時間：2023-10-26 09:59:42
導(dǎo)語：在電磁感應(yīng)效應(yīng)的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
摘要：本文通過對電磁感應(yīng)現(xiàn)象歷史的回顧，闡明了法拉第電磁感應(yīng)定律在電磁學(xué)中的重要地位：通過磁鐵穿過線圈時最大感應(yīng)電動勢與磁鐵運動速度關(guān)系的研究，說明了磁鐵運動速度影響最大感應(yīng)電動勢的具體情況。
關(guān)鍵詞：電磁感應(yīng)現(xiàn)象 法拉第電磁感應(yīng)定律 最大感應(yīng)電動勢 磁鐵運動速度
一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與研究
丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)后，英國物理學(xué)家法拉第仔細地分析了電流磁效應(yīng)。他認為，既然磁鐵可以使靠近它的鐵塊具有磁性，靜電荷可以使靠近它的導(dǎo)體帶電，那么電流也應(yīng)該可以使靠近它的線圈感應(yīng)出電流。1822年，法拉第在他的日記中記載了“把磁轉(zhuǎn)變成電”的光輝思想。后來，法拉第對這一課題進行了系統(tǒng)深入的實驗研究。
大約10年后，即1831年8月，法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，線圈A接在直流電源上，線圈B接在電流表上。他發(fā)現(xiàn)，當線圈A的電路接通或斷開的瞬間，線圈B中會產(chǎn)生瞬時電流。法拉第還發(fā)現(xiàn)，鐵環(huán)并不是必需的。拿走鐵環(huán)，再做這個實驗，電磁感應(yīng)現(xiàn)象仍然發(fā)生，不同的只是線圈中的電流弱些。
對于這個實驗，法拉第作了如下分析，他的思路大致如下：
(1)線圈B除了處在通電線圈A的磁場中，同線圈A沒有其他任何聯(lián)系，所以線圈B的感應(yīng)電流只能由線圈A的磁場引起。
(2)線圈A中的電流穩(wěn)定因而周圍磁場穩(wěn)定時，線圈B中沒有感應(yīng)電流，這一現(xiàn)象表明穩(wěn)定的磁場不會引起感應(yīng)電流。只有當線圈A通電或斷開的瞬間，它的電流變化引起周圍磁場的變化時，線圈B中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這表明，變化的磁場才能引起感應(yīng)電流。
(3)磁場可以由磁感應(yīng)線形象地表示，線圈B所在處的磁場發(fā)生變化時，穿過線圈B的磁通量隨之發(fā)生變化。所以，感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件可以歸結(jié)為穿過線圈的磁通量發(fā)生變化。
為了透徹研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，法拉第又做了許多實驗。1831年，法拉第在所寫的論文中把產(chǎn)生的感應(yīng)電流概括為5種不同的情況：①變化著的電流；②變化著的磁場；③運動的穩(wěn)恒電流；④運動的磁鐵；⑤在磁場中運動的導(dǎo)體。
電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中的重發(fā)現(xiàn)之一，這一重發(fā)現(xiàn)進一步證實了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的統(tǒng)一性。
磁鐵穿過線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢就是對電磁應(yīng)現(xiàn)象的一個最好證明，磁鐵穿過線圈時產(chǎn)生最大電動勢的實驗，是對電磁感應(yīng)現(xiàn)象的進一步認識和發(fā)展。
二、最大感應(yīng)電動勢與磁鐵運動速度的關(guān)系
磁鐵穿過線圈時產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢與磁鐵運動的速度有什么關(guān)系呢?下面筆者結(jié)合一個具體的實驗來說明：
實驗：將線圈A的兩端接在靈敏電流計的兩端，然后將一根條形磁鐵插入線圈A或從線圈A中拔出。當插入或拔出線圈A的速度不同時，觀察靈敏電流計指針最大偏轉(zhuǎn)角度有何不同?
【關(guān)鍵詞】同塔雙回線路；感應(yīng)電壓；感應(yīng)電流；EMTP
隨著電力工業(yè)的發(fā)展，220kV及以上電壓等級輸變電系統(tǒng)在廣東地區(qū)的發(fā)展越來越迅速。隨著大型電站的建設(shè)，高壓輸電線路出線日趨密集，由于人口稠密區(qū)、森林保護區(qū)等對線行的限制，可以使用的線行越來越少。為解決輸電線路走廊越來越緊張的問題，新建的220kV及以上電壓等級輸電線路將盡量采用同塔雙回輸電線路。
同塔雙回路即是將兩回線路同塔架設(shè)，可以有效減小線路走廊及建設(shè)費用，滿足大容量輸電要求。目前，廣東省甚至全國范圍內(nèi)同塔雙回線路已經(jīng)越來越多，在目前走廊資源緊張的背景下，同塔雙回線路已經(jīng)成為了我國高壓線路發(fā)展的一種趨勢。
但是，同塔雙回交流線路節(jié)省了線路走廊的同時也帶來了一個問題：雙回線路同塔架設(shè)使導(dǎo)線間的距離很近，導(dǎo)線與導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與大地之間均存在較強的電磁耦合和靜電耦合。對于同塔雙回交流線路，當一回線路停運時，由于停運線路和運行線路之間存在電磁耦合和靜電耦合，在停運線路上會產(chǎn)生感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，對于較高電壓等級的同塔雙回交流線路，感應(yīng)電壓甚至?xí)哌_幾十千伏。為保證停運線路上工作人員的安全作業(yè)，避免事故發(fā)生，研究停運線路上的感應(yīng)電壓具有重要的意義[1]。
在同塔雙回交流線路中接地開關(guān)是必不可少的設(shè)備，因為當雙回輸電線路中一回帶電運行，另一回停運接地檢修時，停運線路將會產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流和感應(yīng)電壓，當停運線路檢修完畢重新投入運行時，其接地開關(guān)必須切斷這些感應(yīng)電流[2]。
因此，計算220kV及以上電壓等級同塔雙回輸電線路的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流，并據(jù)此提出接地開關(guān)的選型條件，對整個220kV及以上電壓等級同塔雙回輸電線路的設(shè)計及安全、可靠運行具有重要和現(xiàn)實的意義。
