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本人于1990年9月在新田初中上岗任教,1993年9月被合肥学院数学和物理系物理教育专业录取,两年后的7月(即1995年)从合肥学院数学和物理系物理教育专业毕业后,被区教委派往华阳初中任物理教师,2000年9月到宣城市阳光中学任物理教师并担任校团委书记,2001年6月在安徽师大 物理与电子信息学院物理教育专业取得本科学历,并于2004年8月取得高中教师资格,2008年9月在洪林初中任教,本人一直从事初中毕业班物理教学工作,取得了一定的教学成绩。只不过命运多舛,步履维艰,时常命运不济,现蜗居在新田初中任教。

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“磁生电”疑点解惑  

2013-05-05 06:25:36|  分类: 物理教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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“磁生电”疑点解惑



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“磁生电”疑点解惑



 

15955633029;1148631378; xzyggyj@163.com

“磁生电”疑点解惑
江苏丰县广宇学校 刘庆贺


  一、准确理解产生感应电流的条件

 

  要产生感应电流必须满足两个条件:①电路必须是闭合的;②一部分导体做切割磁感线运动。

 

  第一条容易理解,关于第二条要注意两点。

 

“磁生电”疑点解惑 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

  ⑴做切割磁感线运动的必须是一部分导体而不是全部。如图1中,闭合电路abcd全部在垂直于纸面向里的磁场中,以速度v向右运动。虽然导体ab、cd都在做切割磁感线运动,但ab和cd在磁场中所处的情况相同,且运动方向一致,两边产生的感应电流互相抵消,闭合电路abcd中仍不会有感应电流(特殊情况:若闭合框在磁场中沿某个方向转动时,可以产生感应电流。这一点,大家到高中就会学到)。

 

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  ⑵很多同学认为只要导体运动方向与磁场方向垂直,导体就做切割磁感线运动。这是错误的。如图2中,要使电路中产生感应电流,除开关闭合,悬吊的导体还应左右运动。若它上下运动,与磁场方向平行,可以理解为始终在磁感线的缝隙中运动,不切割磁感线;若沿图中从a到b或从b到a的方向运动,是否会产生感应电流呢?仍然不会。尽管导体运动方向与磁场方向垂直,但导体还是始终在磁感线的缝隙中运动,也不做切割磁感线运动。

 

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  如图3所示,将条形磁铁向下插入线圈中,灵敏电流计指针也会发生偏转。这是为什么呢?可以这样考虑:根据运动的相对性,条形磁铁向下插入线圈,相当于条形磁铁不动,线圈向上运动。线圈向上运动时是否切割磁感线呢?联想到条形磁铁周围磁感线的形状,线圈做切割磁感线的运动,所以能产生感应电流。

 

  二、交流发电机发出的电为什么是交流电

 

  要回答这个问题,首先要明确交流发电机是利用电磁感应原理工作的。电磁感应现象中产生的感应电流的方向与磁场方向和导体做切割磁感线的运动方向都有关系。当磁场方向和导体做切割磁感线的运动方向中有一个因素改变时,感应电流的方向就发生改变。

 

“磁生电”疑点解惑 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

  如图4为交流发电机发电的原理图,图中的一组平行向右的直线表示磁场方向,abcd表示线圈的四个边框,线圈可以绕图中的虚线轴转动,与线圈下端连接在一起的两个圆环是铜滑环,它们分别通过各自的电刷与外电路连接。当线圈在图甲位置按箭头方向转动时,ab边向外运动,cd边向里运动,被切割的磁感线方向相同,故产生的感应电流方向相反(尽管ad、bc两边也在转动,但它们始终不切割磁感线,因此在讨论过程中,ad和bc两边可以不分析。),假设ab边中的感应电流方向由a向b, 则cd边中的感应电流方向由c向d。由电压表、电阻组成的外电路中就有电流通过。此时线圈abcd相当于一个电源,a端相当于电源正极,d端相当于电源负极。

 

  当线圈转动1/4转,线圈平面和磁感线方向垂直。此时,ab边、cd边 的运动方向都与磁感线方向平行,整个电路中无电流。

 

  当线圈转动1/2转,如图乙,情况正好与甲相反。现在我们具体分析,磁场方向一直是水平向右,保持不变。与甲相比,ab边的运动方向正好相反(甲中ab边向外运动,乙中ab边向里运动),当磁场方向和导体做切割磁感线的运动方向中有一个因素改变时,感应电流的方向就发生改变。所以,在乙图中,ab边中的感应电流方向不再是由a向b,而是由b向a。同理cd边中的感应电流方向是由d向c。此时线圈abcd仍相当于一个电源,与甲图不同的是a端相当于电源负极,d端相当于电源正极,外电路中的电流方向正好与甲图中相反。

 

  当线圈转动3/4转,线圈平面和磁感线方向垂直。此时,ab边、cd边 的运动方向都与磁感线方向平行,整个电路中无电流。

 

  当线圈转动一周,回到甲图的状态,如此周而复始。可以看出线圈每转动一周,外电路中的电流方向改变2次。即外电路中的电流方向不是一直保持一个方向(这样的是直流电),而是一会向一个方向,一会又反过来,交互流动,所以叫交流电。

 

  周期性地改变方向的电流叫交流电。在交流电路中,电流发生一个周期性变化的时间叫做交流电的周期,1S内电流发生周期性变化的次数叫交流电的频率,在一个周期内,电流方向改变2次。我国供生产和生活用的交流电,周期为0.02S,频率为50Hz,电流方向每秒钟改变100次。

 

  三、直流电动机与交流发电机的区别

 


区别

直流电动机

交流发电机

原理

利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成

利用电磁感应原理制成

构造

与电刷接触的是换向器

与电刷接触的是滑环

能量转化

电能转化成机械能

机械能转化成电能

在电路中的作用

用电器

电源


 

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