电磁屏蔽应用范文

第一篇：电磁屏蔽应用范文

电磁兼容设计及其应用

摘要：以实际工程中常遇到的电磁兼容问题为背景，简要地介绍了有关电磁干扰及有关抗干扰措施方面的内容。通过对接地方法、屏蔽思想和滤波手段的详细论述和独到见解，提出了系统电磁兼容的设计思想以及解决方法，并对实际工作中常见的干扰、滤波及接地等电磁兼容现象给出相应分析与解决建议。

关键词：电磁兼容;抗干扰措施;滤波手段;屏蔽;接地方法

0 引言

电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事以至人民生活各个方面。在当今信息社会，随着电子技术、计算机技术的发展，一个系统中采用的电气及电子设备数量大大增加，而且电子设备的频带日益加宽，功率逐渐增大，灵敏度提高，联接各种设备的电缆网络也越来越复杂，因此，电磁兼容问题日显重要。

1 基本概念和术语 1.1 电磁兼容性定义

所谓电磁兼容性(EMC)是指电子线路、系统相互不影响，在电磁方面相互兼容的状态。IEEE C63.12-1987规定的电磁兼容性是指“一种器件、设备或系统的性能，它可以使其在自身环境下正常工作并且同时不会对此环境中任何其他设备产生强烈电磁干扰”。 1.2 电磁干扰三要素

一个系统或系统内某一线路受电磁干扰程度可以表示为如下关系式：

式中：G为噪声源强度;C为噪声通过某种途径传到受干扰处的耦合因素;I为受干扰设备的敏感程度。

G，C，I这三者构成电磁干扰三要素。电磁干扰抑制技术就是围绕这三要素所采取的各种措施，归纳起来就是：抑制电磁干扰源。切断电磁干扰耦合途径;降低电磁敏感装置的敏感性。

1.3 地线的阻抗与地环流 1.3.1 地线的阻抗

电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗，而阻抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗，这个阻抗主要是由导线的电感引起的。如果将10 Hz时的阻抗近似认为是直流电阻，当频率达到10 MHz时，它的阻抗是直流电阻的1 000～100 000倍。因此对于射频电流，当电流流过地线时，电压降是很大的。为了减小交流阻抗，一个有效的办法是多根导线并联，以减少和地线之间的电感。当两根导线并联时，其总电感L为：

1.3.2 地环流

由于地线阻抗的存在，当电流流过地线时，就会在地线上产生电压。这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的，因此成为地环路干扰，如图1所示。

式中：L1是单根导线的电感;M是两根导线之间的互感。

1.4 公共阻抗干扰 1.4.1 公共阻抗耦合定义

当两个电路共用一段地线时，由于地线的阻抗，一个电路的地电位会受另一个电路工作电流的影响。这样一个电路中的信号会耦合到另一个电路，这种耦合称为公共阻抗耦合，如图2所示。

1.4.2 消除公共阻抗耦合措施

消除公共阻抗耦合的途径有两个，一个是减小公共地线部分的阻抗，另一个方法是通过适当的接地方式避免容易相互干扰的电路共用地线，一般要避免强电电路和弱电电路共用地线，数字电路和模拟电路共用地线。

2 电磁干扰的抑制方法

电磁干扰的抑制方法很多，基本方法有三种，即接地、屏蔽和滤波。每种方法在电路与系统的设计中各有独特作用，但在使用上又是相互关联。如良好的接地可降低设备对屏蔽和滤波的要求，而良好的屏蔽也能降低对滤波的要求。 2.1 接地

接地从表面上看是十分简单的事情，实际上是最难的技术。造成这种情况的原因是对于接地没有一个很系统的理论或模型，因此接地设计在很大程度上依赖设计师的直觉，依赖他对“接地”这个概念的理解程度和经验。 2.1.1 接地的分类

根据使用功能的不同，可以把接地分成如下几种形式：

(1)安全接地：使用交流电的设备必须通过黄绿色安全地线接地，否则当设备内的电源与机壳之间的绝缘电阻变小时，会因为漏电而导致电击伤害。

(2)雷电接地：设施的雷电保护系统是一个独立系统，由避雷针、下导体和与接地系统相连的接头组成。该接地系统通常与安全接地接在一起。雷电放电接地仅对设施而言，设备没有这个要求。

(3)电磁兼容接地：出于电磁兼容设计而要求的接地，包括：

屏蔽接地 为了防止由电路之间的寄生电容产生的相互干扰，必须进行隔离和屏蔽，用于隔离和屏蔽的金属必须接地。

滤波器接地 滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容，当滤波器不接地时，这些电容就处于悬浮状态，起不到旁路的作用。

噪声和干扰抑制 对内部噪声和外部干扰的控制，应将设备或系统上的某些点与地相连，从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道。

