高中物理電磁感應(yīng)在生活中的應(yīng)用

呂 煒

(江蘇省泰興市第一高級(jí)中學(xué) 225400)

人教版高中物理有關(guān)電磁感應(yīng)方面的知識(shí)，分別在必修第三冊(cè)和選擇性必修第二冊(cè)進(jìn)行講解.其中必修第三冊(cè)主要講解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，主要對(duì)電磁感應(yīng)進(jìn)行定性描述.而選擇性必修第二冊(cè)中主要講解了電磁感應(yīng)的定量知識(shí).在進(jìn)行電磁感應(yīng)知識(shí)教學(xué)中，為更好地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，更加牢固地掌握該部分內(nèi)容，應(yīng)注重聯(lián)系生活，多講解電磁感應(yīng)在生活中應(yīng)用的案例.

1 變壓器

變壓器在人們的生活中非常常見(jiàn)，是升降電壓的重要設(shè)備，其以電磁感應(yīng)為工作原理.教學(xué)實(shí)踐中為使學(xué)習(xí)者更好地理解變壓器的作用及其工作原理，并能夠運(yùn)用電磁感應(yīng)知識(shí)分析一些變壓器問(wèn)題.一方面，為學(xué)習(xí)者認(rèn)真講解電能輸送的整個(gè)過(guò)程，使其認(rèn)識(shí)到電能輸送過(guò)程中進(jìn)行變壓的必要性，而后自然的引出變壓器.同時(shí)，運(yùn)用多媒體課件為學(xué)習(xí)者展示生活中不同類型的變壓器，給其帶來(lái)似曾相識(shí)的感覺(jué)，更好地吸引其注意力，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)熱情.另一方面，對(duì)變壓器進(jìn)行理想化的抽象，即，理想變壓器.為學(xué)習(xí)者介紹理想變壓器的核心部件，而后與學(xué)習(xí)者一起剖析變壓器工作原理，推導(dǎo)變壓器原副線圈電壓、電流之間的關(guān)系.如圖1所示，理想變壓器的核心部件.

圖1

從電磁感應(yīng)視角對(duì)變壓器的工作原理進(jìn)行剖析，既鞏固了學(xué)習(xí)者所學(xué)，又認(rèn)識(shí)到電磁感應(yīng)在人們生活中發(fā)揮的重要作用.為更好地鍛煉學(xué)習(xí)者的學(xué)以致用能力，創(chuàng)設(shè)以下問(wèn)題要求學(xué)習(xí)者思考、分析：若發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率為1×105W，輸出電壓為250V，準(zhǔn)備向遠(yuǎn)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(guò)輸電功率的5%，用戶獲得的電壓為220V，則應(yīng)選用匝數(shù)比多大的升壓變壓器和降壓變壓器？

圖2

該問(wèn)題要求學(xué)習(xí)者基于對(duì)變壓器工作原理地理解，運(yùn)用所學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題，能很好地檢驗(yàn)學(xué)習(xí)者理解以及應(yīng)用變壓器知識(shí)的程度，促使其養(yǎng)成使用電磁感應(yīng)知識(shí)分析生活問(wèn)題的意識(shí)與習(xí)慣.

2 電磁爐

電磁爐是電磁感應(yīng)知識(shí)應(yīng)用于生活中的又一具體實(shí)例.電磁爐的發(fā)明給人們更加方便地應(yīng)用電能提供了極大的便利.電磁爐通電后通過(guò)電磁感應(yīng)鍋體自己發(fā)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(yōu)點(diǎn).高中物理電磁感應(yīng)知識(shí)教學(xué)中可圍繞電磁爐設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題，要求學(xué)習(xí)者思考、討論，進(jìn)一步澄清對(duì)電磁感應(yīng)知識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解，激發(fā)對(duì)電磁感應(yīng)知識(shí)的熱情.顯然電磁爐以電磁感應(yīng)為工作原理，聯(lián)系電磁感應(yīng)知識(shí)可知要想形成渦流，達(dá)到一定的熱效應(yīng)需要材料能夠有效匯聚磁感線.同時(shí)，為獲得預(yù)期的加熱效果，增大渦流電流，電磁爐的鍋體應(yīng)使用導(dǎo)電性能良好的金屬.

3 無(wú)線充電手機(jī)

無(wú)線充電是當(dāng)前較為前沿的科技，已被應(yīng)用于手機(jī)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(xué)中為學(xué)習(xí)者展示無(wú)線充電在人們生活中的應(yīng)用，而后要求學(xué)習(xí)者思考，為什么沒(méi)有導(dǎo)線能夠完成對(duì)手機(jī)的通電？激發(fā)其對(duì)電磁感應(yīng)知識(shí)學(xué)習(xí)的熱情.在此基礎(chǔ)上為學(xué)習(xí)者系統(tǒng)的講解無(wú)線充電依據(jù)的原理，展示如圖3所示的示意圖：

圖3

其中發(fā)射線圈安裝在充電底座上，而接受線圈安裝在手機(jī)中，交流電通過(guò)發(fā)射線圈產(chǎn)生可變磁場(chǎng)，可變磁場(chǎng)通過(guò)接收線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流.接收線圈與手機(jī)的電池連接，便可完成無(wú)線充電.課堂上為使學(xué)習(xí)者更好地理解電磁感應(yīng)在無(wú)線充電上地應(yīng)用，要求學(xué)習(xí)者思考以下問(wèn)題：(1)在充電底座和手機(jī)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(wú)線充電？(3)發(fā)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(yīng)原理可知無(wú)線充電主要以磁場(chǎng)為媒介，磁場(chǎng)能夠穿過(guò)白紙因此充電底座和手機(jī)之間放上白紙也能完成無(wú)線充電.依據(jù)電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件可知，恒定電流不能產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，也就無(wú)法完成無(wú)線充電.電磁感應(yīng)并不會(huì)改變電流的頻率.

