高中物理電磁感應在生活中的應用

摘 要：電磁感應是一項非常偉大的發現，其揭示了電與磁之間的關系與規律，在人們的生產生活中有著廣泛地應用.高中物理教學實踐中注重為學習者講解電磁感應在生活中的應用，不僅能夠激發學習者的學習興趣，而且能使學習者認識到電磁感應的重要性，激發其學習的積極性.

關鍵詞：高中物理;電磁感應;生活;應用

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2022）22-0098-03

人教版高中物理有關電磁感應方面的知識，分別在必修第三冊和選擇性必修第二冊進行講解.其中必修第三冊主要講解電磁感應現象，主要對電磁感應進行定性描述.而選擇性必修第二冊中主要講解了電磁感應的定量知識.在進行電磁感應知識教學中，為更好地激發學習者的學習興趣，更加牢固地掌握該部分內容，應注重聯系生活，多講解電磁感應在生活中應用的案例.

1 變壓器

變壓器在人們的生活中非常常見，是升降電壓的重要設備，其以電磁感應為工作原理.教學實踐中為使學習者更好地理解變壓器的作用及其工作原理，并能夠運用電磁感應知識分析一些變壓器問題.一方面，為學習者認真講解電能輸送的整個過程，使其認識到電能輸送過程中進行變壓的必要性，而后自然的引出變壓器.同時，運用多媒體課件為學習者展示生活中不同類型的變壓器，給其帶來似曾相識的感覺，更好地吸引其注意力，調動其學習熱情.另一方面，對變壓器進行理想化的抽象，即，理想變壓器.為學習者介紹理想變壓器的核心部件，而后與學習者一起剖析變壓器工作原理，推導變壓器原副線圈電壓、電流之間的關系.如圖1所示，理想變壓器的核心部件.

從電磁感應視角對變壓器的工作原理進行剖析，既鞏固了學習者所學，又認識到電磁感應在人們生活中發揮的重要作用.為更好地鍛煉學習者的學以致用能力，創設以下問題要求學習者思考、分析：若發電系統的輸出功率為1×105W，輸出電壓為250V，準備向遠處輸電.輸電示意圖如圖2所示，若輸電線的總電阻為8Ω，要求輸電線上的電功率損失不能超過輸電功率的5%，用戶獲得的電壓為220V，則應選用匝數比多大的升壓變壓器和降壓變壓器？

該問題要求學習者基于對變壓器工作原理地理解，運用所學解決實際問題，能很好地檢驗學習者理解以及應用變壓器知識的程度，促使其養成使用電磁感應知識分析生活問題的意識與習慣.

2 電磁爐

電磁爐是電磁感應知識應用于生活中的又一具體實例.電磁爐的發明給人們更加方便地應用電能提供了極大的便利.電磁爐通電后通過電磁感應鍋體自己發熱，在不使用明火的情況下將食物做熟，具有熱量損失小，能量利用率高，安全可靠等優點.高中物理電磁感應知識教學中可圍繞電磁爐設計相關問題，要求學習者思考、討論，進一步澄清對電磁感應知識的認識與理解，激發對電磁感應知識的熱情.

顯然電磁爐以電磁感應為工作原理，聯系電磁感應知識可知要想形成渦流，達到一定的熱效應需要材料能夠有效匯聚磁感線.同時，為獲得預期的加熱效果，增大渦流電流，電磁爐的鍋體應使用導電性能良好的金屬.

另外，為使學習者靈活地應用電磁感應知識解答與電磁爐相關的定量計算問題，進一步拓展其視野，可設計如下問題要求學習者分析：電磁爐是由安裝在鍋底的一系列半徑不同的同心導電圓環發揮加熱作用的.若導環所用的材料電阻為R0=0.125πΩ/m，最內的圓環的半徑r1=1cm.電磁爐工作后產生垂直于過濾方向的變化磁場，若磁感應強度B的變化率為1002πsin100πtT/s，不考慮同心導電圓環感應電流之間的影響，忽略電磁輻射.求最內圓環的感應電動勢e的瞬時表達式以及電功率P（π2≈10）.