电路参考 电路之间信号要正确传输，必须有一个公共电位参考点，这个公共电位参考点就是地。因此所有互相连接的电路必须接地。

一般在设计要求时仅明确安全和雷电防护接地的要求，其他均隐含在用户对系统或设备的电磁兼容要求中。 2.1.2 设备的信号接地

设备的信号接地，是以设备中某一点或一块金属薄板来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。

实际应用中有几种基本的信号接地方式，即浮地、单点接地、多点接地和混合接地。

(1)浮地

采用浮地的目的是将设备与公共接地系统，或可能引起环流的公共导线隔离开。 浮地的最大优点是抗干扰性能好。缺点是由于设备不与公共地相连，容易在两者间造成静电积累，当电荷积累到一定程度后，在设备地与公共地之间的电位差可能引起剧烈的静电放电，而成为破坏性很强的干扰源。一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积聚的电荷。实现设备的浮地可采用变压器隔离或光电隔离。

(2)单点接地

单点接地是指在一个电路或设备中只有一个物理点被定义为接地参考点，凡需要接地的点都被接至这一点，如图3所示。对一个系统，如采用单点接地，则系统中的每个设备都有自己的单点接地点，然后各设备的“地”再与系统中惟一指定的参考接地点相连。

单点接地的缺点是当系统工作频率很高时，以致信号的波长可与接地线长度相比拟时(如达到1/4波长)，接地线就不能作为一根普通连接线考虑，它会呈现某种电抗效应，使接地效果不理想，此时可以采用多点接地的方法。

(3)多点接地

多点接地指设备中凡需要接地的点都直接接到距它最近的接地平面上，以便使接地线最短，如图4所示。这里说的接地平面可以是设备的底板、专用接地母线，甚至是设备的机架。

多点接地的优点是简单，凡需要接地的点都可以就近接地，由于接地电感的减小，使地线上的高频噪声大为减少。所以多点接地在高频下使用效果更佳。

单点接地与多点接地的分界常以流通信号波长λ的0.05倍为界，凡单点接地线长度达到0.05λ以上时，就应当用多点接地。 2.1.3 设备的接大地

(1)设备的接大地

实际应用中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还要将设备的信号地、机壳与大地连在一起，并以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的有三个：

①设备的安全接地，保证了操作人员的安全;

②释放机箱上所积聚的电荷，避免因电荷积聚使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定;

③避免设备在外界电磁环境的干扰下造成设备对大地的电位发生变化，引起设备工作的不稳定。

如能将接地与屏蔽、滤波等技术配合使用，对提高设备的电磁兼容性可起到事半功倍的作用。

(2)接大地的方法与接地电阻

判断接大地有效性的重要指标是接地电阻。接地电阻除与接地电极的制作方式有关外，也和大地自身的性质有关。

正确的接大地方法是用直径1～2 cm的铜棒(长2～4 m)打入地下，深度在2 m以上。一根铜棒的接地电阻在25 Ω左右，这对一些小功率电气设备已经够用。若要达到更小的接地电阻，可增加铜棒附近地域的盐分和水分，还可将几根铜棒互连成网。一般接地电阻以10 Ω为设计目标。 2.2 屏蔽

用金属材料将设备内部产生噪声的区域封闭起来的方法称为屏蔽。屏蔽能有效抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个：一是限制设备内部的辐射电磁能越出某一区域;二是防止外部的辐射电磁能进入设备内部。

按屏蔽所起的作用可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。 2.2.1 电场屏蔽

电场屏蔽就是用导体将噪声源(或被屏蔽物体)包围起来，然后接地，以达到屏蔽的目的。由于导体表面的反射损耗很大，很薄的材料(铝箔、铜箔)也有很好的屏蔽效果。另外，机箱上即使有缝隙，也不会产生太大的影响。 2.2.2 磁场屏蔽

磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽，其屏蔽效果比电场的屏蔽要困难得多。

磁场屏蔽的主要原理是利用屏蔽体的高导磁率、低磁阻特性对磁通所起的磁分路作用，使屏蔽体内部的磁场大大削弱。当要屏蔽外部强磁场时，要求外层屏蔽体选用不易磁饱和的材料，如硅钢等;内层则用容易达到饱和的高导磁材料。反之，屏蔽体的材料使用次序也需颠倒过来。两层屏蔽体在安装时要注意彼此间的磁路绝缘。若屏蔽体无接地要求，可用绝缘材料作支撑;如要求接地，可用非铁磁材料的金属作支撑。 2.2.3 电磁场屏蔽

电磁场屏蔽的目的是要阻止电磁场在空间传播。

电磁场屏蔽可采用如下方法：

反射 金属表面对电磁波的反射作用。

吸收 电磁波在进入屏蔽体内部时，会被屏蔽体金属所吸收。

反射和吸收 电磁波透过金属到达屏蔽体另一表层时，在金属与空气交界面上会再次形成反射，重返屏蔽体内部，结果在屏蔽体内部形成多次反射和吸收现象(当然最终还会有少量电磁波透过屏蔽体而进入被保护空间)。

