淺談電磁感應(yīng)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用

（北京市第四中學(xué) 北京 100190）

一、電磁感應(yīng)的定義

按照我們通常的理解來(lái)看，電磁感應(yīng)現(xiàn)象指的是導(dǎo)體在預(yù)先設(shè)置的穩(wěn)定磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體內(nèi)部通過(guò)切割磁感線會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，如若導(dǎo)體能夠和其他的物體構(gòu)成一個(gè)閉合的回路的話，那么回路就會(huì)通過(guò)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電流。這種將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電流的現(xiàn)象我們即稱之為電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生的電流及是感應(yīng)電流。[1]

二、電磁感應(yīng)的原理

電磁感應(yīng)的創(chuàng)始人法拉第是最早發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)原理的人，如今我們也可以在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證電磁感應(yīng)的原理。第一種方法是：導(dǎo)體位置不動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)磁場(chǎng)使導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)體和一個(gè)電流表相連，通過(guò)觀察我們可以發(fā)現(xiàn)電流表指針會(huì)發(fā)生擺動(dòng)即產(chǎn)生了電流。第二種方法是在恒定不變的磁場(chǎng)中，使導(dǎo)體左右移動(dòng)，在恒定不變的磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體會(huì)與電表連成一個(gè)閉合的電路，這時(shí)候電表的指針也是會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)。這兩種驗(yàn)證的方式都表明導(dǎo)體切割磁感線會(huì)使閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電流，即出現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第最初發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象就是無(wú)意間使導(dǎo)體做了切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，與導(dǎo)體相連的電流表出現(xiàn)擺動(dòng)，這就是電磁感應(yīng)的基本原理。[2]

三、電磁感應(yīng)在生活中的應(yīng)用

1.電磁感應(yīng)在高考中的應(yīng)用

電磁感應(yīng)在高考中占據(jù)的比例非常大，由于其與實(shí)踐連接較為緊密，會(huì)出現(xiàn)一些從未見(jiàn)過(guò)的原理圖，所以解題時(shí)難度會(huì)比較大，但是只要能過(guò)緊扣電磁感應(yīng)的基本原理還是能夠化繁為簡(jiǎn)，事半功倍的。如圖1所示求列車(chē)的速度的裝置，每輛列車(chē)的車(chē)頭都會(huì)裝上磁鐵使車(chē)頭出現(xiàn)磁場(chǎng)，而在車(chē)軌道的下方則裝置了一組線圈和電流測(cè)量?jī)x就構(gòu)成了火車(chē)速度測(cè)量?jī)x。本題中已知磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.004T，且將磁感強(qiáng)度極限化，即假設(shè)其全部都集中在最前端，以及假設(shè)線圈的寬度和最前端的寬度相同，線圈的匝數(shù)n=5、長(zhǎng)度L=0.2m、閉合電路總電阻R=0.4Ω，電流隨距離變化的圖像如右圖所示：求距點(diǎn)O（原點(diǎn)）30m、130m處的速度、

解析：車(chē)前端的磁鐵通過(guò)線圈是產(chǎn)生了感應(yīng)電流，由圖可知當(dāng)在30m處，由此可以計(jì)算出，同理可以得出。此類問(wèn)題的難點(diǎn)是將抽象化的實(shí)物模型化，只要我們能夠建立起電磁感應(yīng)的模型，那么這一類問(wèn)題就迎刃而解了。

圖1

2.測(cè)量?jī)x器中的電磁感應(yīng)的應(yīng)用

速度的測(cè)量對(duì)科學(xué)方面的研究非常重要，但是在現(xiàn)實(shí)生活很多事物的速度是很難測(cè)量的，因此我們需要借助一些特別的儀器來(lái)測(cè)量速度。比如血液流動(dòng)速度測(cè)量?jī)x的應(yīng)用，這個(gè)儀器的應(yīng)用對(duì)醫(yī)學(xué)的發(fā)展有非常重要的意義，而血液測(cè)量?jī)x的原理主要涉及的知識(shí)便是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。其工作的原理為：在血管的兩側(cè)裝上電極，在周?chē)由虾愣ú蛔兊拇艌?chǎng)，血液作為可以導(dǎo)電的流體實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體，由于血液的流動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv（B為磁場(chǎng)強(qiáng)度，L是指導(dǎo)體的長(zhǎng)度在此指的是血管的直徑）根據(jù)這個(gè)公式我們可以得出血流的速度。根據(jù)同樣的原理我們可以計(jì)算很多物質(zhì)的移動(dòng)速度，比如列車(chē)的速度和加速度測(cè)量?jī)x、電纜位置探測(cè)、磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的探測(cè)等等方面應(yīng)用是非常廣泛的。

3.高新科技中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象

磁流體推進(jìn)船作為一項(xiàng)新出現(xiàn)的技術(shù)，其主要應(yīng)用的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。其工作原理如圖2所示：其是磁流體推進(jìn)船的內(nèi)部工作示意圖，推進(jìn)器的內(nèi)部非常簡(jiǎn)單只是由磁體、電極、矩形通道組成。我們知道海水是可以導(dǎo)電的電解質(zhì)，因此在船行進(jìn)的過(guò)程中，海水相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)體會(huì)通過(guò)矩形通道，在通道的外部可以加上導(dǎo)線使其形成一個(gè)閉合的電路，然后外部加上穩(wěn)定的磁場(chǎng)，但是需要明確的一點(diǎn)是必須使海水流動(dòng)的過(guò)程中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，否則閉合電路就無(wú)法產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而無(wú)電流產(chǎn)生，那么船就無(wú)法前進(jìn)。

圖2

4.電吉他中包含的電磁感應(yīng)現(xiàn)象

電吉他和普通吉他區(qū)別的關(guān)鍵是電吉他每根琴弦的下邊都裝有一個(gè)“拾音器”的設(shè)備，拾音器的工作原理就涉及到電磁感應(yīng)現(xiàn)象：拾音器其實(shí)就相當(dāng)于一個(gè)磁場(chǎng)，琴弦通過(guò)撥動(dòng)做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)候與琴弦相連的多匝線圈中就會(huì)出現(xiàn)電信號(hào)，電信號(hào)通過(guò)擴(kuò)音器放大，最終經(jīng)揚(yáng)聲器把音樂(lè)傳播出來(lái)，這就是電吉他的基本工作原理，可見(jiàn)電磁感應(yīng)在娛樂(lè)生活方面的應(yīng)用也非常普遍。

結(jié)語(yǔ)

電磁感應(yīng)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用總是和各種其他的技術(shù)相聯(lián)結(jié)，以至于很難理解，但是如果我們可以將其抽離出來(lái)建立起獨(dú)立的模型，那么這類問(wèn)題就非常簡(jiǎn)單了。也正是由于電磁感應(yīng)在現(xiàn)實(shí)生活中的廣泛應(yīng)用，我們更應(yīng)當(dāng)學(xué)會(huì)明確其原理及公式用法，希望讀者通過(guò)閱讀本文加深對(duì)電磁感應(yīng)的理解。

[1]尹雨卓.探究高中物理中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象[J].雅禮中學(xué).湖南長(zhǎng)沙.2017.

[2]經(jīng)秋華.聚焦電磁感應(yīng)中電量問(wèn)題的求解[J].浙江省衢州第一中學(xué).2015.