Transcript 例題2
5.1 磁場產生的電流 頑皮的球 感生電動勢和電流 感生電動勢和感生電流的方向 進度評估 1 磁通量和磁通量密度 進度評估 2 P.1 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 頑皮的球 預備兩個大小和質量相若的 球，球 A 嵌有金屬，球 B 嵌有磁鐵。 讓兩球在鋁管內自由下墜。 球 A 很快便通過鋁管，但 出乎意料，球 B 要花較長 時間才能通過。 錄像片段 5.1 頑皮的球 P.2 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 1 感生電動勢和電流 a 導體感應磁場變動 1831 年，科學家發現改變磁場時可以產生 電流。 這個現象稱為電磁感應。 實驗 5a 導體和磁鐵的相對運動 P.3 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 a 導體感應磁場變動 如果導線（或線圈）與磁鐵 之間有相對運動，導線的兩 端便會出現電壓，稱為感生 電動勢。 如果磁鐵和線圈相對靜止， 就不會出現感生電動勢。 P.6 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 a 導體感應磁場變動 所謂相對運動，可以是向對方靠近， 亦可以是遠離對方。 令導體感受到磁場的變化 這個變化產生感生電動勢 驅動感生電流環繞電路流動 P.7 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 1 感生電動勢和電流 b 導體切割磁力線 實驗 5b 在恆定磁場中移動導體 P.8 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 b 導體切割磁力線 導線切割磁力線時，會產 生感生電動勢。 如果導線靜止或移動方向 與磁力線平行，便不會切 割磁力線。 不會產生感生電動勢 P.11 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 1 感生電動勢和電流 c 法拉第電磁感應定律 當 (a) 導體位於一個不斷變化的磁場內， 或 (b) 導體切割磁力線， 便會產生感生電動勢。 感生電動勢的量值可用以下方法增強： • 加快移動導線／線圈或磁鐵 • 改用更強的磁鐵 • 增加磁鐵之間的線圈匝數／導線長度 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 P.12 c 法拉第電磁感應定律 法拉第電磁感應定律︰ 導體中感生電壓的大小，與導體 切割磁力線的快慢，或磁場變動 的快慢成正比。 P.13 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 2 感生電動勢和感生電流的方向 a 楞次定律 把磁鐵的北極推向 線圈時，感生電流 使線圈變成電磁鐵。 感生電流的方向使線圈向着磁鐵的一端成為 北極。 線圈排斥磁鐵，阻礙磁鐵的運動。 P.14 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 a 楞次定律 磁鐵移離線圈時，感生 電流使線圈向着磁鐵的 一端成為南極。線圈吸引 磁鐵，阻礙磁鐵離開線圈。 在上述情況下，磁鐵的運動都受阻力影響。 阻力做了功 動能轉換為電能 這個能量轉化遵從能量守恆定律 P.15 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 a 楞次定律 楞次定律指出： 感生電動勢傾向於抗衡產生它的變化。 如果有感生電流流動，則會對這個變化 造成實質的阻礙。 感生電壓隨着磁場改變率而增加。如果是閉合 電路，磁場改變率增加，感生電流也會增加。 磁場改變愈快 阻礙愈大 模擬程式 5.1 楞次定律 P.16 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 2 感生電動勢和感生電流的方向 b 弗林明右手定則 導線切割磁場的磁 力線時產生感生電 流，電流的方向可 用弗林明右手定則 推斷出來。 例題 1 利用楞次定律和弗林明右手定則 P.17 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 b 弗林明右手定則 例題 2 線圈的感生電流 P.20 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 b 弗林明右手定則 實驗 5c 利用數據記錄器研究線圈內的感生電動勢 P.25 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 b 弗林明右手定則 例題 3 磁鐵穿過線圈下墜 P.27 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 進度評估 1 – Q1 下列哪種情況，在線圈內 不會產生感生電流？ A 磁鐵移離線圈 B 線圈移離磁鐵 C 磁鐵和線圈一起以同一速率向右移動 D 以上皆不是 P.31 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 進度評估 1 – Q2 一個 1100 匝的線圈連接到 檢流計，附近並沒有磁鐵。 不過，轉動線圈時，檢計流 卻錄得電流，為甚麼？ 地球有微弱的穩定磁場作用於線圈，當線圈轉動， 就會感生出電流。 P.32 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 進度評估 1 – Q3 如果電流經檢流計由 B 流向 A，檢流 計的指針會向 A 偏轉。磁鐵下落時， 檢流計的指針會怎樣偏轉？ 根據楞次定律，感生電流在線圈內流動以 _______ 抗衡 磁鐵移動。因此 ____ D 點會變成線圈的北極。 根據螺線管的右手握拳定則，電流會由 ____ A 點經 檢流計流至 ____ B 點，所以檢流計的指針會向 ____ B (A /B ) 偏轉。 P.33 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 3 磁通量和磁通量密度 a 磁通量 法拉第︰「『連接』（穿過）導體的磁力線 數量改變，或導體『切割』磁力線時，這導 體便會出現感生電動勢。」 磁通量 量度通過某個面積的磁力線數量。 P.34 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 a 磁通量 考慮一個一匝的線圈， 它的面積是 A（以 m2 為單位）磁場 B 垂直 通過線圈。 通過線圈的磁通量 ︰ = BA ..............(1) 的單位︰韋伯 (Wb) P.35 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 a 磁通量 如果磁場 B 並不垂直於 線圈，便只有垂直於線圈 的分量 (B cos ) 才會 影響磁通量。 = (B cos )A = BA cos 如果把一匝線圈改為 N 匝線圈，通過線圈的 總磁通量便是磁通匝鏈數，量值等於 N 。 磁通匝鏈數 = N P.36 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 3 磁通量和磁通量密度 b 磁通量密度 重組方程 (1)，得出 B = A 磁場 B 可定義為每單位面積的磁通量。 磁通量密度 單位︰韋伯每平方米 (Wb m–2)，或 忒斯拉 (T) 例題 4 計算通量及通匝鏈數 P.37 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 3 磁通量和磁通量密度 c 以數學形式表達法拉第定律和楞次定律 以磁通量表示法拉第定律︰ 導體內的感生電動勢 () 相等於磁通 量的變化率，或切割磁通量的率。 即︰ = t P.39 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 c 以數學形式表達法拉第定律和楞次定律 事實上，為顧及楞次定律的影響，在法拉第定 律中加入了負號，以顯示由感生電動勢引致的 電流會抗衡磁通量的轉變。 =– t 對於N 匝的線圈， = –N 例題 5 t =– 切割通量的率 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 (N ) t P.40 進度評估 2 – Q1 （題 1 至 4）在強度為 5 T的磁場內，平滑金屬 軌道上有一支導電棒。 經過迴路 PQRS 的磁通量 有多少？ = BA = 5 0.07 0.13 = 4.55 10–2 Wb P.43 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 進度評估 2 – Q2 導電棒在 0.5 秒內以恆 速率由 PQ 移到 XY。 棒上的感生電動勢量值 是多少？ 感生電動勢的量值 BA 5 0.13 0.08 = 0.104 V = = = t t 0.5 P.44 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 進度評估 2 – Q3 在圖中以箭號表示感生電流的方向。 P.45 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 進度評估 2 – Q4 X 和 Y，哪一端的電勢較高？ X P.46 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 3 磁通量和磁通量密度 d 應用法拉第定律解決難題 例題 6 計算感生電動勢 P.47 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 d 應用法拉第定律解決難題 例題 7 飛機機翼間的感生電動勢 P.50 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 d 應用法拉第定律解決難題 例題 8 移動線圈的感生電動勢 P.56 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流 完 P.63 第 4 冊 單元 5.1 磁場產生的電流