电磁学知识在生产生活中的应用举例
电磁学知识在生产生活中的应用举例
2006年12月13日
教学目标：
知识与技能：1、懂得生活用电安全知识（C层）
2、会用学过的知识解释生活用电问题（B层）
3、了解传感器的作用，会对一些简单传感器的原理用中学物理知识作解释
（AB 层）
过程与方法：1、通过本节教学，引导学生把所学知识结合实际，养成理论联系实际的习惯；2、指导学生分析实际应用试题步骤、审题抓住要点，把题目分解成一个个小小问题的习惯。
教学重点：用电磁学知识解决新科技在生产生活中的应用。
教学方法：分层教学，主体合作
本学期复习完了3-1，请回顾一下这本书我们学了哪些知识？
电场恒定电流磁场
各章重点知识有哪些？
电功电阻定律、欧姆定律、闭合电路欧姆定律焦耳定律传感器的应用电流与磁场的关系一一安培定则，磁场对运动电荷的作用力（安培
力、洛伦兹力）的方向判断一一左手定则:
一、生活用电题
1、如上图所示是楼梯电灯照明电路图，电键K i和K2分
别是装在楼上和楼下两个位置的双联开关，拨动其中任
何一个开关，都能使楼梯电灯发光或熄灭，试问这四种
接法中，那一种接法是正确的？（）
2、家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC, PTC
元件是由钛等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如所示，由于这种特性，因此，PTC 元件具有发热、控温双重功能，对此，以下判断中正确的组合是（）
①通电后，其电功率先增大后减小
②通电后，其电功率先减小后增大
③当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1
或t2不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在ti?t2的某
一值不变
A、①②
B、②④
C、①④
D、②③ 本题要点：①会读图；②电热灭蚊器属于纯电阻用电器，电功等于电热。
客称
额定电压
（V}|频率工惟电醜
（A）
电魁
（n>(r/min)
电动机
220500.51370
脱水电动
机
220500卫13J370
由上表回答：该洗衣机洗涤一次衣服共耗电多少？（洗涤一次衣服洗涤时间为15min，脱水时间为2min）.用欧姆定律I =U求出的电流强度与电动机中的
R
实际工作电流是否相同？为什么？
A 、0.0275 度
B 、0.033 度
C 、0.605 度
D 、0.705 度
分析：洗涤一次衣服包括了洗涤和脱水过程，从中洗衣机消耗的电能就等 于输入的电
能，直接由电功定义
=0.0333度
U 2
试问，能否用 W 二Pt
t 求解吗？为什么？
R
家庭电路的线路均有一定的电阻，所以当家中的大功率的家用电器(如空 调、微波炉等) 路的电阻。 如图所示， 实验时断开K ，测得电压为U 1，闭合 K 测得电压为U 2,如何估算线路上的电 阻？写出估算的计算式。
【参考答案】
-------------- L ----------- 1
L 的电阻很大，电流很小。因此对线路上的
影响，可以不计。合上 K 接入R 时，由于R 的电阻很小，电流很大，这时 L 的电流也可
以略去不计。
r = (Ui — 6)U2/P2
、传感器可将非电学量转化为电学量，起自动控制作用。如计算机鼠标
空调机中有光电传感器
1.演示位移传感器的工作原理如右图示，物 体M 在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑 杆p ，通过电压表显示的数据，来反映物体位移 的大小x 。假设电压表是理想的，则下列说法正
W = pt =Ult ="洗I 洗t 洗U 干I 干t 干
15
」2
-220 0.5 10 220 0.8 10
60 60 启动时，其余电灯都将突然变暗，通过下面的实验可以估测线 r 表示线路总电阻，L 为一个功率为P i 的普通灯泡，V 为交流
电压表，R 是
个功率为P 2的大功率电热器P2…R 。
中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器, 电视机、录像机、影碟机、
确的是 （ ）
A 物体M 运动时，电源内的电流会发生变化
B 物体M 运动时，电压表的示数会发生变化
C 物体M 不动时，电路中没有电流
D 物体M 不动时，电压表没有示数
分析：本题要点：①分压器原理的具体应用（教材 P41）;②理想电压表的 含义。 2?唱卡拉0K 用的话筒，内有传感器。其中有一种是动圈式的，它的工作 原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中， 当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是（）
A 该传感器是根据电流的磁效应工作的
B 该传感器是根据电磁感应原理工作的
C 膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D 膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势 3. 用遥控器调换电视机频道的过程，实际
上就是传感器把光信号转化为电 信号的过程。下列属于这类传感器的是（ ）
A 红外报警装置
B 走廊照明灯的声控开关
C 自动洗衣机中的压力传感装置
D 电饭煲中控制加热和保温的温控器
分析：本题是信息题，抓住“把光信号转化为电信号”
4?如图所示表示自动测定油箱内油面高度 的装置，R 是变阻器，R '是附加电阻，A 为油 量表，它实际上是一只安培表，电源电压为&， 试分析该装置的工作原理。 A 、 油量下降时，油量表读数增大； B 、 油量下降时，油量表读数减小； C 、 油量上升时，油量表读数减小； D 、 油量上升时，油量表读数不变。
分析：油箱中油量下降时，指针 P 上滑，串在电路中的电阻增大，由闭合电路 欧姆定律I 二一——知，流过电流表的电流减少，油量表的示数减少。
R + R"
