向西C.向南D.向北5.如图甲为按压式发电手电筒.以一定的频率不断按压手柄时，其内置发电机会产生如图乙所示的交变电流。
已知发电机内阻，与其串联的白炽灯泡额定电压为9V、阻值为。
若该灯泡恰好正常发光，则此时发电机()A.输出电流的有效值为B.输出电流的最大值为C.输出的交流电频率为10HzD.输出的交流电频率为50Hz6.空气炸锅是近年流行的小家电，它主要由电热丝R与风机M两部分构成，其通过电热丝加热空气，然后用风机将高温空气吹入锅内，使热空气在封闭的空间内循环从而加热食物。
下图是某空气炸锅的简化电路图，若该空气炸锅额定电压及功率为220V、1188W，电热丝，风机电动机的内阻为，其他电阻不计，则该空气炸锅正常工作时()A.通过电动机的电流为B.通过电动机的电流为C.电热丝的发热功率为1000WD.电热丝每秒钟消耗的电能为1100J7.小刘为了将低压的直流电升压，设计了如图甲的装置：虚线框内为电磁继电器，当开关S闭合后，电磁铁通电，吸引衔铁断开触点a、b，电路断电，衔铁再在弹簧的作用下弹回将电路重新接通，如此循环，衔铁来回振动，电路反复通断，在原线圈中形成如图乙的脉冲直流电。
高中物理-电磁场和电磁波知识点精讲
高中物理-电磁场和电磁波知识点精讲考纲要求1、电磁场,电磁波,电磁波的周期、频率、波长和波速Ⅰ2、无线电波的发射和接收Ⅰ3、电视、雷达Ⅰ知识网络：单元切块：按照考纲的要求,本章内容均为Ⅰ级要求,在复习过程中,不再细分为几个单元。
本章重点是了解交变电场和交变磁场的相互联系,定性理解麦克斯韦的电磁场理论。
教学目标：1．了解交变电场和交变磁场的相互联系,定性理解麦克斯韦的电磁场理论．2．了解电磁场和电磁波概念,记住真空中电磁波的传播速度．3．了解我国广播电视事业的发展．教学重点：了解交变电场和交变磁场的相互联系,定性理解麦克斯韦的电磁场理论教学难点：定性理解麦克斯韦的电磁场理论教学方法：讲练结合,计算机辅助教学教学过程：一、电磁振荡1．振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流,能够产生振荡电流的电路叫振荡电路,LC 回路是一种简单的振荡电路。
2．LC 回路的电磁振荡过程：可以用图象来形象分析电容器充、放电过程中各物理量的变化规律,如图所示3．LC 回路的振荡周期和频率LC T π2=LC f π21=注意：（1）LC 回路的T 、f 只与电路本身性质L 、C 有关（2）电磁振荡的周期很小,频率很高,这是振荡电流与普通交变电流的区别。
分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的观点）：⑴理想的LC 回路中电场能E 电和磁场能E 磁在转化过程中的总和不变。
⑵回路中电流越大时,L 中的磁场能越大（磁通量越大）。
⑶极板上电荷量越大时,C 中电场能越大（板间场强越大、两板间电压越高、磁通量变化率越大）。
LC 回路中的电流图象和电荷图象总是互为余函数（见右图）。
【例1】 某时刻LC 回路中电容器中的电场方向和线圈中的磁场方向如右图所示。
则这时电容器正在_____（充电还是放电）,电 C Liq t t o o放电 充电 放电 充流大小正在______（增大还是减小）。
解：用安培定则可知回路中的电流方向为逆时针方向,而上极板是正极板,所以这时电容器正在充电；因为充电过程电场能增大,所以磁场能减小,电流在减小。
《大学物理I》作业-No.10 变化的电场和磁场-A-参考解答
《大学物理I 》作业 No.10 变化的电场和磁场 （A 卷）班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______一、选择题：1．在法拉第电磁感应定律公式tφε=-d d 中，符号φ的含义是：【 】 (A) SE S φ=⋅⎰d (B) SD S φ=⋅⎰d(C) S B S φ=⋅⎰d(D) SH S φ=⋅⎰d解：由法拉第电磁感应定律定义内容知：符号φ的含义是穿过回路为曲面边界的曲面的磁感应强度B矢量的通量。