1 原理分析
感應(yīng)電壓分為靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電壓。根據(jù)靜電感應(yīng)現(xiàn)象可知當把導(dǎo)體放于外電場中時，該導(dǎo)體會因電容耦合效應(yīng)而帶上一定的電荷，可知由于停運導(dǎo)線與運行導(dǎo)線之間存在的電容耦合效應(yīng)，依靠運行導(dǎo)線電壓產(chǎn)生的電場，停運導(dǎo)線上即可感應(yīng)出一定的對地電位。
根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象可知，對于同塔并架雙回線路一回正常運行而另一回停運，當運行導(dǎo)線中流過交流電流時，在其周圍將產(chǎn)生一個交變的電磁場，停運線路與其交鏈，因此會在停運線路上感應(yīng)出一個沿導(dǎo)線方向分布的縱電勢，且根據(jù)停運導(dǎo)線對地絕緣程度的不同而對應(yīng)于不同的對地電位。這種由于停運導(dǎo)線與運行導(dǎo)線之間的磁耦合而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓大小決定于電流產(chǎn)生磁場的強弱、運行導(dǎo)線和停運導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)，以及導(dǎo)線的對地絕緣程度。所以當帶電導(dǎo)線流過故障電流時，停運導(dǎo)線上的磁感應(yīng)電壓較為突出[1]。
根據(jù)停運線路和接地開關(guān)的狀態(tài)，停運線路共有4種感應(yīng)參數(shù)：靜電感應(yīng)電壓Us、靜電感應(yīng)電流Is、電磁感應(yīng)電壓Ue和電磁感應(yīng)電流Ie[2]。
對于同塔雙回交流輸電線路，當一回線路停運檢修、另一回線路運行時，由于退出運行的線路與運行線路各相導(dǎo)線距離并不相等，因此二者的互感存在差異，在停運導(dǎo)線上將產(chǎn)生一個縱向電動勢，當停運導(dǎo)線接地時，縱向電動勢將產(chǎn)生電磁感應(yīng)電流。與此類似，由于靜電效應(yīng)，運行線路將在停運導(dǎo)線上激勵出靜電感應(yīng)電壓，當停運導(dǎo)線接地時，將產(chǎn)生靜電感應(yīng)電流。感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流的計算可分為理論公式法和計算機模型仿真法。
2 計算模型
變電站接地網(wǎng)的電阻取0.5Ω，運行線路輸送容量400MVA，功率因數(shù)0.95，線路長度30km，土壤電阻率500Ω?m。線路均不換位，未加裝高抗，計算結(jié)果均為穩(wěn)態(tài)值。
3 理論公式法
對停運線路，當線路兩端接地開關(guān)不接地時，停運導(dǎo)線上的電流IA=IB=IC=0，由此可計算出運行線路在停運線路上的靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電壓；當停運線路兩端接地開關(guān)接地時，停運導(dǎo)線上的電壓UA=UB=UC=0，由以可計算出運行線路在停運線路上的靜電感應(yīng)電流和電磁感應(yīng)電流。
4 計算機模型仿真法
5 計算結(jié)果比較
由上表計算結(jié)果顯示，理論計算值與軟件仿真計算值基本吻合。
6 結(jié)論
6.1 影響因素
根據(jù)計算結(jié)果，對于同塔雙回交流線路上的感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流，主要有以下影響因素[6]：
靜電感應(yīng)電流Is：取決于帶電線路的電壓高低，與帶電線路的耦合因數(shù)（耦合因數(shù)由桿塔上的線路布置情況來確定）以及接地線路的接地端和開路端的長度；
靜電感應(yīng)電壓Us：取決于取決于帶電線路的電壓高低和帶電線路的耦合因數(shù)，耦合因數(shù)由桿塔上的線路布置情況來確定；
電磁感應(yīng)電流Ie：取決于帶電線路中的電流大小和與帶電線路的耦合因數(shù)，耦合因數(shù)由桿塔上的線路布置情況來確定；
電磁感應(yīng)電壓Ue：取決于取決于帶電線路中的電流大小，與帶電線路的耦合因數(shù)（耦合因數(shù)由桿塔上的線路布置情況來確定）以及與帶電線路鄰近的那部分接地線路的長度。
6.2 理論計算與計算機仿真的相互驗證
本文對于同塔雙回交流線路感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流的研究，首先通過理論推導(dǎo)計算，再用ATP-EMTP軟件仿真，兩種研究方法的結(jié)果相互驗證，得出的理論計算值與軟件仿真計算值基本吻合，對相關(guān)的工作研究有一定的參考價值。
得出的理論計算以及軟件仿真結(jié)果表明這兩種方法對于同塔雙回交流線路感應(yīng)電壓及感應(yīng)電流的計算是可行的，但是計算模型與工程實際存在部分誤差，如：線路塔形變化、導(dǎo)線對地高度等參數(shù)在計算模型中均為平均參數(shù)，建議在工程選型應(yīng)用中保留適當?shù)脑６取?/p>
【參考文獻】
[1]趙華，阮江軍，黃道春，等.同塔并架雙回輸電線路感應(yīng)電壓的計算[J].繼電器，2005，33（1）：37-40.
[2]歐小波，韓彥華，呂亮，等.750kV同塔雙回輸電線路中感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的研究以及接地開關(guān)的選取[J].陜西電力，2011，39（1）：22-27.
[3]麻敏華，汪晶毅.500kV/220kV混壓同塔四回路感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流的研究[J].廣東電力，2012，3（14）：30-35.
[4]DOMMEL W H.李永莊，譯.電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)計算理論[M].北京：水利電力出版社，1991.
1 電渦流效應(yīng)的概念
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，塊狀的金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場中，或在固定磁場中作切割磁力線運動時，金屬導(dǎo)體內(nèi)就要產(chǎn)生感應(yīng)電流，該電流流線在金屬導(dǎo)體內(nèi)呈閉合回線，類似水的旋渦形狀，故稱之為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng).
