也谈法拉第圆盘发电机的磁通量变化

磁通量及磁通量的变化专题训练

磁通量及磁通量的变化专题训练 磁通量φ及磁通量Δφ的变化是磁场理论中一个很重要的基本概念 1、磁通量φ 磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，定义式为φ=BS。如果面积S与磁感应强度B不垂直，可将磁感应强度B向着垂直于面积S和平行于面积S和方向进行正交分解，也可以将面积向着垂直于磁感应强度B的方向投影[这两种方法的基本物理原理是：B∥S时，φ=0；B⊥S时，φ为最大（BS）]。 2、磁通量的变化Δφ 由公式：φ=BS可得 BΔS（实际面积的变化、与磁感应强度间夹角的变化，就是有效面积的变化）Δφ=SΔB（B是矢量，它的变化有三种情况） ΔSΔB（B是矢量，它的变化有三种情况） 可见磁通量φ是由B、S及角度θ共同决定的，磁通量的变化情况应从这三个方面去考虑 巩固练习 一、选择题 1、下列关于磁通量的说法中，正确的是 A．穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 B．在匀强磁场中，穿过某平面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 C．穿过一个面的磁通量就是穿过该面单位面积的磁感线的条数D．穿过一个面的磁通量就是穿过该面的磁感线的条数 2、如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两环的磁通量φa、φb的大小关系为A．φa＞φb B．φa＜φb C．φa＝φb D．无法比较 3、一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右，一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置，平面abcd与竖直方向成θ角。将abcd绕ad 轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为 A．0 B．2BS C．2BScosθD．2BSSinθ 4、如图所示，矩形线框abcd的长和宽分别为2L和L，匀强磁场的磁感应强度为B，虚线为磁场的边界。若线框以ab边为轴转过60°的过程中，穿过线框的磁通量的变化情况是 A．变大B．变小 C．不变D．无法判断

高中物理选修3-2《磁通量》教案(人教版)

教学目标 知识目标 1、知道决定感应电动势大小的因素； 2、知道磁通量的变化率是表示磁通量变化快慢的物理量，并能对“磁通量的变化量”、“磁通量的变化率”进行区别； 3、理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式； 4、会用法拉第电磁感应定律解答有关问题； 5、会计算导线切割磁感线时感应电动势的大小； 能力目标 1、通过学生实验，培养学生的动手能力和探究能力． 情感目标 1、培养学生对实际问题的分析与推理能力。培养学生的辨证唯物注意世界观，尤其在分析问题时，注意把握主要矛盾． 教学建议 教材分析 理解和应用法拉第电磁感应定律，教学中应该使学生注意以下几个问题： ⑴要严格区分磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率这三个概念． ⑵求磁通量的变化量一般有三种情况： 当回路面积不变的时候，；

当磁感应强度不变的时候，； 当回路面积和磁感应强度都不变，而他们的相对位置发生变化（如转动）的时候，（是回路面积在与垂直方向上的投影）． ⑶E是时间内的平均电动势，一般不等于初态和末态感应电动势瞬时值的平均值，即： ⑷注意课本中给出的法拉第电磁感应定律公式中的磁通量变化率取绝对值，感应电动势也取绝对值，它表示的是感应电动势的大小，不涉及方向． ⑸公式表示导体运动切割磁感线产生的感应电动势的大小，是一个重要的公式．要使学生知道它是法拉第电磁感应定律的一个特殊形式，当导体做切割磁感线的运动时，使用比较方便．使用它计算时要注意B、L、v这三个量的方向必须是互相垂直的，遇到不垂直的情况，应取垂直分量． 建议在具体教学中，教师帮助学生形成知识系统，以便加深对已经学过的概念和原理的理解，有助于理解和掌握新学的概念和原理．在法拉第电磁感应定律的教学中，有以下几个内容与前面的知识有联系，希望教师在教学中加以注意： ⑴由“恒定电流”知识知道，闭合电路中要维持持续电流，其中必有电动势的存在；在电磁感应现象中，闭合电路中有感应电流也必然要存在对应的感应电动势，由此引出确定感应电动势的大小问题． ⑵电磁感应现象中产生的感应电动势，为人们研制新的电源提供了可能，当它作为电源向外供电的时候，我们应当把它与外电路做为一个闭合回路来研究，这和直流电路没有分别； ⑶用能量守恒和转化来研究问题是中学物理的一个重要的方法．化学电源中的电动势表征的是把化学能转化为电能的本领，感应电动势表征的是把机械能转化为电能的本领．

