论高中物理电磁感应在生活中的应用

林明媚

摘 要：电磁感应是高中物理的重要知识点，不仅需要学生牢固的记忆，更要深刻的理解，灵活应用。为提高学生的学习兴趣，教学中应讲解电磁感应在生活中的具体应用，使学生认识到电磁感应知识的重要性，更加积极主动的投入到该部分知识学习中。本文结合自身教学实践，对高中物理电磁感应在生活中的应用进行探讨，以供参考。

关键词：高中物理;电磁感应;生活;应用

电磁感应是19世纪物理领域伟大的发现，其加深了人们对电与磁关系的认识，为电磁学的迅猛发展奠定坚实基础。自从电磁感应被发现以来，人们经过不断的努力研究出很多基于电磁感应的相关产品，给人们的生产生活带来前所未有的便利。为使学生认识到电磁感应在人们生活中的重要作用，有必要结合生活中的具体事物，为学生讲解电磁感应的应用。

一、高中物理电磁感应理论

利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，产生的电流为感应电流，产生的电动势为感应电动势。其中感应电流的方向可使用楞次定律以及右手定则进行判断。而感应电动势又分为平均感应电动势与瞬时感应电动势。

平均感应电动势的计算公式为E=n△Φ/△t，其中n表示线圈匝数。△Φ/△t表示磁通量的变化率。既然是变化率表明其由变化量和变化的时间共同决定，因此，磁通量的大小、磁通量变化的大小并不能判断出E的大小，因为还要考虑变化所需的时间。瞬时感应电动势的计算公式为E=BLV，其中L为切割磁感线的有效长度，若导线运动方向与磁感线的方向存在夹角θ，则计算公式为E=BLVsinθ。该公式求出的是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势。两个公式之间联系紧密，对于平均感应电动势的计算公式而言，如果t趋向于零，则求出的数值为瞬时感应电动势。如果瞬时感应电动势计算公式中的v为导体的平均速度，则求出的为平均感应电动势。对于导体回路本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象则称为自感现象。其产生的电动势为自感电动势，其总是阻碍引起它的电流的变化。自感现象在生活中也有着广泛的应用。

二、高中物理电磁感应在生活的应用

电磁感应在生活中的应用无处不在。为提高学生认识，平时应注重留意生活中应用电磁感应制成的产品，通过查阅资料搞清楚其工作原理。在课堂上介绍给学生，丰富课堂内容的同时，更好的培养学生学习该部分知识的兴趣。

（一）电磁感应灯

电磁感应灯是电磁感应在生活中应用的一个具体实例，依据电磁感应以及气体通过磁场产生可见光原理制成。灯中的线圈因放电形成一个闭路，促使自由电子的加速。自由电子与汞原子碰撞激发电子产生紫外线，通过玻璃管表面的三基色荧光粉时，紫外线转化为可见光。

电磁感应灯的优点较为突出，主要表现在以下方面：其一，使用寿命长。电磁感应灯的使用寿命可达10万小时。灯光质量高，显色性指数超过80，色温从2700K～6500K;其二，节能环保效果好。在同等亮度情况下与白炽灯相比节能超过80%，而且汞齐可回收，不会给环境造成污染;其三，不需维护，应用范围广。电磁感应灯安装后，无需维护，可有效地降低维护成本，因此广泛应用于运动场、高铁站、隧道等场所的照明。

（二）变压器

变压器是一个用于升压或降压的设备，在生活中应用广泛，其运用电磁感应的原理进行工作。其中铁芯、线圈是变压功能实现的核心部件。与电源相连的线圈称为原线圈又叫次级线圈，与负载相连的线圈为副线圈又叫次级线圈。当将交流电输入给初级线圈时，因其内部的电流是不断变化的，会导致铁芯产生变化的磁场。变化的磁场经过次级线圈就会产生电动势。研究发现，原负线圈的电压之比为两个线圈的匝数之比，即，U1/U2=n1：n2，而电流之比则为两个线圈的反比，即，I1/I2=n2：n1。需要注意的是高中阶段所学的变压器知识，并没有考虑能量的损失，属于理想变压器。事实上电流通过变压器线圈时会发热，铁芯在交变磁场的作用下也会发热，会使得一部分能量散失。

根据变压器原理可以分析出电路中很多重要的参数。如图1某理想变压器结构简图：若用P表示发电机的输出功率，U1表示升压变压器副线圈的电压，R表示输电线上的总电阻。

因理想变压器原副线圈的功率不变，因此输电线的电流强度I=;输电线上损耗的功率ΔP=I2R=，输电的效率η=×100%=（1-R）×100%;用户得到的电功率为P-ΔP=P-;输电线上损失的电压ΔU=IR=。