2 理論解釋
電渦流效應(yīng)示意圖如圖1所示.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當激勵線圈通以正弦交變電流i1時，線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場Φ1，從而在附近金屬導(dǎo)體平面上激發(fā)正弦交變的渦旋電場，金屬導(dǎo)體中的自由電子就在該渦旋電場的電場力作用下繞金屬平面垂直線往復(fù)地作渦旋運動，使置于此磁場中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流i2，這就是電渦流效應(yīng)的原理.
3 電渦流效應(yīng)的主要應(yīng)用—電渦流傳感器
因該電渦流i2又產(chǎn)生新的交變磁場Φ2，根據(jù)愣次定律，Φ2的作用將反抗原磁場Φ1，由于磁場Φ2的作用，渦流要消耗一部分能量，導(dǎo)致激勵線圈的等效阻抗發(fā)生變化.由上可知，激勵線圈阻抗的變化完全取決于附近金屬導(dǎo)體的電渦流效應(yīng).電渦流效應(yīng)既與被測體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及幾何形狀有關(guān)，還與線圈與被測體的尺寸因子r、線圈中激勵電流i的幅值、頻率ω有關(guān)，同時還與線圈與導(dǎo)體間的距離x有關(guān).因此，激勵線圈受電渦流影響時的等效阻抗為Z=f（μ，ρ，x，i1，ω，r）.如果保持上式中其它參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，激勵線圈阻抗Z就僅僅是這個參數(shù)的單值函數(shù).通過與之配用的測量電路測出阻抗Z的變化量，即可實現(xiàn)對該參數(shù)的測量，這樣就組成電渦流傳感器.
4 電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域大致有以下4個方面：
（1）利用位移作為變換量，可以做成測量位移、厚度、振幅、轉(zhuǎn)速等傳感器；
（2）利用材料電阻率為變換量，可以做成溫度測量、材料判別等傳感器；
（3）利用磁導(dǎo)率作變換量，可以做成測量應(yīng)力等傳感器；
（4）利用變換量的綜合影響，可以做成探傷裝置等.
5 電渦流傳感器的應(yīng)用實例
關(guān)鍵詞: 電磁感應(yīng)教學(xué) 小步子教學(xué) 教學(xué)模式
一、產(chǎn)生背景
不少教師在電磁感應(yīng)教學(xué)中有這樣的感覺:學(xué)生基礎(chǔ)差,反應(yīng)慢,跟不上自己的教學(xué)節(jié)奏。確實,一些學(xué)生邏輯思維能力欠缺,在面對問題時,往往表現(xiàn)得不知所措。他們掌握知識有局限性,靈活性不夠:往往是老師教一點,知一點,不能很好地將知識融會貫通、舉一反三。在長期的教學(xué)中,我認為,我們不僅要讓學(xué)生“知其然”,而且要讓他們“知其所以然”。如何達到教育的最佳效果?最有效的安排就是:教師要把比較復(fù)雜的行為模式逐漸精致地做成小的單位或步驟,也就是把教學(xué)目標進行具體分解,確定每個步驟所保持行為的強度,以使強化的效果提高到最大限度,即“小步子教學(xué)法”。
二、課題簡介
小步子教學(xué)法,其實是教師把教材內(nèi)容再精致、細化,根據(jù)學(xué)生的實際情況,把教學(xué)目標進行具體分解,劃分為一個個更小的步子,一步一清,步步相連,最終完成教學(xué)任務(wù)的一種方法。因為步子被分解得更細、更小,知識的跨度就降低,坡度減小,學(xué)生就容易獲得成就感;又因為步步之間有邏輯上的關(guān)聯(lián),啟發(fā)性更強,所以能夠更有效地吸引學(xué)生主動學(xué)習(xí)。
三、教學(xué)原則
1.積極反映原則
前面提到了學(xué)生“聽課”是低效的。這種低效,除了“魚?！钡囊蛩赝?還有一個因素:老師為了課程進度,忽視與學(xué)生的互動,往往自顧自地講授,許多問題都是老師自問自答的假提問,學(xué)生很少有回答問題的機會,這會讓學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大降低。一個好的教學(xué)過程,必須使學(xué)生始終處于一種積極學(xué)習(xí)的狀態(tài)。也就是說,在教學(xué)中使學(xué)生產(chǎn)生一個反映,然后給予強化,以鞏固這個反映,并促使學(xué)生作進一步反映。
2.小步子原則
教學(xué)所呈現(xiàn)的教材是被分解成一步一步的,前一步的學(xué)習(xí)為后一步的學(xué)習(xí)作鋪墊,后一步學(xué)習(xí)在前一步學(xué)習(xí)后進行,每一步都能體現(xiàn)出問題的價值。由于兩個步子之間的難度相差很小,因此學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)很容易得到成功,并建立起自信。
四、教學(xué)模式及其在電磁感應(yīng)教學(xué)中的應(yīng)用
小步子教學(xué)一般呈現(xiàn)出的是一種“直線式流程”。在這一流程里,教師把知識點分成一系列連續(xù)的小步子,每一步一個項目,內(nèi)容很少。系列的安排由淺入深、由簡到繁。以“電流”教學(xué)內(nèi)容為例,可以設(shè)計成如下小步子:①電燈泡發(fā)亮的原因是燈絲(發(fā)熱);②電燈燈絲發(fā)熱的原因是燈絲通過(電流);③電燈變亮的原因是電流強度(增大);④電燈變暗的原因是電流強度(減小);⑤當電壓增大時,電流強度就(增大)……一步一步,最終達到教學(xué)目標。
下面舉例說明在電磁感應(yīng)這一內(nèi)容中的應(yīng)用。
案例1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象
互動環(huán)節(jié):找兩個學(xué)生上臺做實驗。
任務(wù)布置:1.觀察磁鐵的動作(插入、拔出、靜止)。
2.察指針的偏轉(zhuǎn)情況。
實驗現(xiàn)象:(學(xué)生總結(jié))磁鐵靜止不動時,指針不偏轉(zhuǎn);插入或拔出時,指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
分解步驟:從試驗現(xiàn)象入手,提出第一個問題,即:
第1小步:指針偏轉(zhuǎn),說明電路中有什么產(chǎn)生?(電流)
由學(xué)生給出的答案,按照邏輯繼續(xù)往下進行。
第2小步:為什么會產(chǎn)生電流?(磁鐵靠近時,磁場增強,穿過線圈的磁通量增加;磁鐵靜止時,磁場不變,穿過線圈的磁通量沒有變化。所以產(chǎn)生電流的根本原因是磁通的變化。)
既然產(chǎn)生電流的根本原因是磁通量的變化,那么磁通量變化是產(chǎn)生電流的唯一條件嗎?提出第3個問題。
第3小步:磁通量發(fā)生變化,就一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎?(學(xué)生實驗,電路斷開,發(fā)現(xiàn)無電流)。
由以上三步,總結(jié)出:感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件:穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化。
上面的例子通過一些分解步驟,學(xué)生自己就可以總結(jié)出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件,起到的效果是:不僅學(xué)會知識,而且會從這個過程中體會到快樂、成就和自信。
案例2:楞次定律
內(nèi)容:感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。
鋪設(shè)的第一步:弄清里面的關(guān)鍵詞“阻礙”。
老師:何謂“阻礙”,“阻礙=阻止”嗎?
