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        常見(jiàn)幾種產(chǎn)生正弦交流電的非典型方式

        2020-09-10 17:07:15楊榮富

        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(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生正弦交流電,電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為e=Emsinωt (從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)).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(dòng)勢(shì)

        中圖分類(lèi)號(hào):G632 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ?文章編號(hào):1008-0333(2020)10-0063-02

        收稿日期:2020-01-05

        作者簡(jiǎn)介:楊榮富(1986.3-),男,陜西省漢中人,碩士,中學(xué)一級(jí)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(jí)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(chǎng),磁場(chǎng)方向豎直向下,在其間豎直放置兩彼此正對(duì)的相同絕

        圖1緣圓環(huán),兩環(huán)相距L,用導(dǎo)線(xiàn)將環(huán)與外電阻相連,現(xiàn)用外力使長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬桿沿兩環(huán)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).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(dòng)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(dòng)的線(xiàn)速度v=ωR ①

        若金屬棒從水平直徑方向開(kāi)始計(jì)時(shí),設(shè)金屬桿與水平直徑方向間的夾角為θ,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

        面積為S、阻值為R的金屬框放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與金屬框平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)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(xiàn)彎曲成一個(gè)完整的正弦曲線(xiàn)形狀,它通過(guò)兩個(gè)小金屬環(huán)a、b與長(zhǎng)直金屬桿導(dǎo)通,在外力F作用下,正弦形金屬線(xiàn)可以在桿上無(wú)摩擦滑動(dòng).桿的電阻不計(jì),導(dǎo)線(xiàn)電阻為R,ab間距離為2L,導(dǎo)線(xiàn)組成的正弦圖形頂部或底部到桿的距離都是L2.在導(dǎo)線(xiàn)和桿平面內(nèi)有一有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的寬度為L(zhǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.現(xiàn)在外力F作用下導(dǎo)線(xiàn)沿桿以恒定的速度v向右運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)線(xiàn)和桿組成的平面始終與磁場(chǎng)垂直.t=0時(shí)刻導(dǎo)線(xiàn)從O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng),直到全部穿過(guò)磁場(chǎng),求其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).

        圖2解析 整個(gè)過(guò)程,導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)了3L,第1個(gè)L和第3個(gè)L,導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)的長(zhǎng)度為12Lsinωt,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=12BLvsinωt,相當(dāng)于正弦交流電;第2個(gè)L,導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)sinωt,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)中,金屬桿PQ在外力的作用下在上以速度v=v0sinωt開(kāi)始運(yùn)動(dòng),已知兩導(dǎo)軌間距離為L(zhǎng)、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(dòng)勢(shì)通過(guò)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(dòng)生電動(dòng)勢(shì)而形成的;方式2是產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)而形成的.

        參考文獻(xiàn):

        [1]張大昌.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)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]

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