关于电磁屏蔽的应用

第一篇：关于电磁屏蔽的应用

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

第二篇：《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。

第三篇：《电磁继电器的应用》课例评价报告

在这堂课中，我看到了运用教师运用电学模拟实验室让学生独立进行电磁继电器的模拟实验，我觉得这是这堂课教学的亮点，在课堂教学中教师首先让学生复习先前学过的电磁继电器的原理，为电磁继电器的应用做了第一个铺垫，然后再利用电学模拟实验室软件模拟练习电磁继电器的电路连接，让学生进一步熟悉了电磁继电器电路的连接。然后教师提出了本节课的学习任务，运用电磁继电器为银行的保险箱设计一个自动报警器，并提出了具体的要求。然后让学生在电学模拟实验室尝试自动报警器的电路设计，在学生遇到困难之后，教师有用媒体出示了水位报警器的原理图，让学生分组讨论自动报警器的电路设计，并继续自动报警器电路的设计。接着教师根据学生讨论和尝试的情况，归纳出了一个最佳的设计方案，并让学生进行实地电路连接实验，在大部分学生连接电路实验遇到困难后，教师对学生集体进行了指导，然后又对个别学生小组的实验进行了相应的指导。让已经完成实验的同学查阅本节课的拓展内容。在试验完成后，教师让学生回顾总结本科所学的知识，在实验的基础上学生对电磁继电器的应用又有了更进一步的认识。

一、在教学设计方面：

1、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，能够清楚地说明课题学习所需的资源(人力、信息资源、工具等)的支持，以及学习环境条件。

2、其显著特点是：从教学过程的设计中体现了“以教师为主导、学生为主体”的主体教育教学思想，符合新课改和新课标及实施素质教育的基本要求。

二、在教学实施方面：

1、教学准备充分、特别是媒体和课件准备符合课程基本要求。

2、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。教学目标能与学段学习目标基本一致，体现三维目标。

3、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。

三、在教学资源使用方面：

1、选择网络教室上课，每人一台电脑，确保每位学生都有动脑思考和动手操作的机会，让每位学生都能利用教师准备的多媒体课件进行模拟实验，体现了教育的公平思想。

2、选择有多媒体投影的网络电脑室，有利于教师演示模拟实验的操作指导，均衡和放大了教师的指导，也有利于学生汇报自己的模拟实验过程与同学们分享，顺利实现了“自主、合作、探究”学习的教学形式和要求。

3、坚持了以现代媒体为主要背景，将课程结构的各个要素渗透到信息技术环境中，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。

4、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。

四、本案例需要改进的地方：

最后一个环节“课后反思，课外拓展”要求学生“回去思考”，实际上流于形式，没有实施意义，效果不理想。建议教师利用最后3分钟时间，演示一个继电器应用的有趣例子，进一步激发学生的思考和实验的兴趣。

第四篇：15电磁在非牛顿流体中的应用

15电磁流量计在非牛顿流体流量测量中的应用

流量计确定一次装置精确度的方法是建立在参考流动条件基础上的。但是，不同工作原理的流量计对参考流动条件的敏感程度是不同的，有的甚至相差甚远。参考流动条件中所规定的具有充分发展的层流或紊流的速度分布和牛顿流体与我们要讨论的问题相关。

“由牛顿流体所形成的速度分布是所有流量计(编注：本文主要指速度式流量计和标准节流装置等)的基本参比状况，各种修正都是根据这个速度分布进行的。为确定非牛顿流体对流量计的影响，需要在实验室进行专门的测试。由于非牛顿流体的种类繁多，目前这方面已公布的数据甚少。”在许多应用的场合下，有许多非牛顿流体处于层流状态，其速度分布与牛顿流体不同，它们偏离了牛顿流体层流速度分布的情况，其速度分布是难于预报的，但已知其分布是对称的，而达到这种速度分布所需的直管段长度通常仅为牛顿流体所需长度的1/3到1/2。[10] 封闭管道中使用的电磁流量计是通过测量流体的面平均流速进而算出流量的速度式流量计，但它与其它速度式流量计不同的是，电磁流量计具有可以测量非牛顿流体，并且无须进行雷诺数、压力、温度、黏度和密度修正的显著特点，这与其输出信号的特性有关。

在日本1979年出版的《流量测量手册》[11] 一书中说：“电磁流量计检测电极所产生的感应电动势与平均流速成正比，因此，无论管路内的流动为层流也好，或因雷诺数的变化而变为紊流也好，只要流速分布与管轴对称，一般也会感应出与平均流速成正比的电动势，但

1 是，必须注意一般在弯管和阀门的前后的流动，由于流速分布变乱，不会出现上述情况。”当时的电磁流量计虽然可以做到从层流到紊流的测量，无须进行雷诺数修正，但要求流速分布必须是与管轴对称的。