因此，电磁屏蔽是基于金属材料对电磁波的反射和吸收两个作用来完成的。 2.3 滤波

针对不同的干扰，应采取不同的抑制方法和器件，下面对不同的抑制器件分别作简要叙述。

2.3.1 专用供电线路

只要通过对供电线路进行简单处理就可以获得一定的干扰抑制效果。例如在三相供电系统中把一相作为干扰敏感设备的供电电源;把另一相作为外部设备的供电电源;再把第三相作为常用测试仪器或其他辅助设备的供电电源。这样可减少设备之间的相互干扰，同时也有利于三相平衡。在现代电子系统中，由于配电线路中非线性负载的使用，造成线路中谐波电流的存在，而谐波分量在中线里不能相互抵消，而是叠加，因此尽量采用较粗的中线，以减小线路阻抗，降低干扰。 2.3.2 瞬变干扰抑制器件

瞬变干扰抑制器件包括气体放电管、金属氧化物压敏电阻、硅瞬变吸收二极管和固体放电管等多种。其中金属氧化物压敏电阻和硅瞬变吸收二极管的工作原理与普通的稳压管类似，是箝位型的干扰吸收器件;而气体放电管和固体放电管是能量转移型干扰吸收器件。

3 结语

本文是在电磁兼容理论学习的基础和实际工程应用中积累的一些经验，是工程实践中的经验总结，所提出的一些观点，难免有一些不完善之处，恳请各位同行批评指正。

第二篇：电磁感应定律的应用教案.

电磁感应定律应用

【学习目标】

1.了解感生电动势和动生电动势的概念及不同。 2.了解感生电动势和动生电动势产生的原因。

3.能用动生电动势和感生电动势的公式进行分析和计算。

【要点梳理】

知识点

一、感生电动势和动生电动势

由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是磁场不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作动生电动势，另外一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。

1.感应电场

19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出，变化的磁场会在周围空间激发一种电场，我们把这种电场叫做感应电场。

静止的电荷激发的电场叫静电场，静电场的电场线是由正电荷发出，到负电荷终止，电场线不闭合，而感应电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的，如图所示，如果空间存在闭合导体，导体中的自由电荷就会在电场力的作用下定向移动，而产生感应电流，或者说导体中产生感应电动势。

要点诠释：感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感应电场的方向也可以由楞次定律来判断。感应电流的方向与感应电场的方向相同。

2.感生电动势

(1)产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，即产生了感应电动势。

(2)定义：由感生电场产生的感应电动势成为感生电动势。 (3)感生电场方向判断：右手螺旋定则。

3、感生电动势的产生

由感应电场使导体产生的电动势叫做感生电动势，感生电动势在电路中的作用就是充当电源，其电路是内电路，当它和外电路连接后就会对外电路供电。

变化的磁场在闭合导体所在的空间产生电场，导体内自由电荷在电场力作用下产生感应电流，或者说产生感应电动势。其中感应电场就相当于电源内部所谓的非静电力，对电荷产生作用。例如磁场变化时产生的感应电动势为EnSBcos . t

知识点

二、洛伦兹力与动生电动势

导体切割磁感线时会产生感应电动势，该电动势产生的机理是什么呢?导体切割磁感线产生的感应电动势与哪些因素有关?他是如何将其他形式的能转化为电能的?

1、动生电动势

(1)产生：导体切割磁感线运动产生动生电动势 (2)大小：EBLv(B的方向与v的方向垂直) (3)动生电动势大小的推导：

ab棒处于匀强磁场中，磁感应强度为B，垂直纸面向里，棒沿光滑导轨以速度v匀速向右滑动，已知导轨宽度为L，经过时间t由M运动导N，如图所示，

由法拉第电磁感应定律可得：

EФBSBLvtBLv. ttt故动生电动势大小为 EBLv.

2、动生电动势原因分析

导体在磁场中切割磁感线时，产生动生电动势，它是由于导体中的自由电子受到洛伦兹力的作用而引起的。

如图甲所示，一条直导线CD在匀强磁场B中以速度v向右运动，并且导线CD与B、v的方向垂直，由于导体中的自由电子随导体一起以速度v运动，因此每个电子受到的洛伦兹力为：

F洛Bev

F洛的方向竖直向下，在力F洛的作用下，自由电子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷，导体上端出现过剩的正电荷，结果使导体上端D的电势高于下端C的电势，出现由D指向C的静电场，此电场对电子的静电力F′的方向向上，与洛伦兹力F洛方向相反，随着导体两端正负电荷的积累，电场不断增强，当作用在自由电子上的静电力与电子受到的洛伦兹力相平衡时，DC两端产生一个稳定的电势差。如果用另外的导线把CD两端连接起来，由于D段的电势比C段的电势高，自由电子在静电力的作用下将在导线框中沿顺时针流动，形成逆时针方向的电流，如图乙所示。