汽轮发电机结构及原理

第四节汽轮发电机 汽轮发电机是同步发电机的一种，它是由汽轮机作原动机拖动转子旋转，利用电磁感应原理把机械能转换成电能的设备。 汽轮发电机包括发电机本体、励磁系统及其冷却系统等。 一、汽轮发电机的工作原理 按照电磁感应定律，导线切割磁力线感应出电动势，这是发电机的基本工作原理。汽轮发电机转子与汽轮机转子高速旋转时，发电机转子随着转动。发电机转子绕组内通入直流电流后，便建立一个磁场，这个磁场称主磁极，它随着汽轮发电机转子旋转。其磁通自转子的一个极出来，经过空气隙、定子铁芯、空气隙、进入转子另一个极构成回路。 根据电磁感应定律，发电机磁极旋转一周，主磁极的磁力线北装在定子铁芯内的U、V、W三相绕组（导线）依次切割，在定子绕组内感应的电动势正好变化一次，亦即感应电动势每秒钟变化的次数，恰好等于磁极每秒钟的旋转次数。 汽轮发电机转子具有一对磁极（即1个N极、一个S极），转子旋转一周，定子绕组中的感应电动势正好交变一次（假如发电机转子为P对磁极时，转子旋转一周，定子绕组中感应电动势交变P次）。当汽轮机以每分钟3000转旋转时，发电机转子每秒钟要旋转50周，磁极也要变化50次，那么在发电机定子绕组内感应电动势也变化50次，这样发电机转子以每秒钟50周的恒速旋转，在定子三相绕组内感应出相位不同的三相交变电动势，即频率为50Hz的三相交变电动势。这时若将发电机定子三相绕组引出线的末端（即中性点）连在一起。绕组的首端引出线与用电设备连接，就会有电流流过，这个过程即为汽轮机转子输入的机械能转换为电能的过程。 二、汽轮发电机的结构 火力发电厂的汽轮机发电机皆采用二极、转速为3000r/min的卧式结构。发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。 发电机最基本的组成部件是定子和转子。 为监视发电机定子绕组、铁芯、轴承及冷却器等各重要部位的运行温度，在这些部位埋置了多只测温元件，通过导线连接到温度巡检装置，在运行中进行监控，并通过微机进行显示和打印。

磁通量不变也有感应电流(经典)

磁通量不变也有感应电流 在学习了电磁感应现象后，我们都知道，产生感应电流必须具备两个条件：①电路闭合。②磁通量发生变化。笔者认为不能死记这一结论。在遇到具体问题时，要灵活处理。举例如下： 例1. 如图1所示，一闭合的圆形导电线圈用一根绝缘的细杆挂在固定点O，线圈绕竖直线OP来回摆动的过程中穿过水平方向的匀强磁场区域，磁感线方向与竖直面垂直，不计空气阻力。则（） A. 线圈进入和离开磁场区域时都有感应电流产生，而且感应电流的方向相反； B. 线圈进入磁场区域后越靠近竖直线OP时速度越大，产生的感应电流也越大； C. 线圈开始摆动后，摆角会越来越小，摆角小到某一数值后不再减小； D. 线圈在摆动过程中，机械能将完全转化为线圈中的电能。 解析：这道习题很多同学做错，他们认为：当线圈完全进入磁场后，磁通量不变，不产生感应电流，机械能保持不变。 事实上，当线圈完全进入磁场后摆动时，虽然不产生感应电流，但线圈左右两边在做切割磁感线运动，上下两端存在电势差。当线圈向右摆动时，线圈的上端聚集了正电荷，下端聚集了负电荷，上端的电势高于下端的电势；当线圈向左摆动时，线圈的上端聚集了负电荷，下端聚集了正电荷，下端的电势高于上端的电势。也就是说当线圈左右摆动时，其上下两端将出现交变电压，以及交变电压引起的瞬间的交变电流，这一交变电流的存在要消耗能量。由能量转化和守恒定律可知，线圈的机械能将不断减小，直到完全转化为线圈中产生的电能，线圈最终停止摆动。正确答案应为A、D。 例2. 某装置的俯视图如图2，均匀辐向分布的磁场中有一铝环自由下落（平动、环平面始终水平），若环所在处的磁感应强度为B、铝环的电阻率为、横截面为S。求：（1）铝环下落速度为v时，环中感应电流的表达式。（2）若铝的密度为D，不计空气阻力，求铝环下落的最大速度。

第9章 作业答案(最新修改)

第9章 电磁场 9-6 如图9-40所示，一截面积26S cm =的密绕线圈，共有50匝，置于0.25B T =的均匀磁场中，B 的方向与线圈的轴线平行。如使磁场B 在0.25s 内线性地降为零，求线圈中产生的感应电动势i ε。 分析：因B 随t 改变，故穿过密绕线圈的Φ也随t 改变，根据法拉第电磁感应定律要产生感应运动势。 解：由题可知B 随时间变化的关系是：0.25B t =-+，则磁通量为： 4 6.010(0.25)BS t Φ-==?-+ 由法拉第电磁感应定律可得： 0.03()i d N V dt εΦ =-= 感应电动势的方向为：b a →。 9-7 一铁心上绕有线圈100匝，已知铁心中磁通量与时间的关系为5 8.010sin100t Φ π-=?（ SI 制），求在 21.010t s -=?时，线圈中的感应电动势。 分析：线圈中有N 匝相同的回路，其感应电动势等于各匝回路的感应电动势之和。 解：由N ψΦ=和法拉第电磁感应定律i d dt ψ ε=- 得： 2.51cos100()i d N t V dt Φ επ=-=- 当2 1.010t s -=?时， 2.51()i V ε= 图9－40