4 延時(shí)繼電器

延時(shí)繼電器是一種常用的電氣設(shè)備，用于保護(hù)線路或其他設(shè)備.延時(shí)繼電器工作時(shí)無(wú)論是接通電源還是斷開(kāi)電源，都無(wú)法使得線路及時(shí)斷開(kāi)或閉合，而是過(guò)一段時(shí)間后才會(huì)動(dòng)作.高中物理教學(xué)實(shí)踐中可結(jié)合生活實(shí)例為學(xué)習(xí)者講解，使學(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)到延時(shí)繼電器的重要作用.同時(shí)，通過(guò)對(duì)延時(shí)繼電器原理地分析，使其認(rèn)識(shí)到延時(shí)繼電器運(yùn)用了電磁感應(yīng)原理.可將延時(shí)繼電器簡(jiǎn)化為如圖4所示的結(jié)構(gòu)：

圖4

A、B兩個(gè)線圈共同繞在同一鐵芯上，A線圈和電源相連.開(kāi)關(guān)上連接一彈簧K，DC為觸頭.當(dāng)S閉合時(shí)A因有穩(wěn)定電流流過(guò)，產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)，吸引開(kāi)關(guān)，DC將導(dǎo)線接通.此時(shí)通過(guò)B的磁通量未發(fā)生變化，因此不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.當(dāng)斷開(kāi)S的瞬間，通過(guò)線圈B的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，使得產(chǎn)生的磁場(chǎng)維持一段時(shí)間，過(guò)一段時(shí)間后電流消失，開(kāi)關(guān)被彈簧K拉起，DC彈起，線路斷開(kāi)，以此實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能.教學(xué)實(shí)踐中可設(shè)計(jì)如下問(wèn)題與學(xué)習(xí)者互動(dòng)，激活高中物理課堂的同時(shí)，使其更加深刻地理解延時(shí)繼電器的工作過(guò)程：(1)S閉合時(shí)鐵芯上端為哪一極？(2)斷開(kāi)S的瞬間，鐵芯上端為哪一極？若B線圈斷開(kāi)，其還是否具有延時(shí)功能？學(xué)習(xí)者回顧學(xué)過(guò)的安培定則容易判斷，S閉合時(shí)鐵芯上端為磁場(chǎng)的N極.當(dāng)S斷開(kāi)的瞬間由楞次定律可知，其產(chǎn)生的感應(yīng)電流和開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)線圈A的電流方向相同，因此鐵芯的上端仍為N極.當(dāng)B線圈斷開(kāi)時(shí)因無(wú)法產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就不能產(chǎn)生磁場(chǎng)，無(wú)法起到延時(shí)作用.

5 動(dòng)圈式話筒

動(dòng)圈式話筒在人們的生活中非常常見(jiàn).高中召開(kāi)的各種會(huì)議中都能看到動(dòng)圈式話筒的身影.動(dòng)圈式話筒能夠?qū)⑷说穆曇艮D(zhuǎn)化為電信號(hào)并通過(guò)放大器放大，而后經(jīng)音響發(fā)出，使得聲音被更多的人聽(tīng)到.課堂上為更好地激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情，可要求學(xué)習(xí)者列舉生活中應(yīng)用動(dòng)圈式話筒的場(chǎng)景，而后告知學(xué)習(xí)者動(dòng)圈式話筒是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制成的，并使用多媒體技術(shù)為學(xué)習(xí)者展示如圖5所示的動(dòng)圈式話筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與學(xué)習(xí)者一起分析動(dòng)圈式話筒是怎樣使用電磁感應(yīng)原理的.

圖5

電磁感應(yīng)在高中物理中占有重要地位，需要學(xué)習(xí)者真正的搞清楚電磁感應(yīng)原理，并能夠靈活運(yùn)用相關(guān)公式進(jìn)行定量計(jì)算.實(shí)踐中為提高課堂教學(xué)效率，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的主動(dòng)性應(yīng)積極聯(lián)系生活，認(rèn)真收集電磁感應(yīng)在生活中應(yīng)用的具體事物，積極查閱相關(guān)資料，搞清其工作原理.課堂上靈活運(yùn)用多種方法，與學(xué)習(xí)者一起剖析電磁感應(yīng)的具體應(yīng)用，進(jìn)一步加深學(xué)生印象，更好地理解與掌握電磁感應(yīng)知識(shí)，高效地完成課堂教學(xué)目標(biāo).