Question

【題目】如圖所示為家用單相電能表的結構示意圖. 其中電流線圈串聯在電路中，電壓線圈則并聯在電路中，通過電流線圈和電壓線圈的交變電流產生的交變磁場使鋁盤中產生渦旋電流，交變磁場對渦旋電流的安培力推動鋁盤轉動，轉動方向如圖中箭頭所示.鋁盤受到的電磁力矩（動力矩）與通過用電器的總電流（即為通過電流圈的電流）成正比，還跟電流與電壓的相位差有關. 旁邊還固定一塊U 形永久磁鐵，鋁盤轉動時要從磁鐵兩極之間通過. 磁鐵的作用有兩個：一是使得電流線圈中的電流一定時，鋁盤保持一定的轉速；二是當停止用電時，鋁盤隨即剎車，避免由于慣性繼續轉動而帶來的計量誤差. 請簡要說明制動永久磁鐵起上述作用的物理原理.

Answer 1

【答案】（1）由于鋁盤在制動永久磁鐵的磁場中運動，切割磁感線鋁盤中產生感應電流（渦流），根據愣次定律及左手定則可以判定，該感應電流在磁鐵的磁場中受到安培力的作用阻礙鋁盤的轉動，即產生阻礙轉動的力矩.

（2）當該阻礙轉動的力矩與使它轉動的電磁力矩平衡時，轉速達到穩定.

（3）用戶電流變大時，電磁力矩變大，鋁盤轉速加快，制動永久磁鐵產生的阻礙轉動的力矩也變大，從而達到新的平衡.

（4）當停止用電時，鋁盤失去繼續轉動的動力，在制動永磁鐵的作用下隨即停止運動。

【解析】

（1）由于鋁盤在制動永久磁鐵的磁場中運動，切割磁感線鋁盤中產生感應電流（渦流），根據愣次定律及左手定則可以判定，該感應電流在磁鐵的磁場中受到安培力的作用阻礙鋁盤的轉動，即產生阻礙轉動的力矩.

（2）當該阻礙轉動的力矩與使它轉動的電磁力矩平衡時，轉速達到穩定.

（3）用戶電流變大時，電磁力矩變大，鋁盤轉速加快，制動永久磁鐵產生的阻礙轉動的力矩也變大，從而達到新的平衡.

（4）當停止用電時，鋁盤失去繼續轉動的動力，在制動永磁鐵的作用下隨即停止運動。