故选填：C2．一段导线被弯成圆心都在O 点，半径均为R 的三段圆弧⋂ab ，⋂bc ，⋂ca ，它们构成一个闭合回路。
圆弧⋂ab ，⋂bc ，⋂ca 分别位于三个坐标平面内，如图所示。
均匀磁场B沿 x 轴正向穿过圆弧⋂bc与坐标轴oc ob 、所围成的平面。
设磁感应强度的变化率为常数 k （k >0 ），则【 】(A) 闭合回路中感应电动势的大小为22kπR ，圆弧中电流由c b →(B) 闭合回路中感应电动势的大小为22kπR ，圆弧中电流由b c → (C) 闭合回路中感应电动势的大小为42kπR ，圆弧中电流由c b → (D) 闭合回路中感应电动势的大小为42kπR ，圆弧中电流由b c →解：因穿过闭合回路abca 为边界的曲面和回路ObcO 为边界的曲面的磁通量相等，所以闭合回路的感应电动势大小为：4d d 4d d d d 22i k πR t B πR t Φt ΦObcO abca =⋅===ε又因常数k >0，回路磁通量随时间增加，则由愣次定律知圆弧⋂bc 的感应电流方向由b c →。
故选填：D选择题2图y3．如图所示，直角三角形金属框架abc 放在均匀磁场中，磁场B平行于ab 边，bc 的边长为l 。
当金属框架绕ab 边以匀角速度ω转动时，abc 回路中的感应电动势ε和a 、c 两点的电势差c a U U -分别为：【 】(A) 221,0l B U U c a ωε=-= (B) 2221,l B U U l B c a ωωε-=-= (C) 221,0l B U U c a ωε-=-= (D) 2221,l B U U l B c a ωωε=-= 解：直角三角形金属框架abc 绕直线ab 轴旋转时，回路中磁通量随时间的变化率0d d =tΦ，所以abca 回路中感应电动势 0=ε， 而感应电动势又为：0=++=ca bc ab εεεε总 因为ab 边始终没运动，其感应电动势0=abε则有：bc ac ca ca bc εεεεε--0==⇒=+ 再由动生电动势计算式有直线bc 动生电动势为：()c b l B l B l l B v lcb bc →==⋅⨯=⎰⎰,21d d 20ωωε即知c 端电势高，所以221l B U U U c b bc ω-=-=故有：221l B U U U U U U c b bc c a ac ω-=-==-= 故选填：C4．半径为a 的圆线圈置于磁感强度为B的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈电阻为R ；当把线圈转动使其法向与B的夹角α=60°时，线圈中通过的电荷与线圈面积及转动所用的时间的关系是【 】(A) 与线圈面积成正比，与时间无关 (B) 与线圈面积成正比，与时间成正比 (C) 与线圈面积成反比，与时间成正比(D) 与线圈面积成反比，与时间无关解: 根据电流强度的定义有线圈中通过的电荷为：BSRBS BS R ΦΦRR Φt t R Φt R t I q 21cos cos6011d d d d d d 12=︒-︒-=--=-=-===⎰⎰⎰⎰)()(0ε故选填：A︒60选择题3图5．若产生如图所示的自感电动势方向，则通过线圈的电流是：【 】(A) 恒定向右 (B) 恒定向左 (C) 增大向左 (D) 增大向右解：根据楞次定律：感应电流产生的磁场将阻碍原磁场（原磁通）的变化，而本题自感电动势方向向右，则感应电流产生的磁场向右，因此原磁向左，原电流也向左。
异步电机的工作原理
异步电机的工作原理异步电机是一种常见的交流电机，也被称为感应电机。
