电磁感应现象及其应用

电磁感应现象及其应用
第九章电磁感应现象及其应用
本章以磁场及电场等知识为基础,研究电磁感应的一系列现象,总结出产生感应电流的条件,形成了导体做切割磁感线运动而产生的感应电动势的计算公式,应用右手定则判断感应电动势的方向也是解决问题的关键.
[基本规律与概念]
一．电磁感应现象
1．感应电动势
2．感应电流产生的条件及方向的判断
二．电磁感应现象的应用
1．自感现象
2．交变电流
①交变电流的定义
②正弦交流电的产生及规律
a．产生
b．规律:函数形式:e＝NBSωsinωt(从中性面开始计时)
图象
c．表征交流电的物理量
(1)瞬时值
(2)峰值
(3)有效值
(4)周期和频率
③应用:(1)变压器(2)远距离输电
3．电磁场和电磁波
a．麦克斯韦电磁场理论
b．电磁波
[应用]
1．用丝线悬挂闭合金属环,悬于O点,虚线左边有匀强磁场,右边没有磁场.
(1)金属环的摆动会很快停下来,试解释这一现象.
(2)若整个空间都有向外的匀强磁场,会有这种现象吗?
2．如图所示,矩形线圈abcd质量为m,电阻为R,宽为d,长为L,在竖直平面内由静止开始自由下落,其下方存在如图示方向的磁感强度为B的匀强磁场,磁场上.下边界水平,宽度也为d.
(1)线圈ab进入磁场时,感应电流的方向?
(2)如果矩形线圈在ab边刚进入磁场就开始做匀速直线运动,那么,矩形线圈的ab 边应该距离磁场的上边界多高的位置开始下落?
3．上海的部分交通线路上已开始使用〝非接触式IC卡〞.该卡应用到物理学上的电磁感应原理.持卡者只要将卡在车门口的一台小机器前一晃,机器就能发出通过的信号.
(1)电磁感应现象的最早发现者是(A )
A.法拉第
B.格拉姆
C.西门子
D.爱迪生
(2)与这一发现有关的科技革命的突出成就不包括( D )
A.电力的广泛应用
B.内燃机和新交通工具的创新
C.新的通讯手段的发明
D.计算机信息技术的出现
4．照明电路中,为了安全,一般在电能表后面电路上按接一个漏电保护器,如右图所示,当漏电保护器的ef两端未有电压时,脱扣开关K能始终保持接通.当ef两端一有电压时,脱扣开关K立即会断开,下列说法正确的是
A．当用户家的电流超过一定值时,脱扣开关会自动断开,即有过流保护作用
B．当相线和零线间电压太高时,脱扣开关会自动断开,即有过压保护作用
C．站在地面上的人触及b线时(单线触电),脱扣开关会自动断开,即有触电保护作用
D．当站在绝缘物上的带电工作的人两手分别触到b线和d线时(双线触电),脱扣开关会自动断开,即有触电保护作用
【分析与解答】
漏电保护器是家庭生活中常见的电学仪器,通过变压器的互感原理进行开关控制,达到保护线路,防止漏电作用.观察工作原理图可知:相线ab与零线cd双线同向绕制构成原线圈.线路接通时,b与d相连,双线反向连接,磁场相反,无论用户电流的大小及相线和零线间电压高低如何变化,在副线圈中的磁通量变化率始终为零,因此ef两端未有电压,脱扣开关始终闭合.当人站在地面上单线触电时,电流不再经过零线而是通过人体流向大地,此时相线ab单线绕制,原副线圈中磁通量发生变化,ef两端出现电压,脱扣开关断开,当人站在绝缘物上双线触电时,人体形如用电器,电流通过人体流经零钱,此时相线与零线同样双线绕制,所以ef两端电压亦为零.正确选项为C.
5．家用微波炉是利用微波电磁能加热食物的新型灶具,主要由磁控管.波导管.微波加热器.炉门.直流电源.冷却系统.控制系统.外壳等组成,接通电源后,220V交流电经一变压器,一方面在次级产生3.4V交流对磁控管加热,同时在次级产生2000V高压经整流加到磁控管的阴.阳两极之间,使磁控管产生频率为2450MHz的微波,微波输送至金属制成的加热器(炉腔),被来回反射,微波的电磁作用使食物内分子高额地振动而内外同时迅速变热,并能最大限度地保存食物中的维生素.
(1)试计算微波输出功率为700W的磁控管每秒内产生的光子数.
(2)试计算变压器的高压变压比.
(3)导体能反射微波,绝缘体可使微波透射,而食物通常含有的成分是,较
易吸收微波能而转换成热.故在使用微波炉时应
A．用金属容器盛放食物放火炉内加热B．用陶瓷容器盛放食物火炉内加热
C．将微波炉置于磁性材料周围D．将微波炉远离磁性材料周围
6．图为一表示交变电流随时间变化的图象,此交变电流的有效值是
A．A B．5A
C．A D．3.5A
7．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电动势的图象如图所示,则
A．交变电流的频率是4πHz
B．交变电的周期是0.5s
C．当t＝0时线圈平面与磁感线平行
D．当t＝0.5时,e有最大值
8．现代家庭电器化程度越来越高,用电安全是一个十分突出的问题.
(1)下表提供了一组部分人的人体电阻平均值数据.