在美国1983年出版的《流量测量工程手册》[10]一书中也有类似的表述：“至今，几乎还没有在层流状态下非牛顿流体流量测量的资料。除了用文丘利管测量泥浆和污水的流量或不需要进行雷诺数校正的场合，在许多情况下是采用电磁流量计，这主要是由于它的输出基本上是反映速度分布的平均值。”也就是说，电磁流量计可以测量层流状态下的非牛顿流体。

随着电子技术和计算机技术的快速发展，加速了电磁流量计技术的发展。20世纪90年代以后，励磁方式的不断改进代表着电磁流量计技术的不断进步。与早期的工频励磁相比，低频矩形波励磁，双频励磁，可编程控制励磁等新的励磁方式的电磁流量计，提高了传感器输出流量信号的信噪比，降低并稳定了仪表的零点。转换器应用先进的集成运算放大器大幅度降低了器件的噪声。采用数字的处理方法，较模拟电路的转换器能使电磁流量计的测量精确度大幅度提高。感应信号的权重函数理论的研究，一定程度地改善了管道内流速分布非轴对称性对流量准确测量的影响。因此，现代的电磁流量计才有可能达到±0.5%,甚至±0.2%的测量精确度，而且适用范围更宽。[13] 非牛顿流体的种类繁多，目前，我们比较熟悉的有据可查的常用电磁流量计测量的非牛顿流体有纸浆、矿浆、水煤浆、钻井用泥浆等[10](P166)，我们习惯上称其为浆液，而把适用于测量浆液流量的

2 电磁流量计称为浆液型电磁流量计。这里需要说明的是，电磁流量计在这些行业并非全部用于浆液流量的测量，但测量浆液流量占有重要地位。下面我们将分别讨论电磁流量计在造纸、氧化铝和甲醇行业的应用。

15.1电磁流量计在造纸行业的应用

造纸行业已成为继汽车、电子之后的第三大支柱产业。据悉，在从国外引进的成套造纸设备中，对液体流量的测量大多采用了电磁流量计。国内的大中型造纸企业也已逐步完成了用电磁流量计替代传统的差压式流量计的更新过程，并积累了一定的实用经验，且不断对仪表提出新的使用要求。造纸行业对电磁流量计的需用量相当大，以年产量为35万吨的造纸厂为例，其电磁流量计的使用量可达到400台左右。另外，作为国策，严格环保法治势在必行，造纸企业全面污水处理也需要一定数量的电磁流量计。以下是具体使用情况。

图15.1是造纸生产流程图。

图15.1

4 1).备料制浆车间工艺流程

备料制浆过程需用电磁流量计大约在50～60台。口径根据工艺管道而定。

该车间的任务是把各种不同的原料分别制成浆料。电磁流量计在制浆过程中主要是测量水、碱、酸和打磨浆的流量。经过机械打或磨的浆料的温度一般可达80℃。备料制浆过程根据所用材料可分为如下两类：

(1).用木材或草料(如稻草、芦苇、麦秸等)制浆: 制奖前要先将木草料进行蒸煮。蒸煮液由水和碱[氢氧化钙Ca(OH)2或氢氧化钠NaOH]配制而成，呈碱性。所以，这里对碱和蒸煮后的打磨浆进行流量测量的电磁流量计应选用分体型结构;衬里多选用耐高温和腐蚀的聚四氟乙烯[PTFE(F4)]或其它氟塑料(资料显示，造纸行业使用的电磁流量计，85%以上选用的是F4衬里，效果满意);电极应选用耐腐蚀性强的哈氏合金C(Hc)或钛(Ti)等，切记不可选用钽电极，因为钽在碱中不耐腐蚀 。测量酸性浆液要求不高时，电极材料可选耐酸钢316SS。

(2).用废纸制浆: 将废纸打成浆后要进行洗涤漂白处理。当电磁流量计用于打浆后的加水流量测量时，大多用稍加处理的附近的江河水，虽水质较差，但无腐蚀性，可采用常规的橡胶衬里和不锈钢电极(如316SS)。而用于脱墨剂流量测量时，由于常用的脱墨剂有氢氧化钠(NaOH)、硅酸钠(Na2SIO3)、过氧化钠(Na2O2)或过氧化氢(即双氧水)(H2O2)，