它的工作原理是通过一个定子线圈中的交流电流产生一个旋转的磁场，而旋转磁场则在转子所处的磁场中感应出电动势，进而使转子发生旋转。
值得注意的是，异步电机的转子并不直接连接到电源，而是通过感应的方式与转速略小于转子的同步速度来实现。
下面将详细介绍异步电机的工作原理。
1.定子线圈产生的旋转磁场在异步电机的定子上布置着若干个线圈，这些线圈中通电产生的磁场可以通过电流的频率和相位差调整。
当交流电源接通后，通过交变的电压将产生交变的电流，形成一个旋转磁场。
这个旋转磁场的方向随着电流的变化而变化，并沿着定子绕组周围的轴线旋转。
这个旋转磁场是由定子线圈中的电流产生的。
2.转子中的感应电动势异步电机的转子是由导体材料制成，通常铜或铝。
当旋转磁场通过转子时，它也会感应出电动势。
根据法拉第电磁感应定律，当导体材料切割磁感线时，会在导体中产生电动势。
这个电动势的方向与磁感线方向和导体运动方向相关，并会导致电流在导体内部形成。
在异步电机中，这个电动势会在转子中感应出旋转电流。
3.转子的旋转当转子中产生的旋转电流与定子中的旋转磁场相互作用时，就会产生一个力矩，推动转子开始旋转。
这是因为旋转磁场和旋转电流之间存在一个相对运动，从而产生了一个力矩。
这个力矩会将转子推向磁场的旋转方向，导致转子开始旋转。
与此同时，由于转子在低于同步速度的情况下运转，因此转子的旋转速度会稍慢于旋转磁场的速度。
4.异步电机的运行当转子开始旋转后，由于转子速度略低于旋转磁场的速度，导致转子上产生的感应电动势的频率略高于输入电压的频率，相位差也会稍有变化。
这一差异导致了输出的电动势谐波，也就是异步电机的工作状态。
综上所述，异步电机的工作原理是定子线圈中的交变电流产生一个旋转磁场，在转子中感应出电动势，并通过电动势与旋转磁场之间的相对运动产生一个力矩，导致转子开始旋转。
然而，由于转子的运动略慢于旋转磁场的速度，因此异步电机能够持续地旋转，并将电能转换为机械能。
电磁场的基本理论
d
ez
b a
2
0 4 0
z z2
r 2
3/ 2
S rdrd
ez
S z 4 0
b a
2
z2
0
r 2
3/ 2 rdr
ez
S z 4 0
b a
z2
2
r2
3/ 2 rdr
ez
2 S z 4 0
b a
rdr
z2 r2
3/2
ez
S z 2 0
z2
1 a2
解解::(分1)析选电坐场标的系分：布圆，柱可坐知标线系电p荷(r产,生.z)
(的2)选电电场荷具源有轴对(0称,0,性Z'。) z轴d与q线电 l荷dz重'
(合3)确，定采d用E圆的柱方坐向标，轴线外任一点的电
(将场半4)确d强平E定度 面投d与为影E计角的到算度大坐区坐小标域标轴，上d线无，E 电关只4荷，考1中可虑0 点过大Rl为dz2小轴l 坐，取标
27
2、磁场的基本量--磁感应强度
理论上可以认为是电流元 Idl1 对电流元 Idl2 的安培作用力
F12 C 2 C 1 dF12 c2 I2dl 2B1
B为回路C1中的电流在 Idl2 所在点产生的磁场，称为磁感应
强度或磁通密度
B
dB
0
I dl
S
4 C R2
eR
dF12 I2dl 2dB1
1/ 2
1
z2
b2
1/ 2
25
四、安培力定律——磁感应强度
1、安培力定理
dl1
dl2 R
C2
实验结果表明，在真空中两个
C1
《传感器技术》作业(3)
《传感器技术》作业（3）一、填空题1. 导体在磁场中运动切割磁力线，导体两端会出现感应电动势E ，闭合导体回路中感应电动势e=-N dt d φ；当线圈垂直于磁场方向切割磁力线时，感应电动势e=-NBlv ；若线圈以角速度ω转动，、则感应电动势e=-NBS ω。
2. 只要线圈磁通量发生变化，就有感应电动势产生，其实现的主要方法有线圈与磁场发生相对运动，磁路中磁阻变化，恒定磁场中线圈面积变化。
当传感器结构参数确定后，感应电动势e 与线圈相对磁场的运动速度v 或ω成正比。
