对电磁流量计、磁流体发电机的教学总结

对电磁流量计、磁流体发电机的教学总结

王元清

王元清山东省胶州市实验中学266300

电磁感应现象中关于导体切割磁感线一类问题，是法拉第电磁感应定律应用的基本类型，如直导体棒运动切割、电磁流量计、磁流体发电，这三类问题在处理时往往方法不统一，极易造成混乱。

现就这三类问题归纳如下，以求引导、启发学生善于总结规律，构建出合理一致的物理模型。

一、关于导体和绝缘体

在有关电磁学的资料中，一般以物体的电导率大小来大体区分导体和绝缘体。从微观上讲，导体和绝缘体的差别仅仅在于载流子的数量多寡和它们定向移动的速率大小，导体和绝缘体之间没有载然的界线。导体可以是固体、液体、气体，一定要避免只有金属才是导体的现象出现在学生的思维中。

二、导体切割磁感线产生感应电动势

根据法拉第电磁感应定律的数学式E＝，棒切割磁感线产生的电动势E=BlV，是指由于电路的部分导体运动切割磁感线而产生的动生电动势，非静电力是洛伦兹力。故而无论是金属棒、液体、等离子体各形态的导体做切割磁感线运动，都可以用E=BlV来处理。

固体切割示例1：如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出，设运动的整个过程中棒的取向不变，且不计空气阻力，则金属棒在运动中产生的感应电动势大小将（）。

A.越来越大B.越来越小C.保持不变D.无法确定

解析：答案：C。

金属棒抛出后做平抛运动竖直方向速度增加，方向与B一致，不切割磁感线水平方向作匀速直线，垂直切割磁感线金属棒在运动中产生的感应电动势大小由垂直切割速度决定，大小为E=BLV，方向a→b。

液体切割示例2：如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其每边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为B。现测得液体a、b两点间的电势差为U，求管内导电流体的流量Q。

解析：答案：。

把管内的液体视为垂直切割磁感线的导体块，有效切割长度d，导体的横截面积为图示的底面积。

由法拉第电磁感应定律：E=Bdv，因为E=U，

所以解得导电液体的流速为ν＝，

导电液体的流量为Q=vd2＝。

气体切割示例3：如图所示为实验用磁流体发电机原理图，两板间距d=20cm，磁场的磁感应强度B=5T，若接入额定功率P=100W的灯，正好正常发光，且灯泡正常发光时电阻R=100Ω，不计发电机内阻，求：

（1）等离子体的流速是多大？

（2）若等离子体均为一价离子，每秒钟有多少个什么性质的离子打在下极板上？

解析：把二板间的等离子体视为一完整的气体块做切割磁感线，处理方法与金属棒相同。

（1）设灯正常发光电压为U，由ρ=得U=PR=100ν。

设等离子体的流速为v，根据E=Bdv，

由E=U，所以ν＝＝＝100/s。

（2）由左手定则判得打在下极板上为正离子，每秒钟打在下极板上正离子电量，等于每秒流过灯泡的电量

I=＝＝1A，q=It=1c，

离子个数n＝＝＝3.13×1018个正离子。

三、教学小结

导体做切割磁感线运动时，抓住导体的“动”，其电动势大小E=BLV，电源内阻r=ρ，结合闭合电路的欧姆定律可解决有关电路的计算。建议在综合复习时，可在此避开洛伦兹力和电场力的平衡分析，使问题更清晰、易掌握，同时可对霍尔效应进行对比辨析。