9-8 如图9-41所示，用一根硬导线弯成一半径为r 的半圆,使这根半圆形导线在磁感应强度为B 的匀强磁场中以频率f 旋转，整个电路的电阻为R ，求感应电流的表达式和最大值。 分析：由题可知，闭合回路的面积为2 12 S r π=，穿过它的磁通量cos BS Φθ=在不断变化，因此可先由法拉第电磁感应定律i d dt Φ ε=-求出感应电动势，再由欧姆定律i I R ε=求出感应电流，据此再讨论最大值。 解：设在初始时刻，半圆形导线平面的法线与B 之间的夹角 0θ=，则在任意时刻穿过回路的磁通量为： 21 cos cos 22 BS B r ft Φθππ== 根据法拉第电磁感应定律，有： 22sin 2i d r fB ft dt Φ εππ=- = 由欧姆定律可得回路中的电流为： 22sin 2i r fB I ft R R εππ= = 故感应电流的最大值为 22m r fB I R π= 图9-41 习题9-8图解

因磁通量变化产生感应电动势的现象

因磁通量变化产生感应电动势的现象，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流。这种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。这是初中物理课本为便于学生理解所定义的电磁感应现象，不能全面概括电磁感现象：闭合线圈面积不变，改变磁场强度，磁通量也会改变，也会发生电磁感应现象。所以准确的定义如下：因磁通量变化产生感应电动势的现象。 电感（inductance of an ideal inductor）是闭合回路的一种属性。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利（H）”。 电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时， 会出现电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感（self-inductance），是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感（mutual inductance）。 自感 当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势）（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。 互感 两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。 法拉第在西元1831年8月29日发明了一个“电感环”。这是第一个变压器，但法拉第只是用它来示范电磁感应原理，并没有考虑过它可以有实际的用途。

磁通量、磁通量的变化及磁通量变化率

1 磁通量、磁通量的变化专题训练 一、选择题 1、下列关于磁通量的说法中，正确的是 A ．穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 B ．在匀强磁场中，穿过某平面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 C ．穿过一个面的磁通量就是穿过该面单位面积的磁感线的条数 D ．穿过一个面的磁通量就是穿过该面的磁感线的条数 2、如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a 和b ，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两环的磁通量φa 、φb 的大小关系为 A ．φa ＞φb B ．φa ＜φb C ．φa ＝φb D ．无法比较 3、一磁感应强度为B 的匀强磁场方向水平向右，一面积为S 的矩形线圈abcd 如图所示放置，平面abcd 与竖直方向成θ角。将abcd 绕ad 轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量 为 A ．0 B ．2BS C ．2BScos θ D ．2BSSin θ 4、如图所示，矩形线框abcd 的长和宽分别为2L 和L ，匀强磁场的磁感应 强度为B ，虚线为磁场的边界。若线框以ab 边为轴转过60°的过程中， 穿过线框的磁通量的变化情况是 A ．变大 B ．变小 C ．不变 D ．无法判断 5、如图所示，两直导线中通以相同的电流I ，矩形线圈位于导线之间。将线圈 由实线位置移到虚线位置的过程中，穿过线圈的磁通量的变化情况是 A ．向里，逐渐增大 B ．向外，逐渐减小 C ．先向里增大，再向外减小 D ．先向外减小，再向里增大 6、如图所示条形磁铁竖直放置，闭合的金属线框水平地紧挨着磁铁从A 端移至B 端的过程中，穿过 线框的磁通量的变化情况是 A ．变大 B ．变小 C ．先变大后变小 D ．先变小后变大 7、如图所示，匀强磁场中放有平行的铜导轨，它与大线圈M 相连，小线圈N 放在大线圈M 内，裸金属棒ab 在导轨上做某种运动。则下列说法中正确的是 A ．若ab 向右匀速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且增大 B ．若ab 向左加速运动，穿过小线圈N 的磁通量向外且增大 C ．若ab 向右减速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且减小 D ．若ab 向左减速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且减小 8、如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，另有一个较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下 落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则线圈2从1的正上方下落到1的正下方的过程中，穿过线圈 2的磁通量φ A ．为零且保持不变 B ．不为零且保持不变 C ．先向上增大，再向上减小 D ．先向上增大，再向下减小 c d I

高中物理：4.3《楞次定律2》学案(新人教选修3-2)

三.楞次定律－应用 [要点导学] 1.应用楞次定律判断感应电流方向的四个步骤。 （1）明确原磁场的方向； （2）明确穿过闭合回路的磁通量是在增加还是在减少； （3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向； （4）利用安培定则，判断感应电流的方向。 2.感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这句话高度概括了楞次定律，但是由于产生感应电流的情景有好多种，所以楞次定律的表述也有好几种，主要有以下五种： (1)闭合线圈的面积不变，感应电流是因磁场变化引起的则感应电流的磁场阻碍原磁场的变化——克强助弱； (2)磁场不变，感应电流是因回路面积变化而产生的则感应电流的磁场阻碍其面积的变化。 (3)感应电流是因为导体与磁场的相对运动产生的则感应电流的磁场阻碍它 们的相对运动——“去则吸引、来则排斥”。 (4)感应电流是因自身的电流变化而产生的则感应电流的磁场阻碍电流的变化。（这一点将在自感现象中遇到） (5)感应电流是因为闭合电路中的一部分导体切割磁感线产生的，则用右手定则判断感应电流的方向。右手定则是楞次定律的特例，根据楞次定律切割磁感线产生的安培力一定阻碍切割磁感线的运动。 我们应用楞次定律时可以在上述五种方法中选择自己觉得比较简单的一种。 3.要正确理解楞次定律中的“阻碍”两字的意思： （1）阻碍不是阻止。磁通量减少时感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍原磁场的减弱，但原磁场毕竟还在减弱。在直导线切割磁感线产生感应电流时，感应电流的出现一定阻碍切割磁感线的运动，但不是阻止这种运动，因为这种运动还在进行。 （2）阻碍不一定是反抗，阻碍还可能有补偿的意义。当磁通量减少时感应电流的磁场就补尝原磁场的磁通量的减少。这里关键是要知道阻碍的对象是磁场的变化，阻碍的对象不是磁场。 （3）阻碍是能量守恒的必然结果，在电磁感应现象中克服感应电流的阻碍作用做多少功就有多少其它形式的能转化为感应电流的电能。 [范例精析] 例1如图4-3-19 所示，当长直导线中电流减小时，两轻质闭合导体环a、b将如何运动？ 解析：当长直导线中的电流减小时，它在其周围产生的磁场将减弱，两导体环中的磁通量亦将减少。因而，两环中产生感应电流的原因都是穿过其中的磁通量在减少，所产生的感应电流的结果必将“反抗磁通量的减少”。又因越靠近直导线处，磁场越强，所以，导体环和b都向直导线靠近。即环向右移动，b 环向左移动。