學(xué)生:……
感應(yīng)電流是有方向性的,方向又該如何去判斷?依據(jù)是楞次定律,也就是說楞次定律是用來判斷電流的方向的。總結(jié)3小步:
(1)判斷磁通量的變化情況(增加或減少)。
感應(yīng)電流要阻礙原磁通的變化,如果磁通量增加,怎樣阻礙它的增加?產(chǎn)生相反的方向;如果減磁通量減少,怎樣阻礙它的減少?產(chǎn)生相同的方向。即多的要減弱,少的要進行補充。
(2)由磁通量的變化判斷磁場方向(增反減同)。
(3)由磁場方向判斷感應(yīng)電流的方向(安培定則)。
通過小步子的及時刺激給予學(xué)生成功感,從中體驗參與帶來的快樂,因此學(xué)生便有了繼續(xù)參與的興趣。
五、注意的問題
使用“小步子教學(xué)法”,因要讓學(xué)生有積極的反應(yīng),所以還要有相應(yīng)的獎勵措施。沒有什么比得到大家的肯定更讓人興奮。學(xué)生們尤其需要鼓勵。電子游戲在這方面做得很到位。孩子完成一個任務(wù),立刻就會有相應(yīng)的獎勵,或者是一句贊美的話,或者是一個虛擬獎品,都可以讓孩子們欲罷不能。這種教學(xué)法可以適用于多門課程,但教師在使用時,一定要設(shè)計好步子該如何分解。只有合理地分解,才能使學(xué)生形成正確的邏輯思維習(xí)慣。
參考文獻:
通用沒有功能限制，適用有功能限制的。電磁爐通用是指鍋的底部是用鐵質(zhì)，或者導(dǎo)磁的不銹鋼做的，可以用在不同品牌、型號的各種電磁爐上。但并不只限于電磁爐。因為電磁爐通用的鍋具并不是只能在電磁爐上用。它們更可以用在傳統(tǒng)熱源上，包括煤氣、發(fā)熱盤、鹵素爐等。
電磁爐：
電磁爐又稱為電磁灶，1957年第一臺家用電磁爐誕生于德國。1972年，美國開始生產(chǎn)電磁爐，20世紀80年代初電磁爐在歐美及日本開始熱銷。電磁爐的原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即利用交變電流通過線圈產(chǎn)生方向不斷改變的交變磁場，處于交變磁場中的導(dǎo)體的內(nèi)部將會出現(xiàn)渦旋電流（原因可參考法拉第電磁感應(yīng)定律），這是渦旋電場推動導(dǎo)體中載流子（鍋里的是電子而絕非鐵原子）運動所致；渦旋電流的焦耳熱效應(yīng)使導(dǎo)體升溫，從而實現(xiàn)加熱。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
重現(xiàn)物理過程的教學(xué)方法，就是給學(xué)生設(shè)計一個良好的物理環(huán)境和更多的思考問題的機會。采用過程呈現(xiàn)教學(xué)法會讓學(xué)生感到條理清晰易于接受。同時老師必須要充分了解教學(xué)內(nèi)容中涉及的物理知識的產(chǎn)生與發(fā)展過程，設(shè)計恰當?shù)慕虒W(xué)過程。下面就“電磁感應(yīng)”一節(jié)結(jié)合多年教學(xué)實踐談一談重現(xiàn)物理過程教學(xué)法的設(shè)計與實施。
一、引導(dǎo)激趣
首先和學(xué)生一道回顧了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似之處，電現(xiàn)象中“同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引”與磁現(xiàn)象中“同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引”相似，物理學(xué)家奧斯特已發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，利用電流可以得到磁場，那么利用磁場是否可以得到電流呢？
二、設(shè)計實驗再現(xiàn)電磁感應(yīng)探索過程
物理學(xué)家法拉第在奧斯特利用電流得到磁場實驗成功后，堅定了磁場可以得到電流的信心，經(jīng)過近十年的努力終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，進一步揭示了電和磁之間的聯(lián)系。為了讓學(xué)生充分理解與掌握產(chǎn)生電磁感應(yīng)的條件，結(jié)合物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的過程，設(shè)計了如下步驟進行演示，并要求學(xué)生認真觀察記錄發(fā)生的現(xiàn)象，看能否獲得電流，如果能夠獲得，總結(jié)出得到電流的條件是什么。
①組裝如圖所示的電路。
②先將導(dǎo)體ab放入磁場中再閉合開關(guān)S，讓學(xué)生觀察電流表指針是否擺動來判斷有無電流產(chǎn)生。
③斷開開關(guān)S，將磁體磁極對換方向后再閉合開關(guān)S，讓學(xué)生觀察電流表針是否擺動判斷有無電流產(chǎn)生。
在前兩種情況下學(xué)生均沒有看到電流表指針擺動，說明沒有電流產(chǎn)生，就是說有磁場不一定能夠產(chǎn)生電流。
④在上面的情況下，有意地說今天的實驗可能不會成功得到電流，還是改天再做吧！然后在開關(guān)閉合的情況下移出導(dǎo)體ab整理器材時，在眾多的學(xué)生中就會有人發(fā)現(xiàn)電流表指針擺動了，說明能夠得電流。
⑤引導(dǎo)學(xué)生共同分析，得出剛才產(chǎn)生了電流是導(dǎo)體ab在磁場里做了運動，然后又提出是否只要導(dǎo)體ab在磁場里做運動就能
夠產(chǎn)生電流呢？
⑥在這樣的基礎(chǔ)上進一步探索總結(jié)產(chǎn)生電流的條件，最后探索出電流的方向與運動方向、磁場方向的關(guān)系。
重現(xiàn)物理過程的教學(xué)方法使學(xué)生經(jīng)歷探索過程，體驗成功，
關(guān)鍵詞：無線供電 高頻振蕩電路 電磁感應(yīng) 線圈
中圖分類號：TM910.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-102-02
1 引言
