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電磁感應

電磁感應. 一、感應電流. 二、磁通量. 三、感應電動勢. 四、交流發電機. 五、渦電流. 六、變壓器. 七、電磁波. qV×B. 一 ‧ 感應電流： (A) 導線在磁場中運動： 由 F B =_____ 。 一段導線在磁場中垂直於磁場， 因導線運動，其中帶電質點受 磁力而堆積於兩端。直到 __ 力 反抗力與 __ 力平衡為止。 電荷堆積於導線兩端 → 猶如 _____ 。 電位差相當於 _______ 。. 電. 磁. 電池. 電動勢.

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電磁感應

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  1. 電磁感應 一、感應電流 二、磁通量 三、感應電動勢 四、交流發電機 五、渦電流 六、變壓器 七、電磁波

  2. qV×B 一‧感應電流： (A) 導線在磁場中運動： 由FB=_____。 一段導線在磁場中垂直於磁場， 因導線運動，其中帶電質點受 磁力而堆積於兩端。直到__力 反抗力與__力平衡為止。 電荷堆積於導線兩端 → 猶如_____。 電位差相當於_______。 電 磁 電池 電動勢 (B) 感應電流： 將(A)之導線兩端接通即可在導線中形成電流 → 感應電流。 (C)_______定則 → 發電機原理。 四指 → ___。 掌心 → ___。(導線對磁場的相對運動) 拇指 → ___。(內電路，電池負極到正極) 左手掌

  3. (D) 法拉第實驗：判斷下列四種狀況何者將會有感應電流？ GO BACK P1

  4. B‧A B‧(△A) (△B)‧A 磁通量變化 法拉第 二、磁通量；( ) (A) 公式； Ø B = ______ △ Ø B = ________或________。 (B) 由實驗知； __________產生感應電流。 (C) ______電磁感應定律； b c 導線以V等速向右 b c 導線上電荷受磁力FB = ____。 電荷受磁力作功：W = ______ = ________。 電動勢 ε= ______ = _____。 (另) 由磁通量變化求感應電動勢： △ Ø B = _______ = _________。 qVB FB‧L (qVB)‧L LVB B‧△A B(L×V×Δt) LVB 背！ (D) 冷次定律：(負號意義 ) 感應電流所生磁場的方向_____磁通量發生變化之方向。 (E) 表示法： 阻止 拇指：( ) 四指：( ) 左 ___手定則： i

  5. 實驗：一磁鐵靠近或遠離線圈時，由磁通量變化判斷線實驗：一磁鐵靠近或遠離線圈時，由磁通量變化判斷線 圈感應電流之方向？ 實際判斷： N極靠近 → _____與___同向 ↔ 相當___極遠離。 N極遠離 → _____與___同向 ↔ 相當___極靠近。 △ψB N S △ψB N S

  6. (註) 之意義： (1) 迴線： 表示_____________ → 左手定則。 (2) 一段導線： 表示____________________ → 左手掌定則。 磁通量的變化率 單位時間內切割磁力線數

  7. 範例1.一迴圈如圖，部分在磁場中，若迴圈 (A) 向左等速 (B)向左加速 (C)向右等速度 (D)向右加速 (E)迴圈不動磁場向左等速。 則哪些組產生感應電流方向相同？ 答：(A)(B)順時針，(C)(D)(E)逆時針 範例2.如右圖所示，一長直導線與一圓屬線圈共 平面，當直導線之電流增加時，圓線圈上 感應電流的方向為何？ 答：逆時針 範例3.承上題，若將圓線圈改成以絕緣塑膠製成，則圓線圈中是否有 感應電動勢？ 答：仍有感應電動勢，但因為其 電阻甚大，故無感應電流

  8. 範例4.如右圖所示，一長度為40cm的直導線在0.4T，範例4.如右圖所示，一長度為40cm的直導線在0.4T， 方向鉛直向下的均勻磁場中，以1.5m/s的速度 ，在一固定的水平U矩形上滑動，若直導線無電 阻，而矩形導線上有25Ω與15Ω的A、B量電阻 器，則流經直導線的電流為何？ 範例5.如圖所示，在鉛直向下，強度為B的均勻磁場 中，一長度為L的直導線以C為圓心，以角速 度ω在水平面上轉動，則直導線上A和C兩端 之感應電動勢為何？ GO BACK P1

  9. 三、感應電動勢： (A) 電能來源： 磁場 外界作功 ─────→電能 (B) 推導： (1) 功率：P = ______。( F= ─ FB) = ________ = ___。 (2) 電動勢： ε= ______。 (3)電流：i = ___ = ______。 (4)力： = ____= ______。 (5)功率：P = ____ = ___ = ____ = ______。 F‧V iLB‧V iε LVB iLB FV iε i2R

  10. 範例6.如右圖，邊長為L之正方形的迴線以等 速度V正在橫移越過一均勻磁場B，此 磁場的寬度為迴線的兩倍。試將迴線 的感應電動勢ε、移動線圈所需外力F 及功率P分別為縱坐標，橫移之位置x (或時間)為橫坐標做關係圖。 FB=-F外=iLB (向右為正) P=F外‧Vcos00