圆盘发电机

圆盘发电机简介圆盘发电机制构造跟现代的发电机不同，在磁场所中转动的不是线圈，而是一个紫铜做的圆盘。圆心处固定一个摇柄（图1），圆盘的边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线把电刷与电流表连接起来；紫铜圆盘放置在蹄形磁铁的磁场中。当法拉第转动摇柄，使紫铜圆盘旋转起来时，电流表的指针偏向一边，这说明电路中产生了持续的电流。图一：圆盘发电机原理二、圆盘发电机的电流产生我们可以把圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的，在转动圆盘时，每根辐条都做切割磁力线的运动。如图9－4所示，当辐条转到OA位置时，辐条和外电路中的电流表恰好构成闭合电路，电路中便有电流产生了。随着圆盘的不断旋转，总有某根辐条到达OA位置，因此外电路中便有了持续不断的电流。图2：圆盘发电机电流产生 三、圆盘发电机发明者：法拉第迈克尔·法拉第（Michael Faraday，公元1791～公元1867）英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。仅上过小学。1831年，他作出了关于力场的关键性突破，永远改变了人类文明。1815年5月回到皇家研究所在戴维指导下进行化学研究。1824年1月当选皇家学会会员，1825年2月任皇家研究所实验室主任，1833----1862任皇家研究所化学教授。1846年荣获伦福德奖章和皇家勋章。四、圆盘发电机为什么不能普及？我们对比下两种方式就可以知道答案。圆盘发电图线圈发电图从上图可以看出，线圈方式能够最大限度利用线圈进行发电，整个线圈一直在做切割磁感线运动。而圆盘很大一步在外面没有做切割磁感线运动，这样就浪费了很大一部分的机械能，发电的效率大打折扣。另外圆盘和线圈相比也存在材质很难分布均匀，导致电阻增大，将会产生比线圈更多的热量，浪费机械能。最后圆盘和线圈在实际运用中，线圈能够更好的利用机械能，他的运动方向很好控制。圆盘则不行。所以，鉴于这些原因，圆盘方式没有得到普及。

磁通量及磁通量的变化专题训练

磁通量及磁通量的变化专题训练 一、选择题 1、下列关于磁通量的说法中，正确的是 A ．穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 B ．在匀强磁场中，穿过某平面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 C ．穿过一个面的磁通量就是穿过该面单位面积的磁感线的条数 D ．穿过一个面的磁通量就是穿过该面的磁感线的条数 2、如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a 和b ，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两环的磁通量φa 、φb 的大小关系为 A ．φa ＞φ b B ．φa ＜φb C ．φa ＝φb D ．无法比较 3、一磁感应强度为B 的匀强磁场方向水平向右，一面积为S 的矩形线圈abcd 如图所示放置，平面abcd 与竖直方向成θ角。将abcd 绕ad 轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为 A ．0 B ．2BS C ．2BScos θ D ．2BSSin θ 4、如图所示，矩形线框abcd 的长和宽分别为2L 和L ，匀强磁场的磁感应强度为B ，虚线为磁场的边界。若线框以ab 边为轴转过60°的过程中，穿过线框的磁通量的变化情况是 A ．变大 B ．变小 C ．不变 D ．无法判断 5、如图所示，两直导线中通以相同的电流I ，矩形线圈位于导线之间。将线圈由实线位置移到虚线位置的过程中，穿过线圈的磁通量的变化情况是 A ．向里，逐渐增大 B ．向外，逐渐减小 C ．先向里增大，再向外减小 D ．先向外减小，再向里增大 6、如图所示条形磁铁竖直放置，闭合的金属线框水平地紧挨着磁铁从A 端移至B 端的过程中，穿过线框的磁通量的变化情况是 A ．变大 B ．变小 C ．先变大后变小 D ．先变小后变大 7、如图所示，匀强磁场中放有平行的铜导轨，它与大线圈M 相连，小线圈N 放在大线圈M 内，裸金属棒ab 在导轨上做某种运动。则下列说法中正确的是 A ．若ab 向右匀速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且增大 B ．若ab 向左加速运动，穿过小线圈N 的磁通量向外且增大 C ．若ab 向右减速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且减小 D ．若ab 向左减速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且减小 8、如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，另有一个较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则线圈2从1的正上方下落到1的正下方的过程中，穿过线圈2的磁通量φ A ．为零且保持不变 B ．不为零且保持不变 C ．先向上增大，再向上减小 D ．先向上增大，再向下减小 9、如图所示，螺线管CD 的绕法不明，当磁铁AB 分别以不同的速度V 1（A 端向下）和V 2（B 端向下）（V 1 ＜V 2）插入螺线管时，电路中有如图所示的感应电流。则下列说法中正确的是 A ．两种情况下，穿过螺线管CD 的磁通量都是增大的 B ．两种情况下，穿过螺线管CD 的磁通量的变化是相等的 C ．以速度V 1插入时穿过螺线管C D 的磁通量的变化率比以速度V 2插入时小 D ．以速度V 1插入时穿过螺线管CD 的磁通量的变化率比以速度V 2插入时大 10、一平面线圈用细杆悬于P 点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强 c d C D A B