隨著移動設(shè)備、無線數(shù)據(jù)傳輸、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，傳統(tǒng)的供電方式已不能滿足需求，無線供電方式開始滲透到我們的生活?！盁o線供電”是指，在不使用物理連接的情況下，利用特殊裝置傳輸電能。至2012年，全球約有上百家設(shè)備商已掌握了構(gòu)建無線供電系統(tǒng)的方法，無限傳能技術(shù)擁有著巨大的發(fā)展?jié)撃堋，F(xiàn)階段無線供電的方式有三種：電磁感應(yīng)式（利用電流通過線圈產(chǎn)生磁場實現(xiàn)近程無線供電）、電磁共振式（利用電磁耦合共振效應(yīng)近程無線供電）以及電磁波輻射式（電力轉(zhuǎn)換成電波以輻射方式傳輸供電）。由于電磁共振所需試驗線圈太大，目前還處于試驗階段。而電磁波輻射方式又存在電路復(fù)雜、成本高的問題。因此本裝置采用主流的電磁感應(yīng)式，電路設(shè)計簡單、成本低且效果好。
2 無線供電裝置結(jié)構(gòu)框圖
本裝置主要利用電磁感應(yīng)原理，依靠兩個非接觸的空心耦合線圈，實現(xiàn)電能無線傳輸。如圖1所示。裝置主要分為發(fā)射端單元、耦合線圈以及接收單元。發(fā)射單元由220V/50Hz交流電作為電源，經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓后為NE555供電。利用NE555接成高頻振蕩電路，在發(fā)射線圈中激發(fā)磁場。接收線圈與發(fā)射線圈相互耦合，由變化的磁場而產(chǎn)生交變感應(yīng)電流與感應(yīng)電動勢，經(jīng)過整流濾波穩(wěn)壓，便可以給電子設(shè)備供電。
3 無線供電裝置電路設(shè)計
3.1 發(fā)射單元電路設(shè)計
3.1.1 電源電路設(shè)計
電源電路主要由變壓器和整流濾波電路組成。由變壓器將220V/50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為7V/50Hz的交流電。通過四個普通二極管1N4007組成的整流橋整成直流，如圖2所示。
3.1.2 高頻振蕩放大電路設(shè)計
該部分電路主要由穩(wěn)壓電路、高頻振蕩電路與功率放大電路組成。高頻振蕩電路主要是用于產(chǎn)生高頻振蕩電流供下一單元使用。555定時器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，該電路功能靈活、適用范圍廣，只要電路稍作配置，即可構(gòu)成多諧振蕩器。不同型號的555組成的高頻振蕩電路最高頻率在500kHz～1MHz不等，完全可以滿足設(shè)計要求。LM7805組成的三端穩(wěn)壓集成電路，由于其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)壓性能好，輸出電壓可以直接為NE555芯片供電。功率放大則由功率管IRF540N來實現(xiàn)，如圖3。
3.2 耦合線圈與LC振蕩電路設(shè)計
4.2 線圈在不同繞制方式傳輸效果測試
在保持線圈直徑、線圈電感以及測試距離相同的情況下，用同心圓式線圈代替螺旋式線圈。調(diào)節(jié)匹配的電容，通過試驗，測得最大的感應(yīng)電壓在6V左右。在同樣情況下，改變兩種方式的傳輸距離，記錄下感應(yīng)電壓，對比數(shù)據(jù)后可得：同心圓式線圈傳輸效果不如螺旋式。
4.3 工作穩(wěn)定性測試
利用穩(wěn)壓電路將輸出穩(wěn)壓后，可以點亮LED燈以及直流小彩燈。并且接收端三端穩(wěn)壓電路輸出為5V直流電，通過USB線可以直接給手機充電。通過多次試驗證明，該裝置可以持續(xù)穩(wěn)定工作數(shù)小時以上。
5 結(jié)束語
無線供電是當今研究的熱點問題之一，發(fā)展前景非常寬廣。本裝置成功地實現(xiàn)了電能的無線傳輸；改變了線圈繞制方式，在一定程度上提高了傳輸性能。最大輸出電壓可達到11V左右，但是電能的最大傳輸距離僅在7cm左右，屬于微距傳輸。通過試驗證明，本裝置具有電路簡單、安裝方便、性能穩(wěn)定、運行效果良好等優(yōu)點。
（資助項目：西南大學(xué)本科生科技創(chuàng)新基金，項目編號（1215004））
參考文獻：
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關(guān)鍵詞 載流導(dǎo)
中圖分類號 U462 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）47-0088-02
0 引言
路徑檢測傳感器是針對于特種路線識別的傳感器，工業(yè)上應(yīng)用自動導(dǎo)引小車的定線尋跡進行貨物的裝卸和運輸，對降低運輸成本，提高效率具有重要意義。路徑檢測傳感器的種類有多種，包括電磁感應(yīng)、光電感應(yīng)和CCD識別。電磁引導(dǎo)成功應(yīng)用于無軌引導(dǎo)方式，這種方式需要預(yù)埋的電纜，通過電磁傳感器感應(yīng)電纜中高頻信號產(chǎn)生的磁場變化調(diào)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)，實現(xiàn)尋跡。
1 磁場特征與檢測
根據(jù)電磁學(xué)，在導(dǎo)線中通入變化的電流，則導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生變化的磁場，且磁場與電流的變化規(guī)律具有一致性。如果在此磁場中置一由線圈組成的電感，則該電感上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且該感應(yīng)電動勢的大小和通過線圈回路的磁通量的變化率成正比。由于在導(dǎo)線周圍不同位置，磁感應(yīng)強度的大小和方向不同，所以不同位置上的電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也應(yīng)該是不同。據(jù)此，則可以確定電感的大致位置。