  11. 範例7.水平面上有一U型軌道，其上有一可滑動 的導線，導線長度L，質量m，電阻R。設 軌道無摩擦力，無電阻。已知ㄧ外加磁場 B，均勻垂直向下，如右圖所示。 在導線以速度V向右運動瞬間， (a) 求導線內電流之大小及方向。 (b) 求導線加速度之量質及方向。 (c) 求導線動能對時間變化率之大小及正負。 GO BACK P1

  12. 四、交流發電機： (A) 構造：電樞.磁場.集電環。 (B) 原理：以____使電樞在____中轉動。 →由______變化量(_____)求電動勢(__)。 外力 磁場 磁通量 ΔψB ε 求：交流電動勢ε=? ψB=________。(面積A=______，θ=____) ε=______=___________。 ε=_______________。 BAcosωt (2π)L ωt +BAωsinωt 2πfBAsin(2πf)t

  13. (C)討論： 0o 900 1800 270o 0o 最大 0 最大(負) GO BACK P1

  14. 五、渦電流： (A) 產生： 如圖N極靠近導體 → 導體板的磁通 量改變 → 依照________ → 導體板 上會產生______方向類似 ________________， 因此稱為______。 冷次定律 逆時針 漩渦狀的感應電流 渦電流 (B) 渦電流的應用： (1) 電磁爐：顱內的線圈通入____電時，可產生交互變化 的磁場，而使置於板面的____鍋具產生渦電 流而形成熱源。 (2) 電磁煞車：在與車輪同軸轉動的金屬盤兩邊加裝____ 鐵，通電時可使金屬兩邊產生不同方向的 渦電流，而形成_____作用，可對車輛產 生減速效果。 (3)減少渦電流形成熱效應：電動機或變壓器中的軟鐵心常 ____相疊，其間並塗以絕緣 漆，以減少渦電流的產生。 交流 金屬 電磁 磁力 片狀

  15. 範例8.如圖所示，矩形迴線置於一均勻磁場中。範例8.如圖所示，矩形迴線置於一均勻磁場中。 (a) 繞P1和P2軸旋轉，bc方向正進入紙內時 ，感應電流方向？ (b) 若迴線面積1.0m2，且轉速為數(120/2π) r.p.s，磁場強度為2.0T時，繞P1軸旋轉之 最大感應電動勢為若干伏特？

  16. 範例 9.一交流發電機，其電樞有200匝線圈，線圈面積為0.04m2， 以每分鐘300轉的固定轉速在0.06T的均勻磁場中旋轉，則 此發電機最大電動勢為何？ 範例10.承上題，當圈面與場夾角為30o的瞬間，所產生的感應電 動勢為何？ 範例11.下列有關渦電流的敘述，何者正確？(A) 可用法拉第電磁 感應定律解釋 (B) 應用冷次定率預測電流方向 (C) 絕緣體 中不會有渦電流產生 (D) 微波爐是利用渦電流來加熱食物 (E) 可造成熱現象。 答：ABCE GO BACK P1

  17. 六、變壓器： (A) 構造： (B) 原理： εp=_______。 εs=_______。 得： =___。 (C) 設能量轉換過程無損耗 → 輸出____ = 輸入____。(_____=_____) =___=___。 功率 功率 GO BACK P1

  18. 七、電磁波： (A) 輻射原因：由於帶電質點____運動。 → 周圍____變動 → 電磁波。 (B) 證據：電子在天線上來回運動(S.H.M)發射無線電波。 (C) 表示法：______定則。 (電場)：_____。 (磁場)：_____。 (傳播方向)：______。 (D) 性質： (1) 發現：1864馬克士威預測 =______=__________ 。 1888赫芝證實。 1895馬可尼.無線電通訊成功。 (2) 靜止電荷，等速運動電荷。因電廠強度固定故無法發射電磁波。 (3) 係相伴發生。 (4) 電磁波是__波，以_______檢驗。 (5) 不需介質即可傳播，為廣義的光。 加速 磁場 右手掌 拇指 四指 電磁波 橫 偏振片

  19. (E) 電磁波譜： (1) 無線電波：f=___～___赫。 λ=___km～___mm。 (2) 紅外線：高溫物體.釋出輻射。 (3) 可見光：λ=______(紅) ～______(紫)。 (4) 紫外線：電弧或氣體放電時釋出。 (5) X-ray：λ=_____～_____。 (6) γ-ray：放射性物質蛻變時發射頻率達____赫以上的電磁波。 (7)鐳射：同相位的光。 104 1011 30 1 7000Å 3500Å 100Å 0.01Å 1021

  20. 範例12.某變電站利用變壓器將3.3kv的電壓降為110V，供給某社區範例12.某變電站利用變壓器將3.3kv的電壓降為110V，供給某社區 使用，若此時該社區使用電器的等效電阻為2.2×10-3Ω，則： (a) 此變壓器原線圈匝數為副線圈匝數的幾倍？ (b) 流經變壓器原線圈的電流為何？ 範例13.承上題，此變壓器之輸入功率為何？

  21. 範例14.某地區的行動電話所使用頻率為900MHz， 則其波長為何？ 範例15.若某廣播頻道之電磁波由左向右，電場在鉛 直方向振動，而磁場在水平方向上振動，現 有一收音機用螺線管作天線，則螺線管之管 軸應如何放置，才能有最大之收訊效果？ 答：磁場方向與螺線管之管軸平行時，管內 磁通量最大，而磁通量變化亦最大，故 可以產生最大感應電動勢，而有最好之 收訊效果。

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