5 比较复杂，所以对电磁流量计衬里和电极材料的选用要慎重。衬里一 般都可选用F4或PFA;电极可参考以下文献：《电磁流量计》[14]一书中推荐，测量过氧化钠时，选用Hc较合理;上海横河电机有限公司2004年4月《电磁流量计选型设计资料》介绍，测量硅酸钠(100%) 时，选用钽较合理;测量过氧化氢(50%)时，选用钽或钛较适合;测量氢氧化钠时选用Hc。由于介质种类繁多，其腐蚀性又受温度、浓度、流速等复杂因素影响而变化，故以上对衬里和电极的选择仅供参考。用户应根据实际情况自己做出选择，必要时应做拟选材料的耐腐试验。

2).筛选漂白车间(即抄纸车间)工艺流程

筛选(即抄纸)和洗涤(即漂白)这两个工段是造纸厂使用电磁流量计最多的，本例可达250台左右。在浆液配比过程中的适用口径一般为DN50～DN15 该工艺流程可分为两部分: (1).配浆过程: 电磁流量计用于测量从各备料制浆车间流入抄纸车间各浆池和从各浆池流入配浆池的每个流量测量点的浆料的流量。此例共有以下五种浆料参与配浆过程：

A.化浆—由传统“化浆生产线”生产的纸浆; B.脱墨浆—由废纸脱墨工艺生产的纸浆; C.CTMP浆—用化学热磨法生产的纸浆; D.机浆—

6 E.损液奖—

这里，CTMP浆和机浆的温度高达50-80℃，衬里材料可选用F4或 PFA。

各生产厂家为得到不同质量的纸张，在浆液配比过程中采用不同的浆液配比浓度，但往往由于一种浆料的细微超差而导致成品不合格,从而造成经济损失。所以各生产厂对这一环节都非常重视，在每一根参加配比的管道中都装有电磁流量计测量流入配浆总管的瞬时和总量流量，同时还在配浆管的下端装有在线浓度计，以检测配浆效果。若一旦发现预定的浓度有偏差，就立即调节阀门的开度以调整相应的浆料流量。这里不仅要求电磁流量计精确度高，同时要求具有良好的重复性和动态响应性能。

(2).筛选过程: 在配浆后的筛选(习惯称抄纸)过程中，纸浆浓度常影响流量测量。经验表明，当浓度大于3%的纸浆用低频方波励磁频率(如25Hz)或双频励磁，可以改善测量输出的抖动现象。以DN300的电磁流量计测量浓度大于3.5%的瓦楞板纸为例,用常规的1/32工频(约为1.56Hz,1工频为50Hz)时，瞬时流量显示的抖动量高达10.7%;当选用频率可调的电磁流量计时,将其励磁频率改为1/2工频(即25Hz)时,跳动量减少到1.9%，效果相当明显。目前的“双频励磁方式是日本横河电机公司研究开发的一种高、低频矩形波调制波的励磁方式。所采用的励磁频率为：低频是6.25Hz，它有助于提高零点的稳定性;高频是75Hz，高频励磁大幅度降低了浆液对电极产生的极化电压(测

7 量固、液双相的浆液流体时，固体擦过电极表面所产生的浆液噪声，即一种直流极化电压)，减弱了测量输出的抖动，提高了测量的响应速度。因此，双频励磁既有稳定的零点和高精度的测量的优点，又有很强的抗“浆液噪声”能力，反应速度快等优点，是低频矩形波励磁和高频励磁的结合。”

“双频励磁传感器存在一个低频系数和一个高频系数两个仪表系数，因此，转换器调整时，求得两个系数相对于一个仪表系数要麻烦一些。”“从上面的叙述可以看到，励磁方式的研究对于电磁流量计的应用与发展显得非常重要。随着技术的进步，也许不久的将来还会有更先进、更完美的励磁方式出现。”[ ] 在抄纸工序，由于配浆、抄纸过程中需要对冷却水、明矾和化石粉等添加剂，须作流量控制监测，因此，是造纸厂中使用电磁流量计数量最多的，本例用量约达200台左右。

为保证纸张的白度均匀细致，要添加不同的添加剂、分散剂和漂白剂。这些添液的流量小，腐蚀性强，所以衬里基本上都选用F4或PFA。由于造纸厂常用氧化性强的双氧水作漂白剂，而双氧水对金属材料的腐蚀性特别强，出于防腐考虑，往往选用铂铱合金(Pt)为电极材料，但实用情况表明，当过程压力小于0.3MPa(3公斤)时，Pt电极会同双痒水发生反应，而在电极表面形成一层气雾，称之为触媒反应。这时输出信号会产生很大波动。但选用钽(Ta)电极就没有上述问题。如果换用NaOH(碱)做漂白剂，就不能选用钽电极，因为碱液会使钽电极产生表面效应。实验数据表明，即使钽电极在测量一