首先，由比奧薩法爾定律知：通有穩(wěn)恒電流I長度為L的直導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生磁場，距離導(dǎo)線距離為r處P點的磁感應(yīng)強度為：
磁感應(yīng)強度方向為垂直紙面向里。于是，它的磁力線是在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)以導(dǎo)線為軸的一系列同心圓，圓上的磁感應(yīng)強度大小相同。
對于通有電流的弧形線圈，根據(jù)比奧薩法爾定律明顯可以得出弧線內(nèi)側(cè)的磁感線密度大于弧線外側(cè)的結(jié)論。如果在通電直導(dǎo)線和弧形導(dǎo)線兩邊的正上方豎直放置兩個與電流方向一致的線圈，則兩個線圈中會通有磁通量。
導(dǎo)線中的電流按一定的規(guī)律變化時，導(dǎo)線周圍的磁場也將發(fā)生變化，則線圈中將感應(yīng)出一定的電動勢。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢的大小和通有導(dǎo)體回路的磁通量的變化速率成正比：
感應(yīng)電動勢的方向可以用楞次定律來確定。由于本設(shè)計中導(dǎo)線中通過的電流頻率較低，為20KHz，且線圈較小，令線圈中心到導(dǎo)線的距離為r，認為小范圍內(nèi)磁場分布式均勻的，則線圈中感應(yīng)電動勢可近似為：
即線圈中感應(yīng)電動勢的大小正比于電流的變化速率，反比于線圈中心到導(dǎo)線的距離。其中為與線圈擺放方法、線圈面積和一些物理量有關(guān)的一個量。具體的感應(yīng)電動勢須實際測定來確定。
2 傳感器的選擇比較
電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。
電感式傳感器具有以下特點：
1）結(jié)構(gòu)簡單，傳感器無活動電觸點，因此工作可靠壽命長；
2）靈敏度和分辨力高，能測出0.01μm的位移變化。傳感器的輸出信號；
3）線性度和重復(fù)性都比較好，在一定位移范圍內(nèi)，傳感器非線性誤差可達0.05%~0.1%。
磁阻效應(yīng)傳感器是根據(jù)磁性材料的磁阻效應(yīng)制成的。磁性材料具有各向異性，對它進行磁化時，其磁化方向?qū)⑷Q于材料的易磁化軸、材料的形狀和磁化磁場的方向。在被測磁場B作用下，電橋中位于相對位置的兩個電阻阻值增大，另外兩個電阻的阻值減小。在其線性范圍內(nèi)，電橋的輸出電壓與被測磁場成正比。
在經(jīng)過多次試驗與調(diào)試之后發(fā)現(xiàn)，在本次設(shè)計中，感應(yīng)線圈傳感器可以通過增加線圈面積與線圈圈數(shù)來增加輸出的信號提高了結(jié)果的可控性，同時其靈敏度高，線性度好，測量范圍廣。
3 傳感器的布局分析
傳感器的布局直接影響了整體方案設(shè)計，傳感器布局的原則是在系統(tǒng)所能達到的能力下盡量提高控制的精度系統(tǒng)的響應(yīng)速度。下面對三種傳感器布局進行比較和分析，分別是雙傳感器“卡線”分布、“一”字形分布和“二”型分布。
對于尋跡線的識別，最簡單的傳感器布局是使用兩個傳感器分別布置在尋跡線的兩側(cè)，通過兩個傳感器卡在線上，實現(xiàn)尋跡。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，適合于差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)。當傳感器檢測到偏離尋跡線的時候，系統(tǒng)可以通過差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)在較小的轉(zhuǎn)彎半徑下轉(zhuǎn)向，調(diào)整偏差。而在后輪驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)向的機械結(jié)構(gòu)中，這種布局方式的尋跡效果較差。因為這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)需要較大的轉(zhuǎn)彎半徑，不能夠?qū)崿F(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。而且傳感器的采集點較少，對道路環(huán)境的適應(yīng)性差。這種布局導(dǎo)致尋跡車必須完全按照尋跡線行駛，整體速度較慢。
“一”字形分布方式是使用較多的一種排列方式，它是把一定數(shù)量的傳感器排列成一排，通過傳感器返回的數(shù)據(jù)判斷尋跡線的位置，利用相應(yīng)的算法實現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制。這種排列方式多為布置在車體之前，這樣可以提供一定的前瞻距離，有利于車速的提高。通過分析傳感器采集數(shù)據(jù)的變化率，可以得出當前遇到彎道的半徑，然后調(diào)用不同的程序?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向控制。
為了能夠進一步提高前探距離與保持車速，傳感器可以呈“二”狀。這種分布增加了傳感器陣列的縱向特性，使其能夠在二維空間中分析當前車體的不同狀態(tài)，傳感器的判別方式更為多樣化，在算法實現(xiàn)上也能夠做到更加的靈活與多樣化。通過傳感器布局從而建立傳感器陣列的二維空間模型，利用算法可以求出當前時刻賽道對于車體的偏差距離與偏差角度，更進一步的確定了車體的狀態(tài)，使精確控制能夠更加穩(wěn)定的執(zhí)行。
經(jīng)過比較分析，“二”型分布前瞻性好，對賽道的判斷準確，可以利用復(fù)雜的算法對數(shù)據(jù)進行處理，適合與高速的賽道檢測。
參考文獻
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下面本文就人教版《物理》選修3-1第三章第四節(jié)《通電導(dǎo)線在磁場中受到的力》課后習(xí)題【第94頁的第3題（2010年4月第3版）】為素材而設(shè)計的一節(jié)復(fù)習(xí)課的變式教學(xué)談?wù)劰P者的一點粗淺做法，以期對中學(xué)物理教學(xué)有所裨益.