电荷的流动使CD两端积累的电荷不断减少，洛伦兹力又不断使自由电子从D端运动到C端从而在CD两端维持一个稳定的电动势。

可见运动的导体CD就是一个电源，D端是电源的正极，C端是电源的负极，自由电子受洛伦兹力的用，从D端搬运到C端，也可以看做是正电荷受洛伦兹力作用从C端搬运

到D端，这里洛伦兹力就相当于电源中的非静电力，根据电动势的定义，电动势等于单位正电荷从负极通过电源内部移动到电源的正极非静电力所做的功，作用在单位电荷上的洛伦兹力为：

FF洛/eBv.

于是动生电动势就是：

EFLBLv.

上式与法拉第电磁感应定律得到的结果一致。

知识点

三、动生电动势和感生电动势具有相对性

动生电动势和感生电动势的划分，在某些情况下只有相对意义，如本章开始的实验中，将条形磁铁插入线圈中，如果在相对于磁铁静止的参考系观察，磁铁不动，空间各点的磁场也没有发生变化，而线圈在运动，线圈中的电动势是动生的;但是，如果在相对于线圈静止的参考系内观察，则看到磁铁在运动，引起空间磁场发生变化，因而，线圈中的电动势是感生的，在这种情况下，究竟把电动势看作动生的还是感生的，决定于观察者所在的参考系，然而，并不是在任何情况下都能通过转换参考系把一种电动势归结为另一种电动势，不管是哪一种电动势，法拉第电磁感应定律、楞次定律都成立。

知识点

四、应用——电子感应加速器

即使没有导体存在，变化的磁场以在空间激发涡旋状的感应电场，电子感应器就是应用了这个原理，电子加速器是加速电子的装置，他的主要部分如图所示，画斜线的部分为电磁铁两极，在其间隙安放一个环形真空室，电磁铁用频率为每秒数十周的强大交流电流来励磁，使两极间的磁感应强度B往返变化，从而在环形真空室内感应出很强的感应涡旋电场，用电子枪将电子注入唤醒真空室，他们在涡旋电场的作用下被加速，同时在磁场里受到洛伦兹力的作用，沿圆规道运动。

如何使电子维持在恒定半径为R的圆规道上加速，这对磁场沿径向分布有一定的要求，设电子轨道出的磁场为B，电子做圆周运动时所受的向心力为洛伦兹力，因此：

eBvmv2/R mvReB

也就是说，只要电子动量随磁感应强度成正比例增加，就可以维持电子在一定的轨道上 3

运动。

【典型例题】

类型

一、感生电动势的运算

例1.有一面积为S=100 cm2的金属环，电阻为R=0.1 Ω，环中磁场变化规律如图乙所示，且磁场方向垂直环面向里，在t1到t2时间内，环中感应电流的方向如何?通过金属环的电荷量为多少?

【答案】逆时针方向 0.01 C 【解析】(1)由楞次定律，可以判断金属环中感应电流方向为逆时针方向. (2)由图可知：磁感应强度的变化率为

BB2B

1 ① tt2t1金属环中磁通量的变化率

BB1ФBS2S

② ttt2t1环中形成的感应电流

IEФ/tФ

③ RRRt通过金属环的电荷量

QIt

④ 由①②③④解得

(B2B1)S(0.20.1)102QC0.01C. R0.1

举一反三:

【变式】在下图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是(

)

【答案】C

例2.在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是( )

A.沿AB方向磁场在迅速减弱 B. 沿AB方向磁场在迅速增强 C. 沿AB方向磁场在迅速减弱 D. 沿AB方向磁场在迅速增强

【答案】AC

【解析】根据电磁感应，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律来判断，根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，使因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律来判断，四指环绕方向即感应电场的方向，由此可知AC正确。

【总结升华】已知感应电场方向求原磁通量的变化情况的基本思路是：

→右手螺旋定则 →楞次定感应电场的方向 感应磁场的方向 磁通量的变化情况

←右手螺旋定则 ←楞次定

举一反三:

【变式1】如图所示，一个带正电的粒子在垂直于匀强磁场的平面内做圆周运动，当磁感应强度均匀增大时，此粒子的动能将(

)

A.不变

B.增加

C.减少

D.以上情况都可能

【答案】B

【高清课堂：电磁感应定律应用 例1】

【变式2】下列各种实验现象，解释正确的是( )

【答案】ABC

-22例3.一个面积S410m、匝数n=100匝的线圈放在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图4-5-6所示，则下列判断正确的是(

)

A.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量变化率等于0.08 Wb/s B.在开始的2 s内穿过线圈的磁通量的变化量等于零 C.在开始的2 s内线圈中产生的感应电动势等于8 V D.在第3 s末线圈中的感应电动势等于零

【答案】AC 【解析】磁通量的变化率

ФBS， tt其中磁感应强度的变化率以

BB=2 T/s，所即为Bt图象的斜率.由图知前2 s的ttФ=2410-2Wb/s=0.08 Wb/s， tA选项正确.

