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解释产生感应电压所需的变化

你记得磁铁和线圈能产生电压,可是题目一问为什么,解释就卡住了。

本页内容
  1. 要产生感应电压,必须发生什么?
  2. 什么会改变大小和方向?
  3. 例题
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

当导体切割磁感线,或穿过导体的磁场发生变化时,导体中就会产生感应电压。没有变化,就没有感应电压。这个现象叫电磁感应,常出现在发电机、变压器和简单线圈实验的解释题中。

它是电磁感应与变压器的起点,也建立在磁与磁场中的磁感线图像之上。

要产生感应电压,必须发生什么?

导体与磁场之间必须有相对运动,使导体切割磁感线。换一种说法:与线圈相交链的磁场在变化,或线圈在磁场中横向切割。

如果电路是闭合的,感应电压会推动电流。如果电路断开,电压仍然存在,但没有电流。接在线圈上的灵敏电表可以显示这个效应。

什么会改变大小和方向?

三种变化会让感应电压变大:运动更快、磁铁更强,或线圈的匝数更多。每一种都会让磁感线被切割得更快。

反转运动方向会使感应电压的方向反转。对调磁铁的两极也一样。两者都做则方向不变。

感应电流的作用是阻碍产生它的那个变化。有些大纲年份要求你说明这一点,所以请查看你考试年份的措辞。

例题

一位学生把条形磁铁的北极推入接有中零电表的线圈。(自编示例数据。)电表向右偏转。请解释下面每种情况会发生什么。

**(a) 磁铁停在线圈里。**磁铁不再运动,没有磁感线被切割,电表回到零。

**(b) 磁铁以同样的速度被拉出。**运动反向,所以感应电压反向。电表向左偏转,幅度大致相同。

**(c) 磁铁以两倍速度推入。**磁感线被切割的速度是原来的两倍,所以感应电压更大,偏转更大。

**(d) 推法相同,但线圈匝数是原来的三倍。**每一匝都切割磁感线,所以感应电压大约是原来的三倍。

注意每个答案都点明了变化:运动、反向、速度、匝数。阅卷老师要看的正是这一点。

要留意的错误

错误答案:“线圈里的磁铁越强,电压越大,所以磁铁在里面时电表一直偏转。”

这位学生把磁场强度和电压联系起来,却忘了磁场必须在变化。

纠正:更强的磁铁只有在移动时才会使感应电压更大。一旦停下,偏转就回到零。一个好习惯是在每道感应题的答案里写上”当磁铁在运动时”。

自我检测

先试着做,再打开答案。

1. 线圈接上电表,磁铁静止地放在旁边。为什么电表读数为零?

显示答案

没有相对运动,所以没有磁感线被切割,穿过线圈的磁场也没有变化。没有产生感应电压。

2. 把磁铁推入线圈时,写出两种增大读数的方法。

显示答案

以下任意两项:把磁铁推得更快、使用更强的磁铁、使用匝数更多的线圈。

3. 改为推入磁铁的南极而不是北极,速度相同。偏转方向会怎样?

显示答案

对调磁极会使感应电压反向,所以电表向相反方向偏转,幅度大致相同。

接下来学什么

当你能说出所需的变化后,继续学习比较发电机与电动机的能量转移,其中线圈在磁场中转动。感应练习集会同时检验措辞和概念。

如果你的答案描述了正确的情境,却没写到评分标准要的那个关键点,这种习惯靠即时反馈最容易改善。我们的老师在线上一对一物理补习中提供这样的反馈。

常见问题

线圈里放一块强磁铁,一定会产生电压吗?

不会。只有当穿过线圈的磁场在变化时才会产生感应电压。静止在线圈里的磁铁,无论多强,都不会感应出任何电压。磁铁移动、线圈移动或磁场强度改变时,电压才会出现。

怎样让感应电压变大?

让磁铁或线圈移动得更快、使用更强的磁铁,或使用匝数更多的线圈。这三种做法都会让线圈更快地切割磁感线。它们是各自独立的变化,所以要写出题目问的那一项并说明它的作用。

什么会使感应电压的方向反转?

反转运动方向或对调磁铁的两极,都会使感应电压反转。两者同时做则方向不变。至于确定方向的阻碍规则,请到 Cambridge 官网查看你所考年份的大纲。

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