普通高中物理必修三第13章第3节 电磁感应现象及应用
内容来源|普通高中教科书 物理 必修第三册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
我们已经知道,闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线的运动时,导体中就会产生感应电流。那么,切割磁感线是产生感应电流的唯一方法吗?还有其他方法吗?这些方法有什么内在联系?
奥斯特发现的电流的磁效应,震动了整个科学界,它证实电现象与磁现象是有联系的。既然电流能够引起磁针的运动,那么,为什么不能用磁体使导体中产生电流呢?
1831年,法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,一个线圈接电源,另一个线圈接“电流表”。当给一个线圈通电或断电的瞬间,在另一个线圈上出现了电流。他在1831年8月29日的日记中写下的首次成功的记录。
法拉第领悟到"磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。于是,他又设计并动手做了几十个实验,使深藏不露的各种“磁生电”的现象显现而出。法拉第把这些现象定名为电磁感应,产生的电流叫作感应电流。
思考与讨论
金属棒AB静止时,电路中没有感应电流产生;AB沿着磁感线运动时,电路中也没有感应电流;只有AB切割磁感线时才产生感应电流。AB切割磁感线时,磁场没有变化,变化的只有电路ABCD的面积。那么,与磁场有关的哪个物理量发生了变化呢?
闭合电路ABCD的面积发生了变化,也就是穿过电路ABCD的磁通量发生了变化。感应电流的产生是否与磁通量的变化有关呢?
实验装置
线圈A通过变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端连接到电流表上,把线圈A装在线圈B的里面。
观察情境
螺线管A所在回路开关闭合后,保持滑动变阻器滑片不动
螺线管A所在回路开关闭合后,迅速移动滑动变阻器滑片
现象总结
在实验中,由于迅速移动滑动变阻器的滑片(或由于开关的闭合、断开),线圈A中的电流迅速变化,产生的磁场的强弱也在迅速变化,又由于两个线圈套在一起,所以线圈B内的磁场强弱也在迅速变化,这种情况下,穿过线圈B的磁通量也发生了变化,线圈B中有感应电流。
产生感应电流的条件:当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流。
1831年圣诞节前,一次科学报告会上,法拉第当众表演了个实验。一个铜盘的轴和铜盘的边缘分别连在“电流表”的两端。法拉第摇动手柄使铜盘在磁极之间旋转,“电流表”的指针随之摆动,这是最早的发电机。
根据电磁感应现象制造的最早的发电机这个新生的“婴儿”,后来成长为电厂里巨大的发电机这一改变世界面貌的“巨人”,它开辟了人类社会的电气化时代。
生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等也是根据电磁感应制造的。
法拉第出生于英国的一个铁匠家庭,曾经在一家书店当过学徒。他利用这个条件,读了很多科学书籍,从中获得了丰富的知识。他喜欢做实验,还积极参加科学报告会。1813年,22岁的法拉第毛遂自荐,成了著名化学家戴维的助理实验员。
法拉第生活的时代,正值第一次产业革命完成。蒸汽机的普遍应用催生了资本主义大工业,人类进入了工业文明时期,而电力应用的前景已初见端倪。
在10年的探索中,法拉第坚信各种自然现象是相互关联的,各种自然力是统一的、可以互相转化的。他还认为电磁相互作用是通过介质来传递的,并把这种介质叫作“场”,他还以惊人的想象力创造性地用“力线”(即现代物理学中的“磁感线”)形象地描述“场”的物理图景。经过坚持不懈的艰苦探索,法拉第发现了电磁感应现象。
法拉第鄙视金钱、地位和权势。他谦虚、朴实、安于清贫,谢绝了皇家学会会长、皇家研究院院长、伦敦大学教授等职位和头衔,也不肯接受贵族爵位。1867年8月25日,法拉第坐在书房的椅子上平静地离开了人世。生活在电气化时代的我们,应该永远缅怀法拉第。