电磁感应现象的应用(二)——磁带录音机的原理
磁带录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机构等部分组成。图 4-38 是录音机的录、放原理示意图。
■ 图 4—38
录音时,声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流——音频电流。音频电流经放大电路放大后,进入录音磁头的线圈中,在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场。磁带紧贴着磁头缝隙移动,磁带上的磁粉层被磁化,在磁带上就记录下声音的磁信号。
放音是录音的逆过程。放音时,磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过,磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流,感应电流的变化跟记录下的磁信号相同,所以线圈中产生的是音频电流。这个电流经放大电路放大后,送到扬声器,扬声器把音频电流还原成声音。
在录音机里,录、放两种功能是合用一个磁头完成的,录音时磁头与话筒相连;放音时磁头与扬声器相连。
本章小结
这一章讲了关于电磁感应现象产生的条件和它的两个基本定律:法拉第电磁感应定律,楞次定律。前者确定了感应电动势的大小,后者确定了感应电流的方向,也就是感应电动势的方向。还介绍了重要的、特殊的电磁感应现象——自感。
-
关于产生感应电流的条件,有如下论断:不论用什么方法,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流,这里提的是“不论用什么方法”。请列举出你所想到的各种不同的方法。你能不能找到例外,即:穿过闭合电路的磁通量发生变化,但闭合电路中却没有感应电流。试试看。
-
法拉第电磁感应定律的内容是:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。这里说的是“变化率”,而不是“变化量”。“变化率”和“变化量”有什么区别和联系?回忆一下,速度的变化量指的是什么?速度的变化率又是指的什么?
∆φ
(3)课文中由一般公式■ = ∆t 推导出导体切割磁感线这种特殊情
形的公式■ = Blv。请你自己独立推导一下。
-
楞次定律的内容是:感应电流具有这样的方向,就是感应电流的磁场总要阻.碍.引起感应电流的磁通量的变化。请你对“阻.碍.⋯⋯变.化.”的含义给予具体的解释,并举例说明。
-
用楞次定律来判断感应电流的方向,应当按照怎样的步骤进行?结合实例具体总结一下。
-
电磁感应现象的规律是否跟能量守恒定律相一致?设想在图 4-3
的实验中,感应电流不是阻碍而是推动磁铁相对于螺线管的运动,那会出现什么情况?为什么这个设想的情况不会发生?
-
什么是自感现象?线圈的自感系数跟哪些因素有关系?在实际中,自感现象对我们有什么利和弊?举出几个应用自感现象和防止它的弊端的实例。
*(8)简述日光灯的原理。
*(9)什么是涡流?为什么发电机、电动机和变压器的铁芯要用许多相互绝缘的薄硅钢片叠合起来制成?
(10)你从法拉第发现电磁感应现象中受到什么启迪?为什么说这一发现是划时代的?多找些材料看看,和老师、同学一起议论一下。
■
习题A 组
- 在图 4-39 中,条形磁铁以某一速度 v
向螺线管靠近,下面哪种说法是正确的?
- 螺线管中不产生感应电流。 B.螺线管中产生感应电流,方向如图中所示。
C.螺线管中产生感应电流,方向与图中所示的相反。
■ 图 4—39
- 弹簧上端固定,下端悬挂一根磁铁。将磁铁抬到某一高度后放开,
磁铁能上下振动较长时间才停下来。如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈,使磁铁上下振动时穿过它(图 4-40),磁铁就会很快地停下来。解释这个现象,并说明此现象中能量转化的情况。
这种现象叫做电磁阻尼,在实际中有很多应用。课文中讲的使电学测量仪表的指针很快地停下来,就是电磁阻尼的应用。电磁阻尼还常用于电气机车的电磁制动器中。
■
- 如图 4-41
所示,把一个闭合线圈放在蹄形磁体的两磁极之间,蹄形磁体和闭合线圈都可以绕 OO’轴转动。当转动蹄形磁体时,线圈也跟着转动起来。解释这个现象。
这种现象叫做电磁驱动,在实际中也有很多应用。下一章要介绍的感应电动机就是利用这个道理驱动的。家庭中用的电能表,汽车上用的电磁式速度表,也利用这种电磁驱动。
- 如图 4-42 所示,在匀强磁场中有一个线圈。
-
当线圈分别以 P1 和 P2
为轴按逆时针方向转动时(如图中箭头所示),感应电流的方向各是什么?
-
当转速恒定时,上述两种情况下感应电流的大小有什么关系?
-
转速恒定时,感应电动势的大小跟线圈面积有何关系?