5、右图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感，话筒的振动膜前面 镶有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这 个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压 U ，人对着话筒说话 时，振
动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，使 声音信号被话筒转化为电信号，其中 导致电容变化的原 因可能是电容器两板间的（ ）
I ---- R*
A、距离变化
B、正对面积变化{
C、介质变化
D、电压变化
本题要点：①会把话筒转化为物理模型——平行板电容
器；②题目考查“导致电容变化”；③决定平行板电容器电容的因素
超导是当今高科技的热点，当一块磁体靠近超导体，超导体会产生强大的电流，对磁体有排斥作用，这种排斥力可使磁体悬浮空中，磁悬浮列车采用了这种技术。
⑴ 导体产生强大的电流，是由于：
A.超导体中磁通量很大
B.超导体中磁通量变化率很大
C.超导体电阻极小
D.超导体电阻变大
⑵磁悬浮的原理是：
A.超导体电流的磁场方向与磁体相同
B.超导体电流的磁场方向与磁体
相反
C.超导体使磁体处于失重状态
D.超导体产生磁力与磁体重力平
衡
【答案】
⑴C ⑵B、D
分析：解题要点①抓住“悬浮”；②抓住“排拆力”
9、若地磁场是由地表带电产生的，则地表带电情况：
A.正电
B.负电
C.不带电
D.无法确定
本题要点：①会用安培定则，根据地磁场方向判断等效电流的方向；②明确电流方向的规定；③由电流方向确定运动电荷的电性。
10、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）?为了简化，假设流量计是如图1所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的 a b、c,流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）?图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面?当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值?已知流体的电阻率为p,不计电流表的内阻，则可求得流量为
I he D (E 上)
B
a
该题为2001年全国高考理科综合测试的第 24题。本题属于物理在科学技术中 的实际应用，涉及到匀强电场、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、洛伦兹力公 式、受力平衡等知识，是一道典型的学科内综合的问题。
该题的物理情景是：如图，长、宽、高分别为图中a b 、c 的一段导电流体（流 体的电阻率为
p ）,加一垂直于前后两面磁感强度为 B 的匀强磁场，当导电流 体稳定地沿图中虚线通过时，
在管外将流量上、下两导电表面分别与一串接了 电阻R 的电流表的两端连接，I 表示测得的电流值（不计电流表的内阻），求流 量？ 答：解决该问题需要我们根据所学过的知识建立物理模型
模型一：导电液体稳定地流经流量计时，相当于带电物体同时受电场力和磁场 力作用而平
衡，有：」 。
模型三：导电流体在磁场中流动相当于长度为 c 的金属棒以速度v 垂直切割磁 感线，电动势为- ■。
定的闭合电路
:
模型二：导电流体相当于一长方体电阻：电阻为
模型四：电磁流量计工作时与串接了电阻 R 的电流表相连接，形成了一个电流恒
A-(bR-^p-)
I r
联立各式，可得'L亠：。答案A正确
11、(2000年高考理综卷)如图2所示，厚度为h、宽为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，
当磁场不太强时电势差U，电流I和B的关系为U=k
d
式中的比例系数k称为霍尔系数。
霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦
兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导
体板的另一侧出现多余的正电荷，从而形成横
向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向
当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导
相反的静电力，体板上下两侧之间就会形成稳
定的电势差
设电流I是由电子定向流动形成的，电子的平均定向速度为v,电量为e，回答下列问题：
(1) _____________________________________________ 达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势__________________________________________ 下侧面A的电势(填高于、低于或等于)。
(2) _______________________________________ 电子所受的洛伦兹力的大小为_____________________________________________________ 。
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力的大小
为________ ?
(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数k==，其中n代表ne 导体板单位体积中电子的个数。
【点拨解疑】霍尔效应对学生来说是课本里没有出现过的一个新知识，但试题给出了霍尔效应的解释，要求学生在理解的基础上，调动所学知识解决问题，这实际上是对学生学习潜能的测试，具有较好的信度和效度。
(1)首先分析电流通过导体板时的微观物理过程。由于导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，电流是电子的定向运动形成的，电流方向从左到右，电子运动的方向从右到左。根据左手定则可判断电子受到的洛仑兹力的方向向上，电子向A板聚集，A1板出现多余的正电荷，所以A板电势低于A1板电势，应填“低于”。
(2)电子所受洛仑兹力的大小为f二evB