1 原題再現(xiàn) 觸摸經(jīng)典
如圖1所示為電流天平，可以用來測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度.它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)n，線圈的水平邊長為l，處于勻強磁場內(nèi)，磁感應(yīng)強度B的方向與線圈平面垂直.當線圈中通過電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡.然后使電流反向，大小不變.這時需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂再達到新的平衡.
（1）導(dǎo)出用已知量和可測量n、m、l、I計算B的表達式.
（2）當n=9，l=10.0 cm，I=0.10 A，m=8.78 g時磁感應(yīng)強度是多少？
解析 （1）設(shè)電流方向未改變時，等臂天平左盤內(nèi)砝碼質(zhì)量為m1，右盤內(nèi)有砝碼質(zhì)量為m2，則由等臂天平的平衡條件，有m1g=m2g-nBIl.
電流方向改變后，同理可得（m+m1）g=m2g+nBIl，
兩式相減，得B=mg2nIl.
（2）將n=9，l=10.0 cm，I=0.10 A，m=8.78 g代入上式得B=0.48 T.
點評 應(yīng)用通電導(dǎo)線在磁場中受力的原理，把安培力的知識與天平結(jié)合，可以制成靈敏的電流天平，依據(jù)力矩平衡條件，測出通電導(dǎo)線在勻強磁場中受力的大小，從而“稱出”磁感應(yīng)強度.
變式1 如圖2所示的裝置可以用來測量磁場的磁感應(yīng)強度，天平右臂下面掛一個矩形線圈，寬為L，共n匝，線圈的下半部分懸在勻強磁場中，磁場方向垂直于紙面.當線圈中通有圖示方向的電流I時，天平左右兩盤中各加上質(zhì)量分別為m1和m2的砝碼后，天平平衡；當電流反向時（大小不變），右盤上再加質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡.由此可知
A.磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向里，大小為（m1-m2）gnIL
B.磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向里，大小為mg2nIL
C.磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向外，大小為（m1-m2）gnIL
D.磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向外，大小為mg2nIL
【由上可知，正確選項為B】
變式2 （2012年新課標卷）如圖3中虛線框內(nèi)存在一沿水平方向、且與紙面垂直的勻強磁場.現(xiàn)通過測量通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力，來測量磁場的磁感應(yīng)強度大小、并判定其方向.所用部分器材已在圖中給出，其中D為位于紙面內(nèi)的U形金屬框，其底邊水平，兩側(cè)邊豎直且等長；E為直流電源；R為電阻箱；A為電流表；S為開關(guān).此外還有細沙、天平、米尺和若干輕質(zhì)導(dǎo)線.
（1）在圖中畫線連接成實驗電路圖.
（2）完成下列主要實驗步驟中的填空：①按圖接線.②保持開關(guān)S斷開，在托盤內(nèi)加入適量細沙，使D處于平衡狀態(tài)；然后用天平稱出細沙質(zhì)量m1.③閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)R的值使電流大小適當，在托盤內(nèi)重新加入適量細沙，使D；然后讀出，并用天平稱出.④用米尺測量.
（3）用測量的物理量和重力加速度g表示磁感應(yīng)強度的大小，可以得出B=.
（4）判定磁感應(yīng)強度方向的方法是：若，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向外；反之，磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里.
解析 （1）如圖4所示.
（2）③重新處于平衡狀態(tài)，電流表的示數(shù)I，此時細沙的質(zhì)量m2，④D的底邊長L；
（3）B=|m1-m2|gIL；（4）m2>m1.
點評 變式1學(xué)生很容易忽略n匝線圈的重力，此題有助于考查學(xué)生思維的嚴密性.變式2實現(xiàn)了題型的轉(zhuǎn)變，由選擇題變成實驗題，粗略比較可見兩者都是先測出電流后計算磁感應(yīng)強度，都采用了物體平衡的方法測量安培力，利用測量重力來間接測量安培力.另外，將天平改為滑輪來實現(xiàn)改變情景，同時將已知電流改為用電流表測量電流的大小.而且融入了電路連線、電流方向的判斷、磁感應(yīng)強度方向的判斷，所以高考題更靈活，涉及面更廣，充分考查了學(xué)生的遷移能力和實驗?zāi)芰?
可見，此習(xí)題提供了測量磁感應(yīng)強度的一種方法，那么求測磁感應(yīng)強度還有哪些方法呢？
2 方法變換 各顯神通
下面主要圍繞測量方法的變換展開變式教學(xué).
2.1 力的平衡法
應(yīng)用通電導(dǎo)線在磁場中受力平衡的原理，根據(jù)平衡條件建立方程，從而“量（求）”出磁感應(yīng)強度.
例1 如圖5所示，一長方體絕緣容器內(nèi)部高為L，寬為d（前后面距離），左右兩側(cè)裝有兩根開口向上的管子a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C（正極）和D（負極），并經(jīng)開關(guān)S與電源連接，容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液體的密度為ρ.將容器置于一勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里.當開關(guān)斷開時，豎直管于a、b中的液面高度相同；開關(guān)S閉合后，a、b管中液面將出現(xiàn)高度差h，電路中電流表的讀數(shù)為I.求磁感應(yīng)強度B的大小.