在开始的2 s内磁感应强度B由2 T减到0，又从0向相反方向的B增加到2 T，所以这2 s内的磁通量的变化量

ФB1SB2S2BS224102Wb0.16Wb，

B选项错. 在开始的2 s内

EnФ1000.08V8V， t4 s内的电动势， C选项正确.第3 s末的感应电动势等于2 s～ 6

EnФBnS10024102V8V. ttD选项错.

【总结升华】正确计算磁通量的变化量Ф，是解题的关键。

举一反三:

【变式1】闭合电路中产生的感应电动势大小，跟穿过这一闭合电路的下列哪个物理量成正比(

) A.磁通量

B.磁感应强度

C.磁通量的变化率

D.磁通量的变化量

【答案】C

【高清课堂：电磁感应定律应用 例2】

【变式2】水平桌面上放一闭合铝环，在铝环轴线上方有一条形磁铁，当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速靠近铝环时，下列判断正确的是( )

A.铝环有收缩的趋势，对桌面的压力增大 B.铝环有扩张的趋势，对桌面的压力增大 C.铝环有收缩的趋势，对桌面的压力减小 D.铝环有扩张的趋势，对桌面的压力减小

【答案】A

【高清课堂：电磁感应定律应用 例3】

【变式3】带正电的小球在水平桌面上的圆轨道内运动，从上方俯视，沿逆时针方向如图。空间内存在竖直向下的匀强磁场，不计一切摩擦，当磁场均匀增强时，小球的动能将( )

A.逐渐增大

B.逐渐减小

C.不变

D.无法判定

【答案】A

类型

二、动生电动势的运算

例4.如图所示，三角形金属导轨EOF上放有一金属杆AB，在外力作用下，使AB保持与OF垂直，以速度v匀速从O点开始右移，设导轨与金属棒均为粗细相同的同种金属制成，则下列判断正确的是(

)

A.电路中的感应电流大小不变 B.电路中的感应电动势大小不变 C.电路中的感应电动势逐渐增大 D.电路中的感应电流逐渐减小

【答案】AC 【解析】导体棒从O开始到如图所示位置所经历时间设为t，

EOF=，

则导体棒切割磁感线的有效长度

L=OBtan， 故

E=BLv=Bvvttan=Bv2tant，

即电路中电动势与时间成正比，C选项正确; 电路中电流强度

EBv2tant. IRL/S而L等于△OAB的周长，

LOBABOAvtvt·tan+所以

vt1=vt(1+tan)， coscosIBvtanS11tancos恒量.

所以A正确.

【总结升华】导体棒切割磁感线的有效长度在变化，同时导轨与金属棒的长度也在变化。

例5.如图所示，bacd为静止于水平面上宽度为L，而长度足够长的U型金属滑轨，ac边接有电阻R，其他部分电阻不计.ef为一可在滑轨平面上滑动，质量为m的均匀导体棒.整个滑轨面处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B，忽略所有摩擦.

(1)若用恒力F沿水平方向向右拉棒，使其平动，求导体棒的最大速度.

(2)若导体棒从开始运动到获得最大速度发生的位移为s，求这一过程中电阻R上产生的热量Q.

FRmF2R2【答案】(1)22 (2)Fs- 44BL2BL【解析】(1)方法1：导体棒受到恒力F后的运动情况，可用如下式子表示：

FF安F/mBLvE/RBILF→v↑→E↑→I↑→F安↑→F合↓合→a↓

当a=0时，速度达到最大值，即

FBILB解得 BLvL， RvFR. B2L2方法2：从能量角度看，当棒稳定时P，即 外=P电E2B2L2v2Fv=，

RR解得

vFR. B2L2

(2)导体棒受到恒力F后的能量转化情况如下：

系统匀速运动后的动能F做功克服安培力做功电流做功

―→电能――→内能被转化的动能―根据能量转化与守恒定律得：

Fs解得 12mvQ， 2mF2R2QFs. 2B4L4 【总结升华】用能量角度来思维，会使问题简化;用能量转化与守恒定律来解题是学习高中物理应该具备的能力之一。

例6.如图所示，小灯泡规格为“2 V,4 W”，接在光滑水平导轨上，导轨间距为0.1 m，电阻不计.金属棒ab垂直搁在导轨上，电阻为1 Ω，整个装置处于B=1 T的匀强磁场中.求：

(1)为使灯泡正常发光，ab的滑行速度为多大? (2)拉动金属棒ab的外力的功率有多大?