所以，可用磁电式传感器测量线速度和角速度，对测得的速度进行积分或微分就可求出位移和加速度。
3. 磁电式传感器直接从被测物体吸收机械能并转换成电信号输出，且输出功率大，性能稳定，它的工作不需要电源，调理电路非常简单，由于磁电式传感器通常具有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器，适用于振动、转速、扭矩的测量。
4. 电磁流量传感器的结构如图6-8所示，传感器安装在工艺管道中，当导电流体沿测量管在磁场中与磁力线成垂直方向运动时，导电流体切割磁力线而产生感应电动势E=B v D ，其中B 是磁感应强度，v 是平均流速，D 是距离，常与测量管内径相等。
流经测量管流体的瞬时流量Q 与流速v 的关系为Q=аv =42D πv 。
5. 在如图6-9所示的金属或半导体薄片两端通以控制电流I ，在与薄片垂直方向上施加磁感应强度为B 的磁场，则在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生大小正比于控制电流I 和磁感应强度B 的现象，这一现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。
在薄片两侧之间建立的电场E H ，称为霍尔电场，相应的电势U H 称为霍尔电势。
霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛仑磁力作用的结果。
6. 霍尔电势U H =d IBR H =KHIB ，其中R H 是霍尔系数（m3/c ）、I 是控制电流（A ）、B 是磁感应强度（T ）、d 是半导体薄片厚度（M ）、KH 是灵敏度系数，R H =ρμ，其中ρ为载流体的电阻率，μ为载流子的迁移率，半导体材料（尤其是N 型半导体）电阻率较大，载流子迁移率很高，因而可以获得很大的霍尔系数，适于制造霍尔传感器。
线圈在磁场中转动感应电动势公式
线圈在磁场中转动感应电动势公式
我们要找出线圈在磁场中转动时的感应电动势的公式。
首先，我们需要了解一些关于磁场和线圈的基础知识。
当线圈在磁场中转动时，线圈中的电子会受到洛伦兹力的作用，从而产生电流。
这个电流就是我们所说的感应电动势。
感应电动势的大小与线圈的匝数、线圈的面积、线圈转动的速度以及磁场的强度有关。
感应电动势的公式为：E = nBSω
其中：
E 是感应电动势
n 是线圈的匝数
B 是磁场的强度
S 是线圈的面积
ω 是线圈转动的角速度
这个公式告诉我们如何计算线圈在磁场中转动时的感应电动势。
计算结果为：E = BSnomega
所以，线圈在磁场中转动时的感应电动势公式为：E = nBSω。
电磁场中电场强度的变化规律
电磁场中电场强度的变化规律电磁场是一种充满空间的物理场，包括电场和磁场两个方面。
在电磁场中，电场的强度是变化的，其变化规律受到许多因素的影响，如电荷分布、电场源、介质性质等。
本文旨在探讨电磁场中电场强度的变化规律，并分析其重要性。
首先，电荷分布是影响电场强度变化的重要因素之一。
根据库仑定律，电场的强度与电荷之间存在正比关系。
当电荷分布均匀时，电场强度也相对均匀，且随着距离的增加而逐渐减小。
然而，当电荷分布不均匀时，电场强度的变化将显得复杂。
例如，在一个球形导体表面上带有正电荷，在离球体表面较近处，电场强度较强，而离球体表面较远处，电场强度几乎为零。
其次，电场源的性质也会对电场强度的变化规律产生影响。
不同类型的电场源会有不同的电场分布规律。
以单个点电荷为例，其电场强度随距离的增加而减小，并且呈现出与距离平方成反比的关系。
这与电荷所带电量的大小以及空间中电荷分布的情况有关。
而对于电流所产生的电场而言，电场强度的变化规律则有所不同。
例如，在直线电流元周围的电场强度大小和方向都与所选的观察点的位置有关。
