探究高中物理电磁感应的应用

张舒怡

摘要：电磁感应是一种自然界普遍存在的物理现象，也是高中物理电学版块的重点内容，相对于其他电学物理现象，电磁感应的发现时间较晚。电磁感应的发现与运用是物理学上一种里程碑式的跨越，人们熟悉电与磁的转换关系后广泛运用于工业生产与日常生活中，影响与改变了人们的生活方式。电磁感应作为高中物理知识的重点难点，经常作为考点检验高中生的物理水平，文章基于高中生的视角，对高中物理电磁感应在生活中的应用作一个探究。

关键词：高中物理；物理电路；电路分析；日常生活

电磁感应在十九世纪初被法拉第发现，他得出了著名的结论——闭合电路的磁通量发生了变化之后，感应电流将会在闭合电路中产生，换句话说，通过人为地改变闭合电路中磁场的某些物理参数，就能够获得源源不断的电流。电磁感应现象的发现为人们带来了福音，人们从此能够获得廉价而取之不尽用之不竭的电能，将工业生产与科技创新上升到了一个新的高度。

一、高中物理电磁感应的应用原理

探究高中物理电磁感应的应用，首先要对电磁感应的运用原理有一个清晰明确的认知，电磁感应的应用原理相对于力学，光学和热学都较为复杂，而且相关原理较为抽象复杂，高中生必须对电磁感应有自己的心得感悟才能够联系实际，结合现象发现研究电磁感应的应用。尽管电磁感应知识与概念阐述都相对复杂，但涉及的应用原理非常有限，对高中物理电磁感应的应用原理总结为以下三个方面：

1.电磁感应依据能量守恒定律的原理

电磁感应中闭合电路产生了感应电流，属于电能的产生，但电能并不是凭空出现的，只有在符合闭合电路磁通量发生变化的情况下才会产生电流，而闭合电路磁通量的变化需要人为地用部分导体切割磁场方向，因此需要消耗导体的动能，所以本质上是供给导体运动做功的能源转化为电能。没有提供让导体做功的能源就无法切割磁场，也就无法产生感应电动势，从而产生感应电流，电能不会凭空产生，也不会凭空消失，只是由一种能量转化而来，或是转换为另一种能量，能量守恒定律是电磁感应最基本的应用原理。

2.依靠闭合电路才能产生电流的原理

电磁感应的前提是存在闭合电路，切闭合电路的部分导体做功切割磁感线，于是闭合回路中产生了感应电流。事实上感应电流并非直接产生，而是在导体做功的过程中产生了感应电动势，感应电动势在完整的回路中充當了电源的角色，电流在电动势最低处出发沿着导线流动直到电动势的最高处，只有在这种情况下电流才能持续存在。假设没有闭合回路，导体在切割磁感线的过程中产生电动势，而电动势没有办法保存下来，会以空气中的分子摩擦最后消失在空气中，只有建立闭合电路的情况下，才能够应用高中物理电磁感应现象。

3.与感应电流的大小相关的物理参数

闭合电路感应电流的大小与欧姆定律有关，在导体切割磁场时，感应电动势作为电路中的电压存在，而电磁感应中的总电流为感应电动势除以闭合电路的总电阻。物理学中无法直观地判断感应电流的大小，需要通过计算感应电动势的大小求解感应电流大小，感应电动势与导体有效长度（指导体与磁感应方向垂直的有效长度），导体运动速度还有磁场强度有关，只有在这个原理的基础上，人们才能够利用电磁感应产生并控制的满足日常生活所需的一定范围内的电压。

二、高中物理电磁感应在生活中的应用

电磁感应现象在工业生产中有着较为广泛的运用，也影响着人们的生活方式，为人们的生活带来许多的便利，电磁感应的应用是物理学科广泛性与适用性的一种体现。电磁感应最大的意义在于使人们能够人为地获得廉价且几近无限的电能，人们利用这些电能获得巨大的便利，高中物理电磁感应在生活中的应用案例很多，无法一一列举，以下阐述说明四点：

1.发电机应用电磁感应发电

生活中人人都离不开电能的使用，而我们生活中使用的电能来自于电厂的发电机，发动机利用电磁感应原理，使用定子固定发电机，然后用水力或是火力等提供动能让转子转动不断切割磁场线从而产生电动势，在电厂与各家庭用户连接的电路中产生持续供给的电流，人们利用电能让用电器工作，为自己的生活带来便捷。尽管不同发电机让转子转动提供的能源不相同，然而它们都应用了电磁感应的原理，让导体不停切割磁感线产生电动势，紧接着闭合回路中产生了源源不断的电流。

2.变压器与交流电应用电磁感应改变电动势与电流方向

生活中常见的电能属于交流电，交流电属于电流方向不断改变的电流类型，这种电流的产生同样依据电磁感应定律，通过不停地改变切割磁场线的方向使得电流方向改变，从而获得交流电，交流电的优点在于相对于直流电，它更加容易获得，而且频率快。变压器也应用了电磁感应定律，生活中的电压并非恒定电压，而是在安全范围内持续波动的电压，通过改变磁通量的大小来改变电动势的大小，使得电流大小改变，在遇到一些紧急情况时可以减少电压的大小来减少用电器承受电压。

3.厨房灶具应用电磁感应加热

传统人们给食物加热的方式是消耗天然气生火加热食物，加热方式属于热传递，这种加热的方式能量转化效率低，还容易造成安全隐患，因此现在家庭生活中人们不提倡这种加热食物的方式。电磁炉是最新的加热工具，依据电磁感应原理不断改变磁通量的方向从而改变电流方向，电流以漩涡状的方式给食物快速加热，这种加热方式安全环保无毒害，并且能量的转化效率极高。

4.变压器应用电磁感应改变电压大小

在工业生产中电厂的发电机产生巨额的电压，如果直接过继到家庭电路网络中将产生毁灭性的后果，人们用变压器降低电压或是提高电压，得到理想的电压再过继给家庭电路网络，这样能够保持家庭用电器的稳定工作，也能够防止家庭用电器的损坏。

综上所述，电磁感应现象的发现为人们的工业生产提供了重要的理论依据，极大提高了生产力水平，这些工业生产中的成果也为人们的日常生活带来了巨大的便利。电磁感应的应用建立在了解电磁感应的原理之上，因此高中生在探究生活现象时，要对物理原理有清晰明确的概念，才能够结合实际得到深刻正确的生活认知。

参考文献：

[1]郭建.电磁感应的综合应用[J].高中生学习（高二版）.2014年5月

[2]牛宇昂.电磁感应现象在生活中的应用[J].中华少年.2017年1月

（作者单位：四川成都实验外国语学校 610031）endprint