常見幾種產(chǎn)生正弦交流電的非典型方式

楊榮富 任 芳

摘 要：高中物理課本介紹了一種典型的交流電的產(chǎn)生方式：線圈在勻強(qiáng)磁場中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場方向的固定軸轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生正弦交流電，電動勢表達(dá)式為e=Emsinωt （從中性面開始計時）.除此之外，還有其他幾種方式也能產(chǎn)生正弦交流電，本文將介紹幾種產(chǎn)生正弦交流電的非典型方式.

關(guān)鍵詞：交流電;產(chǎn)生方式;電磁感應(yīng);感應(yīng)電動勢

中圖分類號：G632 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1008-0333（2020）10-0063-02

收稿日期：2020-01-05

作者簡介：楊榮富（1986.3-），男，陜西省漢中人，碩士，中學(xué)一級教師，從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

任芳（1989.1-），女，陜西省漢中人，本科，中學(xué)二級教師，從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

非典型方式1

如圖1所示，空間中有范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場，磁場方向豎直向下，在其間豎直放置兩彼此正對的相同絕

圖1緣圓環(huán)，兩環(huán)相距L，用導(dǎo)線將環(huán)與外電阻相連，現(xiàn)用外力使長為L的金屬桿沿兩環(huán)做勻速圓周運(yùn)動.若已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，圓環(huán)半徑為R，桿轉(zhuǎn)動角速度為ω，求其回路產(chǎn)生的感應(yīng)電流.

解析 金屬桿做勻速圓周運(yùn)動的線速度v=ωR ①

若金屬棒從水平直徑方向開始計時，設(shè)金屬桿與水平直徑方向間的夾角為θ，感應(yīng)電動勢

面積為S、阻值為R的金屬框放置在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與金屬框平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化規(guī)律B=B0cosωt，求其回路產(chǎn)生的感應(yīng)電流.

解析 由法拉第電磁感應(yīng)定律E=nΔΦΔt，可知

如圖2所示，將一根絕緣硬金屬導(dǎo)線彎曲成一個完整的正弦曲線形狀，它通過兩個小金屬環(huán)a、b與長直金屬桿導(dǎo)通，在外力F作用下，正弦形金屬線可以在桿上無摩擦滑動.桿的電阻不計，導(dǎo)線電阻為R，ab間距離為2L，導(dǎo)線組成的正弦圖形頂部或底部到桿的距離都是L2.在導(dǎo)線和桿平面內(nèi)有一有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的寬度為L，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.現(xiàn)在外力F作用下導(dǎo)線沿桿以恒定的速度v向右運(yùn)動，在運(yùn)動過程中導(dǎo)線和桿組成的平面始終與磁場垂直.t=0時刻導(dǎo)線從O點(diǎn)進(jìn)入磁場，直到全部穿過磁場，求其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢.

圖2解析 整個過程，導(dǎo)線運(yùn)動了3L，第1個L和第3個L，導(dǎo)線切割磁感線的長度為12Lsinωt，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為e=12BLvsinωt，相當(dāng)于正弦交流電;第2個L，導(dǎo)線切割磁感線的長度為Lsinωt，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為e=BLvsinωt，相當(dāng)于正弦交流電.

非典型方式4

如圖3所示，一水平光滑導(dǎo)軌處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，金屬桿PQ在外力的作用下在上以速度v=v0sinωt開始運(yùn)動，已知兩導(dǎo)軌間距離為L、PQ電阻為r、ab間接入電阻阻值為R，求回路產(chǎn)生的感應(yīng)電流.

正弦交變流電是正弦交變流電動勢通過閉合回路形成的.以上四種形式結(jié)果都為正弦交變流電.其中，方式1、3、4是產(chǎn)生了動生電動勢而形成的;方式2是產(chǎn)生了感生電動勢而形成的.

參考文獻(xiàn)：

[1]張大昌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理選修3-2＼[M＼].北京：人民教育出版社，2006：31-32.

[責(zé)任編輯：李 璟]