发电机原理概述

1.概述 电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。 发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。 发电机的分类可归纳如下： 直流发电机、交流发电机；同步发电机、异步发电机(很少采用) 交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。 2.结构及工作原理 发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成。 定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子由转子铁芯(有磁扼.磁极绕组)滑环、(又称铜环.集电环).风扇及转轴等部件组成。 由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。 汽轮发电机与汽轮机配套的发电机。为了得到较高的效率，汽轮机一般做成高速的，通常为3000转／分（频率为50赫）或3600转／分（频率为60赫）。核电站中汽轮机转速较低,但也在1500转/分以上。高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子。特别是在3000转／分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动。所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。10万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已达到上述的极限尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。为此必须加强电机的冷却。所以5～10万千瓦以上的汽轮发电机都采用了冷却效果较好的氢冷或水冷技术。70年代以来，汽轮发电机的最大容量已达到130～150万千瓦。从1986年以来，在高临界温度超导电材料研究方面取得了重大突破。超导技术可望在汽轮发电机中得到应用，这将在汽轮发电机发展史上产生一个新的飞跃。 3.水轮发电机 由水轮机驱动的发电机。由于水电站自然条件的不同，水轮发电机组的容量和转速的变化范围很大。通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中型代速发电机多采用立式结构(见图)。由于水电站多数处在远离城市的地方，通常需要经过较长输电线路向负载供电，因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了较高的要求：电机参数需要仔细选择；对转子的转动惯量要求较大。所以，水轮发电机的外型与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短。水轮发电机组起动、并网所需时间较短,运行调度灵活,它除了一般发电以外，特别适宜于作为调峰机组和事故备用机组。水轮发电机组的最大容量已达70万千瓦。 柴油发电机由内燃机驱动的发电机。它起动迅速，操作方便。但内燃机发电成本较高，所以柴油发电机组主要用作应急备用电源，或在流动电站和一些大电网还没有到达的地区使用。柴油发电机转速通常在1000转/分以下,容量在几千瓦到几千千瓦之间，尤以200千瓦以下的机组应用较多。它制造比较简单。柴油机轴上输出的转矩呈周期性脉动，所以发电机是在剧烈振动的条件下工作。因此,柴油发电机的结构部件,特别是转轴要有足够的强度和刚度，以防止这些部件因振动而断裂。此外，为防止因转矩脉动而引起发电机旋转角速度不均匀，造成电压波动,引起灯光闪烁,柴油发电机的转子也要求有较大的转动惯量，而且应使轴系的固有扭振频率与柴油机的转矩脉动中任一交变分量的频率相差20％以上，以免发生共振，造成断轴事故。 柴油发电机组主要由柴油机、发电机和控制系统组成，柴油机和发电机有两种连接方式，一为柔性连接，即用连轴器把两部分对接起来，二为刚性连接，用高强度螺栓将发电机钢性连接片和柴油机飞轮盘连接而成，目前使用刚性连接比较多一些，柴油机和发电机连接好后安装在公共底架上，然后配上各种传感器，如水温传感器，通过这些传感器，把柴油机的运行状态显示给操作员，而且有了这些传感器，就可以设定一个上限，当达到或超过这个限定值时控制系统会预先报警，这个时候如果操作员没有采取措施，控制系统会自动将机组停掉，柴油发电机组就是采取这种方式起自我保护作用的。传感器起接收和反馈各种信息的作用，真正显示这些数据和执行保护功能的是机组本身的控制系统。 4.风力发电机原理 是将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。风力发电利用的是自然能源。相对柴油发电要好的多。但是若应急来用的话，还是不如柴油发电机。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。

