高中物理电磁感应在生活中的应用

吕 炜

(江苏省泰兴市第一高级中学 225400)

人教版高中物理有关电磁感应方面的知识，分别在必修第三册和选择性必修第二册进行讲解.其中必修第三册主要讲解电磁感应现象，主要对电磁感应进行定性描述.而选择性必修第二册中主要讲解了电磁感应的定量知识.在进行电磁感应知识教学中，为更好地激发学习者的学习兴趣，更加牢固地掌握该部分内容，应注重联系生活，多讲解电磁感应在生活中应用的案例.

1 变压器

变压器在人们的生活中非常常见，是升降电压的重要设备，其以电磁感应为工作原理.教学实践中为使学习者更好地理解变压器的作用及其工作原理，并能够运用电磁感应知识分析一些变压器问题.一方面，为学习者认真讲解电能输送的整个过程，使其认识到电能输送过程中进行变压的必要性，而后自然的引出变压器.同时，运用多媒体课件为学习者展示生活中不同类型的变压器，给其带来似曾相识的感觉，更好地吸引其注意力，调动其学习热情.另一方面，对变压器进行理想化的抽象，即，理想变压器.为学习者介绍理想变压器的核心部件，而后与学习者一起剖析变压器工作原理，推导变压器原副线圈电压、电流之间的关系.如图1所示，理想变压器的核心部件.

图1

从电磁感应视角对变压器的工作原理进行剖析，既巩固了学习者所学，又认识到电磁感应在人们生活中发挥的重要作用.为更好地锻炼学习者的学以致用能力，创设以下问题要求学习者思考、分析：若发电系统的输出功率为1×105W，输出电压为250V，准备向远处输电.输电示意图如图2所示，若输电线的总电阻为8Ω，要求输电线上的电功率损失不能超过输电功率的5%，用户获得的电压为220V，则应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器？

图2

该问题要求学习者基于对变压器工作原理地理解，运用所学解决实际问题，能很好地检验学习者理解以及应用变压器知识的程度，促使其养成使用电磁感应知识分析生活问题的意识与习惯.

2 电磁炉

电磁炉是电磁感应知识应用于生活中的又一具体实例.电磁炉的发明给人们更加方便地应用电能提供了极大的便利.电磁炉通电后通过电磁感应锅体自己发热，在不使用明火的情况下将食物做熟，具有热量损失小，能量利用率高，安全可靠等优点.高中物理电磁感应知识教学中可围绕电磁炉设计相关问题，要求学习者思考、讨论，进一步澄清对电磁感应知识的认识与理解，激发对电磁感应知识的热情.显然电磁炉以电磁感应为工作原理，联系电磁感应知识可知要想形成涡流，达到一定的热效应需要材料能够有效汇聚磁感线.同时，为获得预期的加热效果，增大涡流电流，电磁炉的锅体应使用导电性能良好的金属.

3 无线充电手机

无线充电是当前较为前沿的科技，已被应用于手机以及新能源汽车上，大大提高了充电的便利度.高中物理教学中为学习者展示无线充电在人们生活中的应用，而后要求学习者思考，为什么没有导线能够完成对手机的通电？激发其对电磁感应知识学习的热情.在此基础上为学习者系统的讲解无线充电依据的原理，展示如图3所示的示意图：

图3

其中发射线圈安装在充电底座上，而接受线圈安装在手机中，交流电通过发射线圈产生可变磁场，可变磁场通过接收线圈产生感应电流.接收线圈与手机的电池连接，便可完成无线充电.课堂上为使学习者更好地理解电磁感应在无线充电上地应用，要求学习者思考以下问题：(1)在充电底座和手机之间放上几张白纸能否完成充电？(2)若通电底座与恒定电流相连能否完成无线充电？(3)发射线圈与接收线圈中交变电流的频率是否相同？由电磁感应原理可知无线充电主要以磁场为媒介，磁场能够穿过白纸因此充电底座和手机之间放上白纸也能完成无线充电.依据电磁感应产生的条件可知，恒定电流不能产生变化的磁场，也就无法完成无线充电.电磁感应并不会改变电流的频率.

4 延时继电器

延时继电器是一种常用的电气设备，用于保护线路或其他设备.延时继电器工作时无论是接通电源还是断开电源，都无法使得线路及时断开或闭合，而是过一段时间后才会动作.高中物理教学实践中可结合生活实例为学习者讲解，使学习者认识到延时继电器的重要作用.同时，通过对延时继电器原理地分析，使其认识到延时继电器运用了电磁感应原理.可将延时继电器简化为如图4所示的结构：

图4

A、B两个线圈共同绕在同一铁芯上，A线圈和电源相连.开关上连接一弹簧K，DC为触头.当S闭合时A因有稳定电流流过，产生稳定磁场，吸引开关，DC将导线接通.此时通过B的磁通量未发生变化，因此不会产生感应电流.当断开S的瞬间，通过线圈B的磁通量发生变化产生感应电流，使得产生的磁场维持一段时间，过一段时间后电流消失，开关被弹簧K拉起，DC弹起，线路断开，以此实现延时功能.教学实践中可设计如下问题与学习者互动，激活高中物理课堂的同时，使其更加深刻地理解延时继电器的工作过程：(1)S闭合时铁芯上端为哪一极？(2)断开S的瞬间，铁芯上端为哪一极？若B线圈断开，其还是否具有延时功能？学习者回顾学过的安培定则容易判断，S闭合时铁芯上端为磁场的N极.当S断开的瞬间由楞次定律可知，其产生的感应电流和开关断开时线圈A的电流方向相同，因此铁芯的上端仍为N极.当B线圈断开时因无法产生感应电流，也就不能产生磁场，无法起到延时作用.

5 动圈式话筒

动圈式话筒在人们的生活中非常常见.高中召开的各种会议中都能看到动圈式话筒的身影.动圈式话筒能够将人的声音转化为电信号并通过放大器放大，而后经音响发出，使得声音被更多的人听到.课堂上为更好地激发学习者的学习热情，可要求学习者列举生活中应用动圈式话筒的场景，而后告知学习者动圈式话筒是应用电磁感应原理制成的，并使用多媒体技术为学习者展示如图5所示的动圈式话筒的内部结构，与学习者一起分析动圈式话筒是怎样使用电磁感应原理的.

图5

电磁感应在高中物理中占有重要地位，需要学习者真正的搞清楚电磁感应原理，并能够灵活运用相关公式进行定量计算.实践中为提高课堂教学效率，增强学习者的学习体验，激发学习者学习的主动性应积极联系生活，认真收集电磁感应在生活中应用的具体事物，积极查阅相关资料，搞清其工作原理.课堂上灵活运用多种方法，与学习者一起剖析电磁感应的具体应用，进一步加深学生印象，更好地理解与掌握电磁感应知识，高效地完成课堂教学目标.