【答案】(1)40 m/s (2)8 W

【解析】当金属棒在导轨上滑行时，切割磁感线产生感应电动势，相当于回路的电源，为小灯泡提供电压.金属棒在光滑的导轨上滑行过程中，外力克服安培力做功，能量守恒，所以外力的功率与电路上产生的电功率相等.

(1)灯泡的额定电流和电阻分别为

I=P=2 A， UU2R=1 Ω.

PEBlv， RrRr设金属棒的滑行速度为v，则

I感=式中r为棒的电阻. 由

I感=I， 即

Blv=I. R+r得

v=I(R+r)2(1+1)=m/s=40 m/s. Bl10.1(2)根据能量转换，外力的机械功率等于整个电路中的电功率，即

22P) W=8 W. 机=P电=I(Rr)2(1+

1【总结升华】用好“灯泡正常发光”、“光滑水平导轨”这些条件是这类题的思路基础。

类型

三、动生电动势和感生电动势的区别与联系

例7.如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为导轨的端点P、Q用电阻可以忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20 m.有r0=0.10 Ω，随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt，比例系数k=0.020 T/s.

一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直.在t=0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t=6.0 s时金属杆所受的安培力.

-3【答案】1.4410N

【解析】以a表示金属杆运动的加速度，在t时刻，金属杆与初始位置的距离

L12at. 2此时杆的速度

v=at，

这时，杆与导轨构成的回路的面积

S=Ll，

回路中的感应电动势

ESB+Blv. t因B=kt故

Bk. t回路的总电阻

R=2Lr0 回路中的感应电流

IE. R作用于杆的安培力

F=BlI 解得

3k2l2Ft，

2r0代入数据为

F=1.4410-3N.

【总结升华】在导体棒向左运动过程中，产生的是动生电动势还是感生电动势?两种电动势是相加还是相减?这是求解电流时应注意的问题。

例8.如图所示，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是(

)

A.因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势 B.动生电动势的产生与洛伦兹力有关 C.动生电动势的产生与电场力有关

D.动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的

【答案】AB 【解析】

如图所示，当导体向右运动时，其内部的自由电子因受向下的洛伦兹力作用向下运动，于是在棒的B端出现负电荷，而在棒的A端出现正电荷，所以A端电势比B端高.棒AB就相当于一个电源，正极在A端.

【总结升华】正确判断洛伦磁力的方向，认清电源部分。 类型

三、图像问题

例9.如图所示，一个边长为l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场;一个边长也为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直;虚线框对角线ab与导线框的一条边垂直，ba的延长线平分导线框.在t=0时，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿ab方向移动，直到整个导线框离开磁场区域.以i表示导线框中感应电流的强度，取逆时针方向为正.下列表示i—t关系的图示中，可能正确的是(

)

【答案】C 【解析】从正方形线框下边开始进入到下边完全进入过程中，线框切割磁感线的有效长度逐渐增大，所以感应电流也逐渐增大，A项错误.从正方形线框下边完全进入至下边刚穿出磁场边界时，切割磁感线有效长度不变，故感应电流不变，B项错.当正方形线框下边离开磁场，上边未进入磁场的过程比正方形线框上边进入磁场过程中，磁通量减少的稍慢，故这两个过程中感应电动势不相等，感应电流也不相等，D项错，故正确选项为C. 【总结升华】进入过程中哪一部分相当于电源?应该怎样进行分析研究?怎样利用线框的边长和磁场宽度的关系?是本题的关键思路。

举一反三:

【高清课堂：电磁感应定律应用 例8】

【变式】如图所示的电路可以用来“研究电磁感应现象”。干电池、开关、线圈A、滑动变阻器串联成一个电路，电流计、线圈B串联成另一个电路。线圈A、B套在同一个闭合铁芯上，且它们的匝数足够多。从开关闭合时开始计时，流经电流计的电流大小i随时间t变化的图象是( )

【答案】B

例10.如图所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计。两质量、长度均相同的导体棒c、d，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处。磁场宽为3h，方向与导轨平面垂直。先由静止释放c，c刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放d，两导体棒与导轨始终保持良好接触。

用ac表示c的加速度，Ekd表示d的动能，xc、xd分别表示c、d相对释放点的位移。下图中正确的是( )

【答案】B D

【解析】c导体棒落入磁场之前做自由落体运动，加速度恒为g，有

h12gt， 2vgt，

c棒进入磁场以速度v做匀速直线运动时，d棒开始做自由落体运动，与c棒做自由落体运动的过程相同，此时c棒在磁场中做匀速直线运动的路程为

h′vtgt22h，

d棒进入磁场而c还没有传出磁场的过程，无电磁感应，两导体棒仅受到重力作用，加速度均为g，知道c棒穿出磁场，B正确。

c棒穿出磁场，d棒切割磁感线产生电动势，在回路中产生感应电流，因此时d棒速度大于c进入磁场是切割磁感线的速度，故电动势、电流、安培力都大于c刚进入磁场时的大小，d棒减速，直到穿出磁场仅受重力，做匀加速运动，结合匀变速直线运动