2019版一轮优化探究物理(鲁科版)练习：第十章法拉第电磁感应定律自感涡流 含解析

[课时作业] 单独成册方便使用 [基础题组] 一、单项选择题1．将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直．关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是( ) A ．感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B ．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 C ．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 D ．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 解析：由法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦ,Δt )知，感应电动势的大小与线圈匝数有关，A 错误；感应电动势正比于ΔΦΔt ，与磁通量的大小无直接关系，B 错误，C 正确；根据楞次定律知，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，即“增反减同”，D 错误． 答案：C 2.A 、B 两闭合圆形导线环用相同规格的导线制成，它们的半径 之 比r A ∶r B ＝2∶1，在两导线环包围的空间内存在一正方形边界 的 匀强磁场区域，磁场方向垂直于两导线环所在的平面，如图所 示．在磁场的磁感应强度随时间均匀增大的过程中，下列说法 正确的是()A ．两导线环内所产生的感应电动势相等 B ．A 环内所产生的感应电动势大于B 环内所产生的感应电动势 C ．流过A 、B 两导线环的感应电流的大小之比为1∶4 D ．流过A 、B 两导线环的感应电流的大小之比为1∶1 解析：某一时刻穿过A 、B 两导线环的磁通量均为穿过磁场所在区域面积上的磁通量，设磁场区域的面积为S ，则Φ＝BS ，由E ＝ΔΦΔt ＝ΔB Δt S (S 为磁场区域面积)，对A 、B 两导线环，有E A E B ＝1，所以A 正确，B 错误；I ＝E R ，R ＝ρl S 1 (S 1为导线的横截面积)，l ＝2πr ，所以I A I B ＝E A r B E B r A ＝12 ，C 、D 错误．

2018年高考物理一轮复习 专题 磁通量、磁通量变化量的理解与应用每日一题

磁通量、磁通量变化量的理解与应用 高考频度：★☆☆☆☆难易程度：★☆☆☆☆ 如图所示，大圆导线环A中通有电流，方向如图所示，另在导线环所在的平面画一个圆B，它的一半面积在A环内，另一半面积在A环外。则B圆内的磁通量 A．为零 B．是进去的 C．是出来的 D．条件不足，无法判别 【参考答案】B 【试题解析】穿过B环的磁通量分为两部分，一是环A内部的，方向向里，一是环A外部的方向向外，因为面积相等，但是环内部的磁感线密度比外部大，所以根据公式Φ=B·可得通过B圆环的磁通量是进去的。 【名师点睛】穿过B环的磁通量分为两部分，一是环A内部的，方向向里，一是环A外部的方向向外，环内部的磁感线密度比外部大。本题考查了磁通量的计算，关键是理解穿过B环的磁通量分为两部分和环内部的磁感线密度比外部大。 如图所示，AB是水平面上一个圆的直径，在过AB的竖直面内有一根通电直导线CD，已知CD∥AB。当CD竖直向上平移时，电流的磁场穿过圆面积的磁通量将 A．逐渐增大B．逐渐减小 C．始终为零D．不为零，但保持不变 如图所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化是

A．先减小后增大 B．始终减小 C．始终增大 D．先增大后减小 一个直径为d的圆形线圈，垂直放置在磁感强度为B的匀强磁场中，现使线围绕其直径转过30°角，如图所示，则穿过线圈的磁通量的变化为______。 关于磁通量的概念，以下说法中正确的是 A．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大 B．磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量也越大 C．穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零 D．磁通量发生变化一定是磁场发生变化引起的。 某地地磁场磁感应强度B的水平分量B x=0.18×10–4 T，竖直分量B y=0.54×10–4 T。求：（1）地磁场B的大小及它与水平方向的夹角； （2）在水平面内2.0 m2的面积内地磁场的磁通量Φ。 【参考答案】 C 根据右手定则可得CD产生的磁场在AB的水平面上方向垂直向里，即与AB是平行的，所以没有磁感线穿过圆，所以当CD竖直向上平移时，电流的磁场穿过圆面积的磁通量始终为零，C正确。 【名师点睛】CD产生的磁场方向与AB的水平面平行，所以没有磁感线穿过圆，当磁感线方向与圆环所在平面垂直时，通过圆环的磁通量为零。

研究磁通量变化时感应电流的方向

研究磁通量变化时感应电流的方向 [探究目的] 探究感应电流的方向与磁通量变化的关系。 方案设计： 方案1 [实验原理] 将条型磁铁的N 、S 极分别 插入感应线圈，或从感应线圈中 拉出，观察检流计指针的偏转情 况，然后归纳出判断感应电流方 向的规律。 [实验器材] 条型磁铁、检流计、感应线圈等。 [实验过程] 如图7中(a)、(b)、(c)、(d)所示，将条型磁铁插入或拉出，观察并记录检流计指针的偏转方向。 [实验记录] （1）在图7中画出(a)、(b)、(c)、(d)四种情况下，线圈中感应电流方向及感应电流磁场的方向。 （2）归纳出感应电流的方向与磁通量变化的关系：_____________________________________。 图 7

某一实验装置如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈A和B，如果线圈A中电流i和时间t的关系有下图所示的A、B、C、D四种情况. 在t1—t2这段时间内，哪些情况可以在线圈B中观察到感应电流（ BCD ）

如图所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向。 （1）在给出的实物图中，用笔划线代替导线将实验仪器连成完整的实验电路。 （2）将线圈L1插入线圈L2中，合上开关S，能使线圈L2中感应电流的磁场方向与线圈L1中原磁场方向相反的实验操作是（） A．插入铁芯F B．拔出线圈L1C．使变阻器阻值R变大 D．断开开关S （3）某同学第一次将滑动变阻器的触头P从变阻器的左端快速滑到右端，第二次将滑动变阻器的触头P从变阻器的左端慢慢滑到右端，发现电流计的指针摆动的幅度大小不同，第一次比第二次的幅度（填写“大”或“小”），原因是线圈中的（填写“磁通量”或“磁通量的变化”或“磁通量变化率”）第 一次比第二次的大。 （1）在右图中，用笔线代替导线将实验仪器连成完整 的实验电路。（2）（ A ）（3）“大”、“磁通量变 化率”（各 2分） （1）C （2）右；抽出（3）感应电流的磁场总是阻碍原来磁通量的变化