（三）电磁流量计

电子流量计根据导电流体通过外加磁场时产生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。因流量计的管道内没有任何阻碍流体流动的结构，因此常用于测量强腐蚀性以及高粘度的流体，具有易于与其他自动控制装置配套、测量反应快、测量范围广等优点。

其工作原理（如图2所示）为在测量的管轴线与磁力线垂直的管壁安装一对检测电极，当导电流体沿测量管轴线运动时，导电流体切割磁感线产生感应电动势。感应电动势的E=BvDk，其中B、v、D、k分别表示磁感应强度、流体的平均流速、管道的直径、仪表常数。安装在内部的传感器将感应电动势作为流量信号，传送到转换器，经过放大、变换滤波等信号处理后，将流体的瞬时流量以及累计流量通过显示器显示出来。电磁流量计在一些生产中的应用，不仅方便了人们掌握流体流量的情况，而且有助于人们根据流体流量的变化分析生产中可能存在的安全隐患，为生產工作的安全稳步进行提供切实保障。

（四）电磁炉

电磁炉是一种运用电磁感应制成的常用家用电器。该电器煮熟食物并不是通过明火，而通过电磁感应在锅底直接产生热量，其不仅使用方便，安全性高，而且热效率得到显著提升。电磁炉主要由结构包装、电子线路两大部分构成。前者有上下盖、瓷板等构成，后者包括热敏电阻、电磁线盘、显示板、主控板等。

电磁炉的工作原理为：电子线路板通电后会产生交变磁场，电子线圈因通过交变电流，而在周围产生交变磁场。交电磁场的磁力线为大部分通过金属锅底。在锅底形成大量的涡流，促使锅具底部材料中的自由电子呈旋涡状交变运动而发热将食物煮熟。

（五）延时继电器

延时继电器是电路中常用的电学元件，用于电气工作设备和装置中线路的定时闭合或断开控制。在电路中应用延时继电器既能够降低线路能耗，又能提高用户舒适度。如图3某延时继电器示意图：

在铁芯上缠绕着A、B两个线圈，其中A线圈和电源相连接，B线圈的两端连接在一起。当开关S断开时，因电磁感应弹簧K并不能立即将D拉起，而是经过一段时间后，才会动作。需要注意的是在电路中应用延时继电器时，需要结合线路实际情况，认真筛选对应参数的延时继电器，以更好的满足延时工作要求。

（六）漏电保护开关

在线路中安装漏电能有效的避免人为触电事故的发生。某漏电保护开关只要有触电保护器和继电器构成，如图4为其结构简图。变压器A用火线和零线双股平行绕成线圈，而后接到用电器。B处为输出线圈，若线圈B中有电流，放大后便能推动继电器切断电源。

线路工作正常时火线和零线有着大小相等，方向相反的电流，在变压器的铁芯内会产生等大反向的磁场，铁芯内的合磁场为零，此时输出线圈内不会产生感应电流。若线路中存在漏电，或者有人触碰到火线，会导致火线和零线电流大小发生改变，有电磁感应可知B中便会产生感应电流，从而切断电源。

（七）磁悬浮列车

磁悬浮列车是世界各国研究的重要内容。目前我国的磁悬浮列车已经在上海投入使用，线路总长30千米，单程行驶8分钟，其轨道悬空距离可达12-13米，在运送旅客上做出了突出贡献。因磁悬浮列车和轨道并不直接接触，能降低列车运行过程中与轨道的摩擦，因此既能降低列车运行中的能耗，又能使列车的速度提高一个新的水平。从上海磁悬浮列车试运行反馈的数据来看，超过100千米/小时的路段有80%，超过300千米/小时的路段有60%。另外，有10千米的超过速路段达到400千米/小时。另外，列车运动的动力主要依靠固定的路轨两侧的电磁流，同一区域内的电磁流强度相同，因此能有效的避免列车追尾或相撞，使得列车运行安全性得到很好的提高。

磁悬浮列车的制作基于磁悬浮原理。该原理可通过图5示意图加以简单说明。其中A為圆柱形磁铁，B为高温超导材料制成的超导圆环。将B在磁铁A上水平放置，在磁力作用下会悬浮起来。事实上，将B放入磁场过程中因电磁感应现象的存在其将产生感应电流，若A的上方为N极，B产生的感应电流方向为顺时针方向。当电流稳定后因B为电阻，因此圆环中仍会存在电流。

结束语

电磁感应现象是19世纪最为著名的发现之一，目前已经形成了较为系统的理论，被广泛的应用于人们的生产生活中。生活中应用电磁感应生产的产品较多，包括电磁感应灯、变压器、电磁流量计、电磁炉、延时继电器、漏电保护开关、磁悬浮列车等，给人们的生产生活带来诸多便利。教学中为提高学生的学习兴趣，激发学生的学习热情，在讲解电子感应知识时应注重为学生讲解电磁感应在生活中的应用，拓展其视野，丰富物理课堂教学内容。

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