2v2v02gh，

可知加速过程动能与路程成正比，D正确。

【总结升华】在分析电磁感应中的图象问题时，解决问题时可从看坐标轴表示什么物理量;看具体的图线，它反映了物理量的状态或变化，要看图象在坐标轴上的截距，它反映的是一个物理量为零时另一物理量的状态等等。在分析这类问题时除了运用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律外还要注意相关集合规律的运用。

举一反三:

【高清课堂：电磁感应定律应用 例9】

【变式】如图(甲)所示，一闭合金属圆环处在垂直圆环平面的匀强磁场中。若磁感强度B随时间t按如图(乙)所示的规律变化，设图中磁感强度垂直纸面向里为正方向，环中感生电流沿顺时针方向为正方向。则环中电流随时间变化的图象可能是下图中的 ( )

【答案】C

第三篇：《电磁继电器的应用》评价

对课例《电磁继电器的应用》的评价和想法

值得探讨的地方：

1、我认为本节课如果用和生活更为贴近生活的商场等公共场所的自动旋转门为例更好，学生有亲身生活体验，银行的报警离每个人的现实生活远了一些。

2、本节课学习及动手实验内容是学生比较感兴的课，是否再设置一节实验课，将一些本课中无法完成的实验或时间太紧的实验放到实验课中去完成。

3、我认为这节课的重点应该是利用电磁继电器制作出报警电路，解决实际问题。

4、学生动手制作的时间相对较少(可能根本没有)，对培养学生动手技能没有达到目标，减弱了学生实践能力的培养;学生之间的交流、合作、对实验的评估不充分。当只让一组同学展示后，应该让其他组的同学说一说自己的设计，以及在实验中遇到了哪些问题，你是如何解决的。

值得借鉴的地方：

1、教师对教学概述阐述的非常全面和具体，对学习者特征的分析到位，并能从新课标的角度以三维形式阐述本节课的目标。

2、在教学过程中，教师能够根据不同的教学内容，采用不同的教学策略，在复习知识，引入新课环节采用了先行组织者策略，设计实验时采用了情境教学策略，在确立方案，动手制作环节采用了合作探究的学习策略等。

3、教师能在设当时机充分控制运用媒体的设疑、演示、讲解等功能。

第四篇：课例3《电磁继电器的应用》点评

《电磁继电器的应用》课例中，老师的教学设计项目齐全符合常规要求，叙述简洁明了，目标明确，思路清楚。总体上体现了教师主导——学生主体的教学思想，尊重学生差异，符合新课标及实施素质教育的基本要求。教学各环节目标明确、重点突出、教师指导语简练、流程递进层次清楚符合逻辑、情境创设立体有效、教师演示操作和学生汇报操作显示清楚、拓展练习富于思考。选择多媒体投影教室上课，使每一位学生都可以利用教师准备的多媒体课件动手操作和动脑思考，也有利于教师进行模拟演示和指导学生操作，有利于实现“自主、合作、探究”的学习。整个课程的各个环节中都渗透了信息技术要素，让学生通过“电磁继电器的应用”模拟实验，感受准真实的实验情景，从而实现了信息技术与学科课程的整合。

教学策略内容和形式丰富、多样，便于发展学生的多种智能，体现了自主、合作、探究的学习方式。在资源内容方面，能综合考虑各种教学媒体，选择合适的媒体组合，表现形式基本合理，简洁明了。能根据学生的特点、任务的特点，既有预设资源，又有相关资源和泛在资源。在实际教学过程中则能很好地体现教学设计思想，教学目标也能够有效达成。

值得探讨的地方：

1、我认为本节课如果用和生活更为贴近生活的商场等公共场所的自动旋转门为例更好，学生有亲身生活体验，银行的报警离每个人的现实生活远了一些。

2、本节课学习及动手实验内容是学生比较感兴的课，是否再设置一节实验课，将一些本课中无法完成的实验或时间太紧的实验放到实验课中去完成。

3、我认为这节课的重点应该是利用电磁继电器制作出报警电路，解决实际问题。

4、学生动手制作的时间相对较少(可能根本没有)，对培养学生动手技能没有达到目标，减弱了学生实践能力的培养;学生之间的交流、合作、对实验的评估不充分。当只让一组同学展示后，应该让其他组的同学说一说自己的设计，以及在实验中遇到了哪些问题，你是如何解决的。

值得借鉴的地方：

1、教师对教学概述阐述的非常全面和具体，对学习者特征的分析到位，并能从新课标

的角度以三维形式阐述本节课的目标。

2、在教学过程中，教师能够根据不同的教学内容，采用不同的教学策略，在复习知识，引入新课环节采用了先行组织者策略，设计实验时采用了情境教学策略，在确立方案，动手制作环节采用了合作探究的学习策略等。