汽轮发电机工作原理

汽轮发电机结构及工作原理 发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。 定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组 成。 转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及 转轴等部件组成。 由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引 出，接在回路中，便产生了电流。 汽轮发电机与汽轮机配套的发电机。为了得到较高的效率，汽轮机一般做成高速的，通常为3000转／分（频率为50赫）或3600转／分（频率为60赫）。核电站中汽轮机转速较低,但也在1500转/分以上。高速汽轮发电机为了减少因离心力而产生的机械应力以及降低风摩耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子。特别是在3000转／分以上的大容量高速机组，由于材料强度的关系，转子直径受到严格的限制，一般不能超过 1.2米。而转子本体的长度又受到临界速度的限制。当本体长度达到直径的6倍以上时,转子的第二临界速度将接近于电机的运转速度，运行中可能发生较大的振动。所以大型高速汽轮发电机转子的尺寸受到严格的限制。10万千瓦左右的空冷电机其转子尺寸已达到上述的极限尺寸,要再增大电机容量,只有靠增加电机的电磁负荷来实现。为此必须加强电机的冷却。所以 5～10万千瓦以上的汽轮发电机都采用了冷却效果较好

的氢冷或水冷技术。70年代以来，汽轮发电机的最大容量已达到130～150万千瓦。从1986年以来，在高临界温度超导电材料研究方面取得了重大突破。超导技术可望在汽轮发电机中得到应用，这将在汽轮发电机发展史上产生一个新的飞电磁感应定律 励磁机就是一个小功率的直流发电机,一般都为几十伏,励磁电压一般不变,即使变动也很小,而励磁电流的大小由磁场变阻器或自动励磁调节器调节,它的作用是将发出来的直流电供发电机转子磁极饶组励磁电流以产生磁场.励磁电流在发电机空载时改变其大小可以改变发电机的端电压,在发电机并网带负荷时改变其大小可以改变发电机 的无功功率. 电磁感应定律： 只要穿过回路的磁通量发生变化电路中将产生感应电动势。感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化成正比。导体回路中感应电动势e 的大小，与穿过回路的磁通量的变化率成正比， 若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，Δ为磁通量变化量，单位Wb ，Δt为发生变化所用时间，单位为s. ε为产生的感应电动势，单位为V. 1.[感应电动势的大小计算公式]

磁通量的变化讲解学习

1. 磁通量Φ：①物理意义：某时刻穿过磁场中某个面的磁感线条数，磁感线越密的地方，也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方，磁感应强度B越大，因此，B越大，S越大，穿过这个面的磁感线条数就越多，磁通量就越大。 ②大小计算：Φ=BS⊥或φ=SB⊥ Φ＝B·S，S为与B垂直的面积，不垂直时，取S在与B垂直方向上的投影， 我们称之为“有效面积”。 如图所示，线圈平面与水平方向成θ角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B， 线圈面积为S，把面积S投影投影到与磁场垂直的方向即水平方向，则S⊥=Scosθ，故φ=BS⊥=BScosθ。 把磁感应强度B分解为平行于线圈平面的分量B∥和垂直与线圈平面的分量B⊥，B∥不穿过线圈，且B⊥=Bcosθ，故φ=B⊥S=BScosθ。 如果磁场范围有限，如图所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内， 一半在磁场外，当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60度，面积S在垂直与 磁感线方向且在磁场中的投影不变，这时“有效面积”为S/2，磁通量φ=BS/2. 如果磁场范围有限，如图示，当线圈包含全部磁场时，面积再扩大，磁通量扔不变，还是φ=BS. ③磁通量是标量，但有正负之分,正负仅表示穿入或穿出某面,而且是人为规定。 穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用Φ＝B·S，应考虑相反方向的磁通量抵消以后 所剩余的磁通量。若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向穿过它的磁通量为φ1，反向穿过它的磁通量为φ2，则穿过该平面的磁通量等于磁通量的代数和，即φ1-φ2. ○4多匝线圈的磁通量：穿过某一线圈的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定的，与线圈匝数无关，只要n匝线圈的面积相同，放置情况也相同，则通过n匝线圈与通过单匝线圈的磁通量相同，即Φ≠NBS 2.磁通量变化量ΔΦ：①物理意义：穿过某个面的磁通量的差值 ②大小计算：ΔΦ＝Φ2－Φ1要首先规定正方向 ③与磁场垂直的平面，开始时和转过180°时穿过平面的磁通量是不同的，一正一负，|ΔΦ|＝2BS而不是零 磁通量发生变化的四种情形 ①磁感应强度B不变，有效面积S变化，则△φ=φt-φ0=B?△S。 如图所示，闭合回路的一部分导体切割磁感线，此时穿过abcd面 的磁通量的变化量可用此公式计算。 ②磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则△φ=φt-φ0=△B?S。如图（8）所示，通电直导线下边有一个矩形线框，若使线框逐渐远离（平动）通电导线，此时穿过线框的磁通量的变化量可用此公式计算。 ③线圈平面与磁场方向的夹角θ发生变化时，线圈在垂直与磁场方向的投影面积S⊥=Ssinθ发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化，即B、S不变，θ变化。此时可由△φ=φt-φ0=BS(sinθ1-sinθ2）计算并判断磁通量的变化。如图所示，当线框以ab为轴顺时针转动时，此时穿过abcd面的磁通量的变化量可由此公式计算。○4若磁感应强度B和回路面积S同时发生变化，则△φ=φt-φ0≠△B?△S.如图所示，若导线CD向右滑动，回路面积从S1变到S2，磁感应强度B从变到,则回路中的磁通量的变化量△φ=B2S2- B1S1