第三，介质性质也对电场强度的变化规律产生显著影响。
在真空中，电场的强度变化主要由电荷分布和电场源决定。
而当电场中存在介质时，电场的强度受到介质的电极化程度以及介电常数的影响。
介质的电极化会改变电场中电荷分布的情况，从而影响电场强度的变化规律。
而介电常数则是衡量介质对电场强度变化的影响程度的因素，其值越大，介质对电场的屏蔽效应越强，电场强度的变化越缓慢。
电场强度的变化规律具有重要的理论和应用价值。
在物理学中，通过对电场的变化规律的研究，可以推导出许多重要的电场定律和基本公式，如电场线的性质、电通量和高斯定律等。
这些理论有助于我们理解电场的本质和特性，为电磁学的研究提供了基础。
在应用方面，电场强度的变化规律在电磁感应和电容器等电路元件中都起着重要作用。
电场强度的变化规律还在光学、电磁波传播等领域有广泛的应用。
电能与磁能的转化与应用
电能与磁能的转化与应用电能和磁能是物理学中常见的能量形式，它们之间的转化和应用在日常生活和工业领域中具有重要意义。
本文将探讨电能与磁能的相互转化原理以及它们在不同领域的应用。
1. 电能转化为磁能电能可以通过电流在导线中产生磁场而转化为磁能。
根据安培定律，电流通过导线时所产生的磁场可以被描述为磁感应强度。
当电流通过线圈时，磁场将会被放大，从而增加了磁能的储存量。
应用示例：电动机电动机是将电能转化为机械能的常见设备。
它由线圈和磁铁组成，当电流通过线圈时，磁场会对磁铁施加力，从而使电机转动。
这种电能到机械能的转化原理使得电动机广泛应用于交通运输、工业生产和家庭电器等领域。
2. 磁能转化为电能磁能可以通过磁场的变化而转化为电能。
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量的变化穿过导线回路时，会在导线中产生感应电动势。
这样的现象称为电磁感应，是磁能转化为电能的基本原理。
应用示例：发电机发电机是将机械能转化为电能的设备。
它由磁铁和线圈组成，当磁铁旋转或通过机械能驱动时，磁场的变化将产生感应电动势，从而使导线中产生电流。
这种磁能到电能的转化原理使得发电机成为发电厂、风力发电和水力发电等领域的主要设备。
3. 电能和磁能的相互转化电能和磁能之间可以相互转化，这是由于它们都可以通过磁场的存在而相互影响。
当电流通过线圈时，会产生磁场，而当磁场的变化通过导线时，会产生感应电动势。
应用示例：变压器变压器是利用电能和磁能相互转化的设备。
变压器由两个线圈和铁芯构成，其中一个线圈称为“初级线圈”，另一个称为“次级线圈”。
当交流电通过初级线圈时，产生的磁场会通过铁芯传导到次级线圈，从而在次级线圈中诱发感应电动势。
因此，变压器能够将电能从一个电路传输到另一个电路，实现电压的升降。
4. 电能和磁能的应用电能和磁能的转化在各个领域都有广泛的应用。
- 交通运输领域：电能转化为机械能的电动机广泛应用于电动汽车和电动火车中，实现了清洁能源的利用和减少对化石燃料的依赖。
变化的电磁场之在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势
设k = d/a < 1， 则d = ka(< a)与 d' = a/k(> a)的电 动势随时间变化 的规律相同。
线圈在直 线电流磁 场中旋转 时，电动 势是周期 性变化的。
当两者距离很 远的时，就如 在匀强磁场中 旋转的线圈一 样，电动势按 正弦规律变化。 在ωt = π/2 + nπ 处，电动势有 极值。 但是，如果两 者相距比较近， 电动势会出现 两个“犄角”， 最大电动势出 现在“犄角” 的顶端。 当d = a时，“犄 角”变得无穷大。 当d = 0时，电 动势恒为零。 d = 0.5a与d = 2a的电动 势曲线是完 全重合的。
{范例12.2} 在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势
