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——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——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 1和K 2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t1～t2的某一值不变A 、①②B 、②④C 、①④D 、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。

3、下表为一双桶洗衣机铭牌上所标电动机的工作参数．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RU I 求出的电流强度与电动机中的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 试问，能否用2U W Pt t R==求解吗?为什么?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）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路的电阻。

如图所示，r 表示线路总电阻，L 为一个功率为P 1的普通灯泡，V 为交流电压表，R 是一个功率为P 2的大功率电热器()12P P >>。

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 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 ＝(U 1－U 2)U 2/P 2一、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、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331522200.5102200.81060600.0333W pt UIt U I t U I t --===+=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=干干干洗洗洗度确的是 （ ）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OK 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ε，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 R R ε='+知，流过电流表的电流减少，油量表的示数减少。

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（）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三、磁的应用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：。

模型二：导电流体相当于一长方体电阻：电阻为。

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。

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，形成了一个电流恒定的闭合电路：。

联立各式，可得。

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相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导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 =neI ，其中n 代表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，A ¹板出现多余的正电荷，所以A 板电势低于A ¹板电势，应填“低于”。

（2）电子所受洛仑兹力的大小为evB f（3）横向电场可认为是匀强电场，电场强度hU E =，电子所受电场力的大小为 hU eeE F == （4）电子受到横向静电力与洛伦兹力的作用，由两力平衡有 e ＝evB 可得Ｕ＝h v B通过导体的电流强度微观表达式为 n e v d hI = 由题目给出的霍尔效应公式 dIB K U =，有 d nevdhB K hvB =得neK 1= 点评：①该题是带电粒子在复合场中的运动，但原先只有磁场，电场是在通电后自行形成的，在分析其他问题时，要注意这类情况的出现。

②联系宏观量I 和微观量的电流表达式 nevdh I = 是一个很有用的公式。