磁通量、磁通量的变化及磁通量变化率

磁通量、磁通量的变化及磁通量变化率专题训练 磁通量φ、磁通量的变化Δφ及磁通量变化率Δφ/Δt 是磁场理论中很重要的基本概 念。 1、 磁通量φ 磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积叫做穿过这个面积的磁通量， 定义式为 φ=BS 。 如果面积S 与磁感应强度B 不垂直，可将磁感应强度B 向着垂直于面积S 和平行于面积S 和方向进行正交分解，也可以将面积向着垂直于磁感应强度B 的方向投影[这两种方法的基本物理原理是：B ∥S 时，φ=0；B ⊥S 时，φ为最大（BS ）]。 2、磁通量的变化Δφ 由公式：φ=BS 可得 (1)Δφ=B ΔS （实际面积的变化、与磁感应强度间夹角的变化，就是有效面积的变化） (2)Δφ=S ΔB （B 是矢量，它的变化有三种情况） (3)Δφ=ΔS ΔB （B 是矢量，它的变化有三种情况） 可见磁通量φ是由B 、S 及角度θ共同决定的，磁通量的变化情况应从这三个方面去考虑 3、磁通量的变化率Δφ/Δt 磁通量的变化率为单位时间内磁通量的变化量，表示磁通量变化快慢。 巩固练习 一、选择题 1、下列关于磁通量的说法中，正确的是 A ．穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 B ．在匀强磁场中，穿过某平面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 C ．穿过一个面的磁通量就是穿过该面单位面积的磁感线的条数 D ．穿过一个面的磁通量就是穿过该面的磁感线的条数 2、如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a 和b ，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两环的磁通量φa 、φb 的大小关系为 A ．φa ＞φb B ．φa ＜φb C ．φa ＝φb D ．无法比较 3、一磁感应强度为B 的匀强磁场方向水平向右，一面积为S 的矩形 线圈abcd 如图所示放置，平面abcd 与竖直方向成θ角。将abcd 绕ad 轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为 A ．0 B ．2BS C ．2BScos θ D ．2BSSin θ 4、如图所示，矩形线框abcd 的长和宽分别为2L 和L ，匀强磁场 的磁感应强度为B ，虚线为磁场的边界。若线框以ab 边为轴转过60°的过程中，穿过线框的磁通量的变化情况是 A ．变大 B ．变小 C ．不变 D ．无法判断 5、如图所示，两直导线中通以相同的电流I ，矩形线圈位于导线之间。将线圈由实线位置移到 虚线位置的过程中，穿过线圈的磁通量的变化情况是 A ．向里，逐渐增大 B ．向外，逐渐减小 C ．先向里增大，再向外减小 D ．先向外减小，再向里增大 6、如图所示条形磁铁竖直放置，闭合的金属线框水 平地紧挨着磁铁从A 端移至B 端的过程中，穿过线框的磁通 量的变化情况是 A ．变大 B ．变小 C ．先变大后变小 D ．先变小后变大 7、如图所示，匀强磁场中放有平行的铜导轨，它与大线圈M 相连，小线 圈N 放在大线圈M 内，裸金属棒ab 在导轨上做某种运动。则下列说法中正确的是 A ．若ab 向右匀速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且增大 B ．若ab 向左加速运动，穿过小线圈N 的磁通量向外且增大 C ．若ab 向右减速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且减小 D ．若ab 向左减速运动，穿过小线圈N 的磁通量向里且减小 8、如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，另有一个较小的圆形线圈 2从1的正上方下落，在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则线圈2从1 的正上方下落到1的正下方的过程中，穿过线圈2的磁通量φ A ．为零且保持不变 B ．不为零且保持不变 C ．先向上增大，再向上减小 D ．先向上增大，再向下减小 9、如图所示，螺线管CD 的绕法不明，当磁铁AB 分别以不同的 速度V 1（A 端向下）和V 2（B 端向下）（V 1 ＜V 2）插入螺线管时，电路中有如图所示的感应电流。则下列说法中正确的是 A ．两种情况下，穿过螺线管CD 的磁通量都是增大的 B ．两种情况下，穿过螺线管CD 的磁通量的变化是相等的 C ．以速度V 1插入时穿过螺线管C D 的磁通量的变化率比以速度V 2插 入时小 D ．以速度V 1插入时穿过螺线管CD 的磁通量的变化率比以速度V 2插入时大 10、一平面线圈用细杆悬于P 点，开始时细杆处 于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运 动。已知线圈始终与纸面垂直，当线圈由水平位置第一次到达位置Ⅰ的过程中，穿过线圈的磁通量 A ．向右逐渐增大 B ．向左逐渐减小 C ．向右先增大后减小 D ．向左先减小后增大 11 、如图所示，蹄形磁铁和矩形线框均可绕竖直轴转动。现将蹄形磁铁逆时针转动（从上往下 c d I