测量项目
完全干燥时
出汗或潮湿时
电阻
电流(加220V)
电阻
电流(加220V)
手与手之间
200kΩ
5kΩ
手与脚之间
300kΩ
8kΩ
手与塑料鞋底之间8000kΩ
10kΩ
①从表中可看出干燥时电阻大约是潮湿时电阻的倍.
②在空格中填入,对人体加220伏电压后的电流值.
③若对人的安全电流是25mA以下,上述哪几项是十分危险的.
(2)大家知道,洗衣机的插头上有三个金属片,插座也是三眼的,其中有一个较长而粗的是接地金属片,由导线将它与洗衣机的金属外壳连接,一旦插入插座,也就将洗衣机外壳与大地相连通.洗衣机的外壳是金属的(有许多地方没有油漆),左上图表示插头没有接地线,外壳与相线(俗称火线)接触漏电,手触及外壳.右上图表示插头中有接地线,接在洗衣机外壳,此时发生漏电.通过讨论说明为什么三眼插头比两眼插头更安全?(试在下图中画出电流经过的路线,假设此时M为正,N为负,并画出简单的电路模型加以分析)
(3)．电路上有规格为10A的熔丝(俗称保险丝),如右图所示用电器R的功率是1500W,这时通过熔丝实际电流是多少?一个潮湿的人,手脚触电,为什么熔丝不会断(即熔丝不能救人命).
(4)如下图所示是一种触电保安器,变压器A处用相线和零线双股平行绕制成线圈,然后接到用电器.B处有一个输出线圈.一旦线圈中有电流,经放大后便能推动继电器J切断电源.试说明:
①为什么多开灯不会使保安器切断电源.
②为什么有人〝手—地〞触电保安器会切断电源
③该保安器能不能为双手〝相线—零线〞触电保安?为什么?
【参考答案】
1:①40～80倍
②干燥时电流分别为lmA,0.7mA,0.28mA,
潮湿时电流分别为:44mA,27.5mA,22Ma
③潮湿时各种情况均有危险
2．电流路径如下图所示
三眼插头比两眼插头安全.左图为二眼插头,一旦漏电,电流将流经人体;右图为三眼插头,一旦漏电,电流将通过接地板流入地下,(相当于一个短路导线),几乎没有电流通过人体.
3．通过熔丝的实际电流是6.8A
人的手脚触电时,通过人体电流是0.0275A
熔丝点电流为6.828A,小于10A,故熔丝不会断去
4．①变压器A线臼因双股并绕,正向电流与反向电流产生的磁性相互抵消,多开灯.少开灯都如此.所以线圈B中无感应电流,保安器的控制开关J不工作,不会自动切断电源.
③当人〝手—地〞触电时,相线中电流有一部分直接通过人体,流入大地,不从A线圈中回流,保安器铁芯中有磁通量变化,B线圈有电流输出,保安器开关J工作,自动
切断电源.
③〝相线—零线〞触电时,与多打开几盏电灯情况相似,A线圈中正.反向电流总是相等,不引起磁通量变化,保安器不能自动切断电源,不起保安作用.
综合点:本题首先是物理知识内部电流.电路.电磁感应等各部分的综合.它还涉及人身用电安全的问题,有较重要的现实意义.解答本题在一定程度能考查解答者所学知识联系实际问题的能力.
有几点说明:本题中洗衣机的底部有塑料垫脚,因此它的外壳是不直接接地的,保
安器的控制开关J应带有电流放大装置.因为变压器感应人体电流的功率是很小的,电流也是很小的,通常不经放大不能推动开关做功.
9．如图所示带电的平行板电容器C的两个极板,在用绝缘工具将两板间距离匀速增大的过程中,电容器周围空间将( A )
A.会产生变化的磁场
B.会产生稳定的磁场
C.不会产生磁场
D.会产生周期性振荡的磁场
10．对于〝超导体〞和〝空间技术〞的名字,人们可能并不陌生.所谓〝超导体〞是指电阻值几乎为零(10－5Ω)的导体.超导体在电力领域里,必将成为人们的理
想材料.
(1)以下关于超导体的说法中正确的是( B )
A.超导体是没有电阻的导体
B.超导体是电阻值很小的导体
C.超导体内部电流可以任意大
D.超导体内部电流必需大于某一特定值
(2)．我们把当温度降低到一定程度时,导体的电阻突然降低到很小(10－5Ω)的现象称为超导现象;而材料超导性的实现,除了需要将温度降低到临界温度以下外,还需要使其周围磁场低于某一临界值.另据实验表明,超导体内部电流必需小于某一特定值.其原因是(B)
A.超导体虽然电阻很小,但是仍然有电阻,电流流过时要产生焦耳热,所以电流不能太大
B.由于导线通过电流后,电流要在导线周围产生磁场,电流越大,磁场越强;而超导体周围磁场不能大于临界值,所以通过超导体的电流必需小于某一特定值
C.超导体对电流有阻碍作用,所以电流不能太大
D.以上说法均不对
11．变压器是供电网络中的重要器件,它可以根据需要改变电压.
(1)某理想变压器原副线圈匝数之比为10:1,正常工作时输入功率与输出功率之比是多少?
(2)在传送一定电功率的输电线路中,若升压变压器输出电压提高1倍,则输电线上
的电功率损失将变为原来的多少?。