Question

【題目】如圖所示為家用單相電能表的結(jié)構(gòu)示意圖. 其中電流線圈串聯(lián)在電路中，電壓線圈則并聯(lián)在電路中，通過(guò)電流線圈和電壓線圈的交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使鋁盤(pán)中產(chǎn)生渦旋電流，交變磁場(chǎng)對(duì)渦旋電流的安培力推動(dòng)鋁盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖中箭頭所示.鋁盤(pán)受到的電磁力矩（動(dòng)力矩）與通過(guò)用電器的總電流（即為通過(guò)電流圈的電流）成正比，還跟電流與電壓的相位差有關(guān). 旁邊還固定一塊U 形永久磁鐵，鋁盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)要從磁鐵兩極之間通過(guò). 磁鐵的作用有兩個(gè)：一是使得電流線圈中的電流一定時(shí)，鋁盤(pán)保持一定的轉(zhuǎn)速；二是當(dāng)停止用電時(shí)，鋁盤(pán)隨即剎車(chē)，避免由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)而帶來(lái)的計(jì)量誤差. 請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明制動(dòng)永久磁鐵起上述作用的物理原理.

Answer 1

【答案】（1）由于鋁盤(pán)在制動(dòng)永久磁鐵的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，切割磁感線鋁盤(pán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），根據(jù)愣次定律及左手定則可以判定，該感應(yīng)電流在磁鐵的磁場(chǎng)中受到安培力的作用阻礙鋁盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩.

（2）當(dāng)該阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩與使它轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁力矩平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定.

（3）用戶(hù)電流變大時(shí)，電磁力矩變大，鋁盤(pán)轉(zhuǎn)速加快，制動(dòng)永久磁鐵產(chǎn)生的阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩也變大，從而達(dá)到新的平衡.

（4）當(dāng)停止用電時(shí)，鋁盤(pán)失去繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，在制動(dòng)永磁鐵的作用下隨即停止運(yùn)動(dòng)。

【解析】

（1）由于鋁盤(pán)在制動(dòng)永久磁鐵的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，切割磁感線鋁盤(pán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），根據(jù)愣次定律及左手定則可以判定，該感應(yīng)電流在磁鐵的磁場(chǎng)中受到安培力的作用阻礙鋁盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩.

（2）當(dāng)該阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩與使它轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁力矩平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定.

（3）用戶(hù)電流變大時(shí)，電磁力矩變大，鋁盤(pán)轉(zhuǎn)速加快，制動(dòng)永久磁鐵產(chǎn)生的阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩也變大，從而達(dá)到新的平衡.

（4）當(dāng)停止用電時(shí)，鋁盤(pán)失去繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，在制動(dòng)永磁鐵的作用下隨即停止運(yùn)動(dòng)。