8 般的水时，其零点的波动也要超过其它电极数十倍。

小口径电磁流量计安装时要特别注意同心度。本例中采用小口径DN10的电磁流量计测量上述添加剂，均能获得较理想的效果。在国外的造纸生产线上，这些场合也有部分选用科里奥利质量流量计的。

总之，电磁流量计在造纸行业的液体流量测量中占主导地位，衬里普遍选用F4，电极则根据液体性质而定。绝大多数的使用问题出现在初期的选型和安装不当。如电极或衬里材料选择失误;流体不满管;直管段长度不足;安装时传感器与管道(特别是小管道)的不同心度或密封垫圈进入流场等。这些问题常常是电磁流量计未能正常运行的主要因素。

15.2电磁流量计在氧化铝行业的应用

氧化铝的用途很广，如牙膏、医药、陶瓷、各种铝合金铝型材等。我国是产铝大国，具有大规模的氧化铝生产企业和基地。目前，氧化铝行业已成为国民经济生产总植(GTP)中发展最快的行业之一。但随着我国工业和城乡建设的快速发展，国产氧化铝仍供不应求，目前，国内需求量的30%需要进口，这给国内氧化铝生产行业的发展留下了相当大的空间。近年来，我国新建的氧化铝生产企业和扩建的氧化铝生产线如雨后春笋。现知，仅山东的新建企业就有滨州的魏桥铝电，设计生产能力为1000万吨/年(分五期完成)，现已完成

一、二期共400万吨/年的产能;聊城的信发华宇已建成240万/吨的产能，又在广西建了一个新厂;龙口南山集团。改扩建项目如：中国铝业中州分公司投资12.92亿元的30万吨/年选矿拜尔法高新技术产业化示

9 范工程、山东分公司的60万吨/年拜尔法改扩建工程。又如，中铝河南分公司总投资十亿元，采用国际先进的“选矿拜而法生产氧化铝新工艺”项目等。

氧化铝行业不但是一个高耗能、高污染、高产出的行业，而且流程长，工序多。因此，在配料监控、节能降耗、治污减排、回收循环利用等各个环节，都需要使用大量的流量计。其中，电磁流量计约占其中的50%左右。下面讨论电磁流量计在氧化铝行业的应用，特别是在浆液流量测量方面的选型和使用。

目前，氧化铝的生产方法有三种：拜尔法、烧结法和混联法。其中，混联法是前两种方法的混联。所以，这里仅介绍电磁流量计在拜尔法和烧结法中的应用。

1).拜尔法

第五篇：点评信息技术与课程整合课例《电磁继电器的应用》(中学物理)

信息技术与课程整合，不是把信息技术仅仅作为辅助教或辅助学的工具，而是强调要利用信息技术来营造一种信息化教学环境，该环境能够支持真实的情景创设、启发思考、信息获取、资源共享、多重交互、自主探究、合作学习等多方面要求的教学方式与学习方式——也就是实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的新型教与学方式，这样就可以把学生的主动性、积极性、创造性较充分地发挥出来，使传统的以教师为中心的课堂教学结构发生根本性变革，从而使学生的创新精神与实践能力培养的目标真正落到实处。

《电磁继电器的应用》课例中，老师的教学设计能够清楚地说明课题学习所需的资源(人力、信息资源、工具等)的支持，以及学习环境条件。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，体现了学科教学的先进思想。教学目标能与与学段学习目标基本一致，体现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标。教学策略内容和形式丰富丰富、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。

一、电磁继电器评析：老师合理运用了信息技术来支持学生的有效学习，取得了良好的教学效果。在这节课上，信息技术创设了适当的学习环境也提供了丰富的学习资源,信息技术已经成为学生学习的有效工具,有效促进了学习方式的转变，培养了学生的信息素养，提高了学生利用信息技术解决问题的能力，大大提高了学习的效益。如：教学开始阶段利用录像，使同学们看到自动化生产线和高电压危险环境中使用了许多的电磁继电器，体现了教学内容呈现方式的转变，拉近了教学内容与生产生活实际的联系。教学之中利用课件展示、实物展示、图片展示等做法，又使学生们迅速理解了继电器的构造和工作原理。尤其让学生利用仿真物理实验室开展简单的电路设计，使同学们能在虚拟的环境下，在人机交互中应用继电器进行设计，不仅达到及时修正使用错误和强化正确设计的目的，而且大大提高了学生的信息素养。

这节课中，仿真物理实验室这一工具软件的支持是实现学生自主设计探究的关键，大大提高了学生学习的层次和效益，解决了传统教学无法解决的问题。

重新选择教学材料并确定了教学内容，使得《电磁继电器》的教学体现出一种生气，更加富有“时代感”。

在这节课上，信息化手段成为一种必不可缺的教学条件，没用这种条件是很难达到现有教学效果的。