解析 開關(guān)S閉合后，容器內(nèi)部導(dǎo)電液體中有自上而下的電流通過，等效為長為L的電流在磁場中受安培力的作用，這樣使得兩側(cè)管中的液面出現(xiàn)高度差，由左手定則可知，電流L受力方向水平向右，右邊的那根管內(nèi)液面高些，從而出現(xiàn)高度差.通電液體在磁場中受到的安培力大小為F=BIL，兩管液面高度差為h而產(chǎn)生的壓強為ρgh，以長方體的某一橫截面為研究對象，由力的平衡知，BIL=ρghLd，化簡得B=ρghdI.
點評 此法中只要測出電路中的電流以及“量”出液面的高度差和寬度，就可以實現(xiàn)測出磁感應(yīng)強度的目的.
2.2 動力學(xué)法
應(yīng)用通電導(dǎo)線在磁場中受力的原理，再根據(jù)牛頓運動定律建立動力學(xué)方程，從而“求出”磁感應(yīng)強度.
例2 （2011年新課標卷）電磁軌道炮工作原理如圖6所示.待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸.電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回.軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場（可視為勻強磁場），磁感應(yīng)強度的大小與I成正比.通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出.現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的方法是
A.只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍
B.只將電流I增加至原來的2倍
C.只將彈體質(zhì)量減至原來的一半
D.將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其它量不變
解析 安培力即為彈體所受的合力，有F=ma，F(xiàn)=BIl，v2=2aL，B=KI，聯(lián)立以上方程可得：v=2kI2lLm.所以正確選項為B、D.
點評 此題雖然沒有直接要求求出磁感應(yīng)強度，但是可以進行適當改編.如變成“通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而以速度v射出，求加在垂直于軌道面的磁場（可視為勻強磁場）磁感應(yīng)強度的大小”.【參考答案：B=mv22ILl】
2.3 功能關(guān)系法
磁場具有能量，這種能量與磁感應(yīng)強度有關(guān)；而功是能量轉(zhuǎn)化的量度.因此，只要建立功和磁場能之間的關(guān)系，就可求得磁感應(yīng)強度.
例3 （2002年上海卷）磁場具有能量，磁場中單位體積所具有的能量叫做能量密度，其值為B2μ，式中B是磁感應(yīng)強度，μ是磁導(dǎo)率，在空氣中μ為已知常數(shù).為了近似測得條形磁鐵磁極端面附近的磁感應(yīng)強度B，一學(xué)生用一根端面面積為A的條形磁鐵吸住一相同面積的鐵片P，再用力將鐵片與磁鐵拉開一段微小距離Δl，并測出拉力F，如圖7所示.因為F所做的功等于間隙中磁場的能量，所以由此可得磁感應(yīng)強度B與F、A之間的關(guān)系為B=.
解析 拉力做功為W=FΔl，磁鐵與鐵片P間隙中磁場能量E=B22μAΔl，據(jù)題意W=E，聯(lián)立求得：B=2μFA.
點評 因為Δl很小，所以在這段位移內(nèi)拉力可視為恒力，然后利用恒力功的計算公式求解.從“測”出力的大小實現(xiàn)測量變換，從而實現(xiàn)可“測”.
2.4 磁偏轉(zhuǎn)法
帶電粒子以垂直于磁場方向的速度垂直射入勻強磁場時，會發(fā)生偏轉(zhuǎn)而做勻速圓周運動，通過“畫”出軌跡以及對軌跡的研究并利用相關(guān)規(guī)律，便可求出磁感應(yīng)強度.
例4 （2002年全國卷）電視機的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是利用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實現(xiàn)的.電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，如圖8所示.磁場方向垂直于圓面，磁場區(qū)的中心為O，半徑為r.當不加磁場時，電子束將通過O點而打到屏幕的中心M點.為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度θ，此時磁場的磁感應(yīng)強度B應(yīng)為多少？
解析 如圖9所示電子在磁場中沿圓弧ab運動，圓心為O，半徑為R.以v表示電子進入磁場時的速度，m、e分別表示電子的質(zhì)量和電量，則由動能定理得eU=12mv2.
由牛頓第二定律和洛倫茲力公式得evB=mv2R，又有tanθ2=rR，
由以上各式解得B=1r2mUetanθ2.
點評 處理帶電粒子在磁場中的圓周運動問題的關(guān)鍵是畫出符合題意的軌跡圖，確定圓心，然后根據(jù)幾何關(guān)系求半徑，從而“畫（測）”出磁感應(yīng)強度.
2.5 電磁感應(yīng)法
處于磁場中的閉合線圈，當磁通量發(fā)生變化時，由電磁感應(yīng)規(guī)律知，線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，研究其受力和運動，根據(jù)與磁感應(yīng)強度相關(guān)的物理規(guī)律可“讀（求）”得磁感應(yīng)強度.
例5 物理實驗中，常用一種叫做“沖擊電流計”的儀器測定通過電路的電量.如圖10所示，探測線圈與沖擊電流計串聯(lián)后可用來測定磁場的磁感應(yīng)強度.已知線圈的匝數(shù)為n，面積為S，線圈與沖擊電流計組成的回路電阻為R.若將線圈放在被測勻強磁場中，開始線圈平面與磁場垂直，現(xiàn)把探測線圈翻轉(zhuǎn)180°，沖擊電流計測出通過線圈的電量為q，由上述數(shù)據(jù)可測出被測磁場的磁感應(yīng)強度為
A.qRS B.qRnS C.qR2nS D.qR2S
解析 由題意知：初始時，Φ1=BS，把探測線圈翻轉(zhuǎn)180°，則Φ2=-BS，ΔΦ=|Φ2-Φ1|=2BS，由E=nΔΦΔt、I=ER、I=qΔt，聯(lián)立求得：B=qR2nS.所以正確選項為C.
點評 閉合電路在磁場中由于磁通量發(fā)生變化會產(chǎn)生感應(yīng)電流，利用法拉第電磁感應(yīng)定律以及閉合電路歐姆定律等規(guī)律，通過“讀”出電流計的讀數(shù)并測出通過線圈的電量，從而測出磁感應(yīng)強度.
此外還可以利用霍爾效應(yīng)、磁流體發(fā)電機、磁強計等實際應(yīng)用為背景的問題設(shè)計，實現(xiàn)測量磁感應(yīng)強度.