A 如上图所示，一无限长竖直导线上通有 BE 稳恒电流I，电流方向向上。导线旁有 I b 一横边为2a纵边为b的线圈ACDE，线圈 r d 的旋转轴与电流平行，相距为d。(1)当 O 线圈绕轴以角速度ω旋转时，试求线圈 中的感应电动势。当线圈距离直线的距 C 离不同时，感应电动势随时间变化的规 D 律是什么？(2)在什么条件下，线圈中 2a v1 B1 φ1 感应电动势随时间变化最平稳？ [解析](1)从上往下俯视，如下图所示。 A(C) r1 经过时间t，线圈转过的角度为θ = ωt， φ1 a r I d θ AC边的速度大小为v1 = aω， O B2 到直线电流I的距离为 a r2 r1 = (d2 + a2 + 2adcosθ)1/2。 E(D) φ2 v2 ω
0 I abd 1 1 ( 2 2 2 2 )sin t 2π d a 2ad cos t d a 2ad cos t [讨论]①如果d >> a，则 0 I 2ab sin t BS sin t
第五章 随时间变化的电磁场.
第五章随时间变化的电磁场麦克斯韦方程教学要求：1、深刻理解并掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律。
2、深刻理解感应电场的概念，熟练掌握动生电动势和感生电动势的计算方法。
3、了解自感、互感观象及其规律，掌握自感系数、互感系数计算方法。
4、了解暂态过程中的物理特征,掌握RL、RC串联电路暂态过程的计算方法。
对RLC 串联电路的暂过程能正确列出微分方程，并对其作定性分析。
5、理解磁能和磁能密度的概念,掌握自感磁能和互感能的计算方法.6、深入理解位移电流的概念及其物理实质,会运用它讨论和求解有关的简单问题.7、深刻领会麦克斯韦方程组及其物理意义8、理解和掌握电磁波的基本性质、能流密度矢量的概念和求能流密度矢量的方法。
9、知道偶极子辐射场的基本情况,了解似稳电磁场和似稳电路的基本概念.教学重点：1、法拉第电磁感应定律2、位移电流及其物理实质3、麦克斯韦方程组及其物理意义教学难点：1、位移电流2、电磁波的产生与辐射§5.1 电磁感应现象与磁感应定律1、电磁感应现象实验指出，当通过闭合导线回路所圈围面积的磁通量发生变化时，回路中将产生电流。
这种现象称为电磁感应现象，其电流称为感应电流，相应的电动势称为感应电动势。
2、楞次定律大量实验表明：闭合回路中感应电流的方向，总是企图使感应电流产生的磁场去阻止引起该感应电流的磁感通量的变化，这一结论成为楞次定律。
①楞次定律是判断感应电动势方向的定律，只有在纯电阻电路中，感应电流和感应电动势的方向才是完全一致的。
② 能量守恒定律要求感应电动势的方向服从楞次定律。
3、法拉第电磁感应定律导线回路中感应电动势ε与通过回路圈围面积的磁感通量的变化率md dt Φ成正比。
在国际单位制中，法拉第电磁感应定律的数学表达式为md dt εΦ=-若回路由N 匝导线组成，当磁场对每一匝导线回路所圈围的磁感通量都是m Φ时，则N 匝回路中感应电动势为：m m m d d N d Nd t d t d t ψεΦΦ=-=-=- 式中m ψ=m N Φ称为磁通匝链数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
当ωt→nπ时，ε→∞，这是因为AC边或DE趋近于通电直线。
这时d = a的距离是电动势的奇点。 ③如果0 < d < a，不考虑直线对线圈的阻 挡，a与d互换，电动势公式的形式不变。 ④如果d = 0，则ε = 0，这是因为线圈沿磁感 应线运动，也就是不切割磁感应线的缘故。
{范例12.2} 在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势