-
设磁感强度 B 为 1.5 特,AB 为 10 厘米,BC 为 4
厘米,转速为每秒120/2π转,分别求出以 P1 和 P2 为转轴时感应电动势的最大值。
-
如图 4-43 所示,在平行的金属导轨上放有两根可以自由滑动的导体 ab 和
cd,它们放在匀强磁场中,磁场方向如图所示。当导体 ab 向右运动时,导体 cd 将向哪个方向运动?如果不要求判定导体 cd 中感应电流的方向,你能不能直接运用楞次定律判定导体 cd 的运动方向?如果磁场变成相反的方向,导体 cd 将向哪个方向运动?
-
如图 4-44 所示,电阻 Rab=0.1 欧的导体 ab
沿光滑导线框向右做匀速运动,线框中接有电阻 R=0.4 欧。线框放在磁感应强度 B=0.1 特的匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面。导体 ab 的长度 l=0.4 米,运动的速度 v=5.O 米/秒。线框的电阻不计。
a.电路 abcd 中相当于电源的部分是 ; 相当于电源的正极。b.电源的电动势即产生的感应电动势■= 伏,电路 abcd 中的电流
I= 安。
c.导体 ab 所受安培力的大小 F= 牛,方向是 ;使导体 ab 向右匀速运动所需的外力 F’= _牛。
d.外力做功的功率 P’=F'v= 瓦 。 e.电源的功率即感应电流的功率 P=■I= 瓦 。 f.电源内部消耗的功率 P1= _瓦,电阻 R 上消耗的功率 P2= _
瓦。
这道题实际上讲的是发电机的工作原理。请你从能量的角度分析一下,能量是怎样转化的,转化中是否守恒。
- 有一边长为 L=0.1 米的正方形导线框 abcd,质量 m=10 克,由高度H=0.2
米处自由下落(图 4-45)。其下边 ab 进入匀强磁场区域后,线圈开始做匀速运动,直到其上边 cd 刚刚开始穿出匀强磁场为止。此匀强磁场区域宽度也是 L.求线框在穿越匀强磁场过程中发出的焦耳热。g 取 10 米/秒 2。
B 组
-
宇航员飞到某一个不熟悉的行星上,他们想用一只灵敏电流表和一个线圈来探测一下行星周围是否有磁场,应当怎样办?
-
如图 4-46 所示,固定在匀强磁场中的正方形导线框 abcd 边长为l,其中ab
边是电阻为 R 的均匀电阻丝,其余三边是电阻可忽略的铜导线。匀强磁场的磁感应强度为 B,方向垂直于纸面向里。现有一段长短、粗细、材料均与 ab 边相同的电阻丝 PQ 架在线框上,并以恒定速度 v 从 ad
边滑向bc边。PQ在滑动过程中与导线框的接触良好。当PQ l
3
离,通过 aP 段电阻丝的电流是多大?
-
图 4-47 是生产中常用的一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈 A 和
B。线圈 A 跟电源连接,线圈 B 的两端接在一起,构成一个闭合电路。在拉开开关 S 的时候,弹簧 K 并不能立即将衔铁 D 拉起,从而使触头 C(连接工作电路)立即离开,过一段短时间后触头 C 才能离开;延时继电器就是这样得名的。试说明这种继电器的原理。
-
图 4-48
是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频交流电时,待焊接的金属工件中就产生感应电流。由于焊缝处的接触电阻很大,放出的焦耳热很多,致使温度升得很高,将金属熔化,焊接在一起。我国生产的自行车车架就是用这种办法焊接的。
试定性地说明:为什么交流电的频率越高,焊缝处放出的热量越大。(5)图 4-49 是电磁流量计的示意图。在非磁性材料做成的圆管道外加
一匀强磁场区域,当管中的导电液体流过此磁场区域时,测出管壁上的 ab 两点间的电动势■,就可以知道管中液体的流量 Q—单位时间内流过液体的体积(米 3/秒)。已知管的直径为 D,磁感强度为 B,试推出 Q 与■的关系表达式。
因为电磁流量计是一根管道,内部没有任何阻碍流体流动的结构,所以可以用来测量高粘度及强腐蚀性流体的流量。它具有测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套等优点。
(6)图 4-50 中的 A 是一个边长为 l 的方形导线框,其电阻为 R.现维持线框以恒定速度 v 沿 x 轴运动,并穿过图中所示的匀强磁场区域 B.如果以 x 轴的正方向作为力的正方向,线框在图示位置的时刻作为时间的零点,则磁场对线框的作用力F 随时间变化的图线应为图4-51 中的哪个图?