经全国中小学教材审定委员会 2004年初审通过 普通高中课程标准实验教科书 物理 选修32 人民教育出社课程教材研究所绵著 物理课程教材研究开发中心
目录 第四章电磁感应 1划时代的发现 2探究电磁感应的产生条件 5 3次定律 4法拉第电磁感应定律 5电磁感应规律的应用 19 6互感和自感 7润流电磁阻尼和电磁驱动 26 第五章交变电流 1交变电流 2描述交变电流的物理量 3电感和电容对交变电流的影响 4变压器 39 5电能的输送 第六章传惑器 5 1传感器及其工作原理 2传感器的应用(一 3传感器的应用(二) 4传感器的应用实验 附一些元器件的原理和使用要点 课题研究怎样把交流变成直流
“法技第先生,它(电砸应)到底有什么用呢?” 啊,阁下,也许要不了多久你就可以对它收税了。” ——英圖财政大臣格技斯与法拉第的对话 第四章电磁感应 F 峡电厂一台发电机的转子 朝辞白帝彩云间,千里江陵一日还 两岸猿声蹄不住,轻舟已过万重山 这首耳某能详的唐诗,曾给我们带来多少愉悦和幻想呀如今,诗人笔下的三峡,不仅风景秀觔依 然,更在为祖国的建设做着巨大的质献,三峡电厂共安装26台巨型发电机,总装机容量1820万千瓦,千 年流淌的滚滚长江,正在焕发着青春 电厂里巨大的发电机怎么会发出电来?电网中电压的高低跟什么因素有关?如何控制? 这些都是这一章我们要学习的内容
高中物理c选修3-2 划时代的发现 突斯特梦圆“电生磁”电磁感应现象的发现是与电流磁效应的发现密切相连的。在19世 纪20年代之前的漫长岁月里,电和磁的研究始终独立地发展着。尽管18世纪中叶人们就曾发 现雷电能使刀叉、钢针磁化,莱顿瓶(最原始的电容器)放电可使缝衣针磁化等现象,但包括 库仑在内的众多物理学家仍然认为电与磁是互不相关的。 到了18世纪末,人们开始思考不同自然现象之间的联系。例如,摩擦生热表明了机械运 动向热运动的转化,而蒸汽机则实现了热运动向机械运动的转化。于是,一些独具慧眼的哲 学家如康德( L. Kant,17241804)等,提出了各种自然现象之间相互联系和相互转化的思想。 深受其影响的奧斯特相信电与磁之间可能存在着某种联系。1803年奧斯特指出:“物理学将不 再是关于运动、热、空气、光、电、磁以及我们所知道的各种其他现象的零散的罗列,我们 将把整个宇宙纳在一个体系中。” 然而,奥斯特寻找电与磁相互联系的实验研究并未很快成功 机遇总是青睐那些有准备的头脑。 在1820年4月的一次讲演中,奧斯特碰巧 在南北方向的导线下面放置了一枚小磁 针。当电源接通时,小磁针居然转动 了!听众中大概没有人注意到这个现 象,但由于奥斯特一直惦记着电与磁的 联系,这个现象使他振奋。随后的实验 证明,电流的确能使磁针偏转。这种作 用称为电流的磁效应。 电流的磁效应显示了载流导体对磁 针的作用力,揭示了电现象与磁现象之 图41-1小磁针一定受到载流导线对它的作用力 间存在的某种联系。奥斯特的思维和实 践突破了人类对电与磁认识的局限性。 法拉笫心系“磁生电”奥斯特发现的电流磁效应,震动 了整个科学界,它证实电现象与磁现象是有联系的。有关电 与磁关系的崭新研究领域突然洞开在人们面前,激发了科学 家们的探索热情。一个接一个的新发现,像浪潮一样冲击着欧 洲大陆,也激励着芙国的科学界。 电流磁效应的发现引起了这种对称性的思考:既然电流 能够引起磁针的运动,那么为什么不能用磁铁使导线中产生 电流呢? 法拉第( M Faraday.1791-186 2
人们早就认识了磁化现象,知道磁体能使附近的铁棒产生磁性。人们还知道,带电体能 使它附近的导体感应出电荷来。英国科学家法拉第敏锐地觉察到:磁与电之间也应该有类似 第 的“感应”,并在1822年的一篇日记中留下了“由磁产生电”这样闪光的思想。 法国物理学家安培也曾将恒定电流或磁铁放在导体线圈附近,试图感应”出电流,种种章 尝试均无所获。瑞士人科拉顿的实验研究也遗憾地与成功擦肩而过,只有法拉第依然魂牵梦电 绕,就像他后来所说的那样:“从通常的磁获得电的希望,曾在各个时期促使我通过实验进行壁 考察 威应 然而道路并不平坦。他于1822年12月、1825年11月和1828年4月做过三次集中的实验研 究,然而均以失败告终。原因在于,法拉第认为,既然奧斯特的实验表明有电流就会有磁场, 那么有了磁场就一定会有电流。于是,他在这些实验中使用恒定电流产生的磁场,看看这样 的磁场是不是会在某个电路中产生感应电流。 多次失败后,1831年8月29日,他终于发现了电磁感应 现象:把两个线圈绕在同一个铁环上(图41-2),一个线圈接 到电源上,另一个线圈接入“电流表”,在给一个线圈通电或 断电的瞬间,另一个线圈中也出现了电流。寻找10年之久 的“磁生电”的效应终于被发现了。成功属于坚持不懈的有心 人 法拉第从此茅塞顿开,立即领悟到,“磁生电”是一种 在变化、运动的过程中才能出现的效应。于是他设计并动 图412法拉第用过的线面 手做了几十个实验,深藏不露的各种“磁生电”的现象喷涌 而出。法拉第把引起电流的原因概括为五类,它们都与变化和运动相联系,这就是:变化 的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。他把这些现象 定名为电磁感应( electromagnetic induction),产生的电流叫做感应电流( induction current) 电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加完善,宣告了电磁学作为一门统 学科的诞生。当奥斯特发现电流的磁效应时,法拉第曾赞扬道:“它突然打开了科学中一个黑 暗领域的大门,使其充灡光明。”看来这样的荣誉应由他们共享。 (《料学足吨一 科学发现的启迪 诺贝尔奖获得者汤川秀树曾说,对以往知识的熟知和对新鲜事物及其发展前景的敏感.是 个人的创造力的源泉。奥斯特在18世纪末和19世纪初去德国、法国游学时,与当时欧洲的科学家进 行了广泛的交流,这无疑使他扩展了科学视野。法拉第应《哲学杂志》之约,自1821年夏天开始操写 题为《电磁学的历史概要》的述评,于是他认真研究了奥斯特、安培等人的工作,阅读了大量文献 他正是从这时开始了寻求电磁感应的智力思考和实验探索。这不正是“对以往知识的熟知和对新鲜