电流I在AC处的磁 B 0 I , 1 2πr1 感应强度大小为 θ = ωt， v1 = aω， r1 = (d2 + a2 + 2adcosθ)1/2。
因此AC边切割磁感应线产生的 动生电动势为ε1 = B1bv1sinφ1，
所以 1
{范例12.2} 在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势
A 如上图所示，一无限长竖直导线上通有 BE 稳恒电流I，电流方向向上。导线旁有 I b 一横边为2a纵边为b的线圈ACDE，线圈 r d 的旋转轴与电流平行，相距为d。(1)当 O 线圈绕轴以角速度ω旋转时，试求线圈 中的感应电动势。当线圈距离直线的距 C 离不同时，感应电动势随时间变化的规 D 律是什么？(2)在什么条件下，线圈中 2a v1 B1 φ1 感应电动势随时间变化最平稳？ [解析](1)从上往下俯视，如下图所示。 A(C) r1 经过时间t，线圈转过的角度为θ = ωt， φ1 a r I d θ AC边的速度大小为v1 = aω， O B2 到直线电流I的距离为 a r2 r1 = (d2 + a2 + 2adcosθ)1/2。 E(D) φ2 v2 ω
[解析](2) 通过曲线 图发现： 当d/a的比 值较大时， 电动势最 大值出现 在ωt = π/2 + nπ处。
当d/a的比值较 小时，电动势 在一个周期内 有两对“犄 角”，其顶端 表示电动势的 极大值，ωt = π/2 + nπ处变成 了“凹点”。 “犄角”恰 好消失时， 电动势随时 间变化的拐 点在ωt = π/2 + nπ处。
⑤对于d < 0的情况也能做同样的讨论。
设k = d/a < 1， 则d = ka(< a)与 d' = a/k(> a)的电 动势随时间变化 的规律相同。
线圈在直 线电流磁 场中旋转 时，电动 势是周期 性变化的。
当两者距离很 远的时，就如 在匀强磁场中 旋转的线圈一 样，电动势按 正弦规律变化。 在ωt = π/2 + nπ 处，电动势有 极值。 但是，如果两 者相距比较近， 电动势会出现 两个“犄角”， 最大电动势出 现在“犄角” 的顶端。 当d = a时，“犄 角”变得无穷大。 当d = 0时，电 动势恒为零。 d = 0.5a与d = 2a的电动 势曲线是完 全重合的。
r1
A(C) r
r2 E(D)
B2
d
a φ2
φ1 a θ O
v2 在线圈内部，两个电动势的环绕方向相同，总电动势为
0 I abd 1 1 ( 2 2 2 2 )sin t. 2π d a 2ad cos t d a 2ad cos t
{范例12.2} 在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势
0 I abd 1 1 ( 2 2 2 2 )sin t 2π d a 2ad cos t d a 2ad cos t [讨论]①如果d >> a，则 0 I 2ab sin t BS sin t
2 πd 这是单匝线圈在匀强磁场中旋转的电动势。
根据正 弦定理
r1 d sin 1 sin( π )
0 I abd
2πr
2 1
sin
其方向由 A指向C。 I
v1
φ1 B1
同理可得DE I abd 2 0 2 sin 中的电动势 2πr2 其方向由D指向E。 其中r2 = (d2 + a2 2adcosθ)1/2。
当d/a取某一临界值 时，“犄角”和 “凹点”恰好抹平， 因而电动势随时间 变化在ωt = π/2 + nπ 时刻附近最为平稳。
当d < 2.414a时，电动势随 时间变化的曲线有波动；
当d > 2.414a时， 电动势曲线虽 然没有波动， 但是在ωt = π/2 附近平稳的范 围比较小；
当d = 2.414a 时，曲线在 ωt = π/2附近 平稳的范围 最宽。