探究高中物理電磁感應的應用

張舒怡

摘要：電磁感應是一種自然界普遍存在的物理現象，也是高中物理電學版塊的重點內容，相對于其他電學物理現象，電磁感應的發現時間較晚。電磁感應的發現與運用是物理學上一種里程碑式的跨越，人們熟悉電與磁的轉換關系后廣泛運用于工業生產與日常生活中，影響與改變了人們的生活方式。電磁感應作為高中物理知識的重點難點，經常作為考點檢驗高中生的物理水平，文章基于高中生的視角，對高中物理電磁感應在生活中的應用作一個探究。

關鍵詞：高中物理；物理電路；電路分析；日常生活

電磁感應在十九世紀初被法拉第發現，他得出了著名的結論——閉合電路的磁通量發生了變化之后，感應電流將會在閉合電路中產生，換句話說，通過人為地改變閉合電路中磁場的某些物理參數，就能夠獲得源源不斷的電流。電磁感應現象的發現為人們帶來了福音，人們從此能夠獲得廉價而取之不盡用之不竭的電能，將工業生產與科技創新上升到了一個新的高度。

一、高中物理電磁感應的應用原理

探究高中物理電磁感應的應用，首先要對電磁感應的運用原理有一個清晰明確的認知，電磁感應的應用原理相對于力學，光學和熱學都較為復雜，而且相關原理較為抽象復雜，高中生必須對電磁感應有自己的心得感悟才能夠聯系實際，結合現象發現研究電磁感應的應用。盡管電磁感應知識與概念闡述都相對復雜，但涉及的應用原理非常有限，對高中物理電磁感應的應用原理總結為以下三個方面：

1.電磁感應依據能量守恒定律的原理

電磁感應中閉合電路產生了感應電流，屬于電能的產生，但電能并不是憑空出現的，只有在符合閉合電路磁通量發生變化的情況下才會產生電流，而閉合電路磁通量的變化需要人為地用部分導體切割磁場方向，因此需要消耗導體的動能，所以本質上是供給導體運動做功的能源轉化為電能。沒有提供讓導體做功的能源就無法切割磁場，也就無法產生感應電動勢，從而產生感應電流，電能不會憑空產生，也不會憑空消失，只是由一種能量轉化而來，或是轉換為另一種能量，能量守恒定律是電磁感應最基本的應用原理。

2.依靠閉合電路才能產生電流的原理

電磁感應的前提是存在閉合電路，切閉合電路的部分導體做功切割磁感線，于是閉合回路中產生了感應電流。事實上感應電流并非直接產生，而是在導體做功的過程中產生了感應電動勢，感應電動勢在完整的回路中充當了電源的角色，電流在電動勢最低處出發沿著導線流動直到電動勢的最高處，只有在這種情況下電流才能持續存在。假設沒有閉合回路，導體在切割磁感線的過程中產生電動勢，而電動勢沒有辦法保存下來，會以空氣中的分子摩擦最后消失在空氣中，只有建立閉合電路的情況下，才能夠應用高中物理電磁感應現象。

3.與感應電流的大小相關的物理參數

閉合電路感應電流的大小與歐姆定律有關，在導體切割磁場時，感應電動勢作為電路中的電壓存在，而電磁感應中的總電流為感應電動勢除以閉合電路的總電阻。物理學中無法直觀地判斷感應電流的大小，需要通過計算感應電動勢的大小求解感應電流大小，感應電動勢與導體有效長度（指導體與磁感應方向垂直的有效長度），導體運動速度還有磁場強度有關，只有在這個原理的基礎上，人們才能夠利用電磁感應產生并控制的滿足日常生活所需的一定范圍內的電壓。

二、高中物理電磁感應在生活中的應用

電磁感應現象在工業生產中有著較為廣泛的運用，也影響著人們的生活方式，為人們的生活帶來許多的便利，電磁感應的應用是物理學科廣泛性與適用性的一種體現。電磁感應最大的意義在于使人們能夠人為地獲得廉價且幾近無限的電能，人們利用這些電能獲得巨大的便利，高中物理電磁感應在生活中的應用案例很多，無法一一列舉，以下闡述說明四點：

1.發電機應用電磁感應發電

生活中人人都離不開電能的使用，而我們生活中使用的電能來自于電廠的發電機，發動機利用電磁感應原理，使用定子固定發電機，然后用水力或是火力等提供動能讓轉子轉動不斷切割磁場線從而產生電動勢，在電廠與各家庭用戶連接的電路中產生持續供給的電流，人們利用電能讓用電器工作，為自己的生活帶來便捷。盡管不同發電機讓轉子轉動提供的能源不相同，然而它們都應用了電磁感應的原理，讓導體不停切割磁感線產生電動勢，緊接著閉合回路中產生了源源不斷的電流。

2.變壓器與交流電應用電磁感應改變電動勢與電流方向

生活中常見的電能屬于交流電，交流電屬于電流方向不斷改變的電流類型，這種電流的產生同樣依據電磁感應定律，通過不停地改變切割磁場線的方向使得電流方向改變，從而獲得交流電，交流電的優點在于相對于直流電，它更加容易獲得，而且頻率快。變壓器也應用了電磁感應定律，生活中的電壓并非恒定電壓，而是在安全范圍內持續波動的電壓，通過改變磁通量的大小來改變電動勢的大小，使得電流大小改變，在遇到一些緊急情況時可以減少電壓的大小來減少用電器承受電壓。

3.廚房灶具應用電磁感應加熱

傳統人們給食物加熱的方式是消耗天然氣生火加熱食物，加熱方式屬于熱傳遞，這種加熱的方式能量轉化效率低，還容易造成安全隱患，因此現在家庭生活中人們不提倡這種加熱食物的方式。電磁爐是最新的加熱工具，依據電磁感應原理不斷改變磁通量的方向從而改變電流方向，電流以漩渦狀的方式給食物快速加熱，這種加熱方式安全環保無毒害，并且能量的轉化效率極高。

4.變壓器應用電磁感應改變電壓大小

在工業生產中電廠的發電機產生巨額的電壓，如果直接過繼到家庭電路網絡中將產生毀滅性的后果，人們用變壓器降低電壓或是提高電壓，得到理想的電壓再過繼給家庭電路網絡，這樣能夠保持家庭用電器的穩定工作，也能夠防止家庭用電器的損壞。

綜上所述，電磁感應現象的發現為人們的工業生產提供了重要的理論依據，極大提高了生產力水平，這些工業生產中的成果也為人們的日常生活帶來了巨大的便利。電磁感應的應用建立在了解電磁感應的原理之上，因此高中生在探究生活現象時，要對物理原理有清晰明確的概念，才能夠結合實際得到深刻正確的生活認知。

參考文獻：

[1]郭建.電磁感應的綜合應用[J].高中生學習（高二版）.2014年5月

[2]牛宇昂.電磁感應現象在生活中的應用[J].中華少年.2017年1月

（作者單位：四川成都實驗外國語學校 610031）endprint