3、教师能在设当时机充分控制运用媒体的设疑、演示、讲解等功能。

第五篇：电磁继电器在生活中的应用模型

[摘要] 电磁继电器在中学物理教学中是一大难点,但只要掌握了它的原理,很多问题会迎刃而解。同时,还可以解释我们生活中的很多问题。

[关键词] 电磁 继电器 具体应用

电磁继电器是电磁铁的具体应用,是电磁铁的继续和延伸。电磁继电器是电铃、电话、自动控制系统的重要部件,其实质是由电磁铁控制的开关,在电路中起着类似开关的作用。从原理上分为控制电路和工作电路。控制电路由电磁铁、低压电源和开关组成。工作电路由电动机(或电灯等)、高压电源和电磁继电器的触点部分(相当于活动开关)组成。继电器是利用低电压、弱电流的通断来间接控制高电压、强电流电路的装置。它的原理是一定的,但在自动控制系统中,纷繁多变,它与我们生产、生活有紧密而广泛的联系,是属于“物理走向社会”的内容,是物理知识向生活的回归。下面,简要说明电磁继电器在自动控制系统中具体应用。

一、水位自动报警器

图1是一种水位自动报警器的原理图。水位没有达到金属块A时,绿灯亮:水位到达金属块A时,红灯亮。说明它的工作原理。注意:纯净的水不导电,但一般水都能导电。

解析:水位没有到达金属块A时,继电器线圈没有电流通过,它的上面两个触点接触,工作电路中绿灯和电源构成回路,绿灯亮;水位到达金属块A时,继电器线圈有电流通过,产生磁性,吸引衔铁向下,下面两个触点接触,工作电路中红灯与电源构成回路,红灯亮。

二、自动空气开关

如图2是家庭用自动空气开关的原理图,以下说明它的工作原理:

当电路由于短路或者用电器总功率过大等原因导致电流过大时,电磁铁P磁性变强,吸引衔铁Q的力变大,使衔铁转动,闸刀S在弹力作用下自动开启,切断电路,起到保险的作用。

三、锅炉压力报警器

如图3所示,该装置为一监测锅炉内压力大小的报警器。在压力小于某个安全值时,绿灯亮;当压力超过安全值时,红灯亮、电铃响而报警。以下说明其工作原理:当锅炉内压力小于某个安全值时,活塞与

1、2断开,控制电路中没有电流通过,触点3与4接触,绿灯与电源构成回路,绿灯亮;当锅炉内压力大于安全值时,活塞推动金属片,使开关

1、2接通,继电器线圈有电流通过,产生磁性,吸引衔铁触点3和5接触,红灯、电铃与工作电源接通,故红灯亮、电铃响而报警。

四、自动增氧系统

当夏天大气压偏低时,鱼塘需要增氧,以防鱼缺氧而死亡。图4为某同学设计的自动增氧系统,他把实验用的水银气压计进行改装,在气压计顶端密封一根铜导线,气压计左端水银面上方为真空,当气压偏低时,左边水银面下降,右边水银面上升,水银柱两边的铜导线接通,使得电磁继电器的控制电路形成通路,电磁铁将衔铁吸下,工作电路接通,增氧泵自动工作。

此系统实际为电磁继电器的具体应用,分为控制电路和工作电路两部分,控制电路由蓄电池、电磁铁、水银气压计组成。工作电路由增氧泵、低压供电线(电压为220V)和电磁继电器的动、静触点组成,因而控制电路的连接为“+”和

2、1和

3、4和“-”;工作电路中“火线”和

6、5和

7、8和“零线”依次连接。

五、恒温箱

这是某养殖场需要一种温度可调的恒温箱,以下为工作原理:这种恒温箱实际是电磁继电器的又一应用。如图5所示,为其设计制作的恒温箱电路示意图,电热丝是恒温箱的加热元件,图中的水银温度计为导电温度计,上面的金属片A的高度可以调整,下面的金属片B与温度计中水银接触,该温度计的水银泡放置到恒温箱内。

恒温箱的工作原理为:通电后当恒温箱内温度未达到规定温度时,电热丝被连接在电路中,使恒温箱温度升高;当温度计中水银柱上升到金属片指示的温度时,电磁继电器线圈被接通,衔铁被吸下,电热丝断电停止加热。温度降低后线圈电路断开,衔铁被释放,电热丝再次被接入电路,从而保持恒温箱内温度恒定。

六、应用型电磁继电器在考题当中的典型模型

图6是火警自动报警器原理图,发生火警时,将会发生下列变化,其变化顺序是( )

①温度升高使双金属片向下弯曲,从而接通电磁铁电路;②接通触点使报警电路中有电流通过;③电磁铁具有磁性;④衔铁被吸下;⑤红灯亮、电铃响发出警报。

A.①②③④⑤ B.①③④②⑤ C.①②④③⑤ D.①④③②⑤

答案:B