3 無線充電手機

無線充電是當前較為前沿的科技，已被應用于手機以及新能源汽車上，大大提高了充電的便利度.高中物理教學中為學習者展示無線充電在人們生活中的應用，而后要求學習者思考，為什么沒有導線能夠完成對手機的通電？激發其對電磁感應知識學習的熱情.在此基礎上為學習者系統的講解無線充電依據的原理，展示如圖3所示的示意圖：

其中發射線圈安裝在充電底座上，而接受線圈安裝在手機中，交流電通過發射線圈產生可變磁場，可變磁場通過接收線圈產生感應電流.接收線圈與手機的電池連接，便可完成無線充電.課堂上為使學習者更好地理解電磁感應在無線充電上地應用，要求學習者思考以下問題：（1）在充電底座和手機之間放上幾張白紙能否完成充電？（2）若通電底座與恒定電流相連能否完成無線充電？（3）發射線圈與接收線圈中交變電流的頻率是否相同？由電磁感應原理可知無線充電主要以磁場為媒介，磁場能夠穿過白紙因此充電底座和手機之間放上白紙也能完成無線充電.依據電磁感應產生的條件可知，恒定電流不能產生變化的磁場，也就無法完成無線充電.電磁感應并不會改變電流的頻率.

4 延時繼電器

延時繼電器是一種常用的電氣設備，用于保護線路或其他設備.延時繼電器工作時無論是接通電源還是斷開電源，都無法使得線路及時斷開或閉合，而是過一段時間后才會動作.高中物理教學實踐中可結合生活實例為學習者講解，使學習者認識到延時繼電器的重要作用.同時，通過對延時繼電器原理地分析，使其認識到延時繼電器運用了電磁感應原理.可將延時繼電器簡化為如圖4所示的結構：

A、B兩個線圈共同繞在同一鐵芯上，A線圈和電源相連.開關上連接一彈簧K，DC為觸頭.當S閉合時A因有穩定電流流過，產生穩定磁場，吸引開關，DC將導線接通.此時通過B的磁通量未發生變化，因此不會產生感應電流.當斷開S的瞬間，通過線圈B的磁通量發生變化產生感應電流，使得產生的磁場維持一段時間，過一段時間后電流消失，開關被彈簧K拉起，DC彈起，線路斷開，以此實現延時功能.教學實踐中可設計如下問題與學習者互動，激活高中物理課堂的同時，使其更加深刻地理解延時繼電器的工作過程：（1）S閉合時鐵芯上端為哪一極？（2）斷開S的瞬間，鐵芯上端為哪一極？若B線圈斷開，其還是否具有延時功能？學習者回顧學過的安培定則容易判斷，S閉合時鐵芯上端為磁場的N極.當S斷開的瞬間由楞次定律可知，其產生的感應電流和開關斷開時線圈A的電流方向相同，因此鐵芯的上端仍為N極.當B線圈斷開時因無法產生感應電流，也就不能產生磁場，無法起到延時作用.

5 動圈式話筒

動圈式話筒在人們的生活中非常常見.高中召開的各種會議中都能看到動圈式話筒的身影.動圈式話筒能夠將人的聲音轉化為電信號并通過放大器放大，而后經音響發出，使得聲音被更多的人聽到.課堂上為更好地激發學習者的學習熱情，可要求學習者列舉生活中應用動圈式話筒的場景，而后告知學習者動圈式話筒是應用電磁感應原理制成的，并使用多媒體技術為學習者展示如圖5所示的動圈式話筒的內部結構，與學習者一起分析動圈式話筒是怎樣使用電磁感應原理的.

電磁感應在高中物理中占有重要地位，需要學習者真正的搞清楚電磁感應原理，并能夠靈活運用相關公式進行定量計算.實踐中為提高課堂教學效率，增強學習者的學習體驗，激發學習者學習的主動性應積極聯系生活，認真收集電磁感應在生活中應用的具體事物，積極查閱相關資料，搞清其工作原理.課堂上靈活運用多種方法，與學習者一起剖析電磁感應的具體應用，進一步加深學生印象，更好地理解與掌握電磁感應知識，高效地完成課堂教學目標.

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[責任編輯：李 璟]

收稿日期：2022-05-05

作者簡介：呂煒（1975.9-），男，江蘇省泰興人，本科，中學高級教師，從事高中物理教學研究.