环境磁场

2024-08-06

环境磁场（精选8篇）

环境磁场篇1

1 网络设计背景

1.1 网络现状

我省潢川中波台原有120m拉线塔一座, 采用657k Hz和1143k Hz双频共塔, 功率分别为10k W和25k W。近年, 潢川台又陆续新建120m自立塔一座, 采用603k Hz和972k Hz双频共塔;33m新型锥面顶负荷中波小天线一座, 单频单塔, 使用频率747k Hz, 三个新增频率的发射功率都是25k W。图1是潢川台三座天线分布情况。

1.2 电磁环境分析

根据中波天线场强理论计算模型, 对拟建天线网络受电磁干扰进行合理的预测, 图2为理论计算模型计算出的场强随距离变化的曲线, 从图中我们看出, 在距离中波天线200m时, 场强衰减到10V/m以下, 随着距离的增加, 场强值进一步衰减, 但是衰减幅度变得越来越缓慢, 曲线变得相对平缓。也就是说, 中波天线相互间理想的距离应不低于200m, 否则就会遇到棘手的场强干扰问题, 而潢川中波台天线场地受地形环境限制, 天线之间相互距离都在200m之内, 最近距离只有100m左右, 这是其一。

其二, 根据双频共塔天线场强计算公式:

E:双频共塔模式两个频率同时工作时的综合场强

E1、E2分别是共塔频率f1、f2的场强

得出5个频率同时工作时:

三座天线的综合场强最高值在三座天线三角边中心垂直线的交会处 (如图1) 。实际测量数据如表1所示。

综合以上两种原因, 如果潢川台五个频率同时工作时, 总功率在110k W左右, 如此复杂的高场强辐射到每个天线场区, 每个频率都不可避免受到其他频率的强干扰, 匹配网络处理不好, 轻者影响发射效率, 重者影响整个发射系统的稳定性, 甚至无法播出, 因此不得不考虑天线调配网络设计的特殊性和重要性。

2 网络设计内容

2.1 调配网络结构

因为天线场地电磁环境比较复杂, 天线调配网络的设计应尽可能把各种干扰因素考虑进去, 图3为657k Hz和1143k Hz双频共塔匹配网络框架图, 其他两座天线匹配网络框图与此相同。其中包括天线匹配网络、预调网络、阻塞网络、吸收网络和防雷系统组成, 匹配网络实质上讲就是一种阻抗匹配, 作用是使天线的输入阻抗和馈线的特性阻抗相匹配;预调网络一般加在天线底部, 平衡各支路阻抗, 降低设计难度, 降低视在功率;阻塞网络的作用是完全阻止其他频率电流的通过, 不至于对本频率产生干扰;吸收网络与阻塞网络的作用一样, 都是为了保证主频率不受其他频率的干扰, 只不过两种网络的工作原理不一样;防雷系统实际上是雷电泄放装置, 保证网络本身和发射机安全。根据潢川台五个频率位置分布和阻抗等各方面因素综合考虑, 我们在发射机厂家技术人员的大力配合下, 设计组装了两套新天线调配网络, 同时按设计要求, 对老天线网络进行改造。

2.2 天线输入阻抗测试

输入阻抗是天线的重要参数, 它决定了天线匹配网络形式的选择以及匹配元件参数的大小。表2是三座天线在对应频率下的实际测试阻抗值。

2.3 匹配网络器件计算

以657k Hz匹配网络为例:

图4中将图 (a) 所示“T”型匹配网络等效为图 (b)

已知天线的输入阻抗Z0=70+j100Ω

网络输入阻抗Z=50Ω

输入频率f=657kHz

回路的品质因数Q值一般在2～6之间选取, 根据已知条件和等效换算可分别计算出网络参数值分别为:

L1=L2=14.35μH

C1=4100PF

2.4 阻塞吸收网络器件计算

以主频747k Hz在网络中加1143k Hz吸收网络为例, 本例既有747k Hz阻塞网络, 又有吸收网络 (见图5) 。图中C1、L1并联谐振在747k Hz, 对747k Hz呈高阻抗, C1、L1并联谐振后再与L2串联谐振在1143k Hz, 对1143k Hz呈低阻, 吸收从天线感应下来的1143k Hz干扰成分。

1.并联谐振

如图5所示, C1、L1组成的并联回路并谐振于747k Hz, 对其呈现高阻抗, 阻止747 kHz信号的串入, 选C1=1500PF (C1是设定值, 取值可根据电容、电感备料情况而定, 一般情况下C1选择在2000PF以下为宜) 。根据并联谐振原理可计算出:

L1=30.29μH

2.串联谐振

C1、L1并联谐振网络与L1组成串联回路并谐振于1143k Hz, 对1143k Hz呈现低阻值, 从而构成对1143k Hz频率信号的吸收, 根据串联谐振的原理可计算出:

L2=22.5μH

2.5 预调网络

我们知道, 同一座中波天线, 对应不同频率的阻抗差别很大, 这就给网络的设计和调试带来麻烦, 阻抗相差越大, 设计的网络Q值必须调得很高, 这无形中就会减少带宽, 增加视在功率。解决这种问题的办法是给天线增加预调网络, 根据共塔频率对天线呈现的阻抗情况 (感抗和容抗) , 在天线底部设置感性和容性器件, 这样做在一定程度上具有平衡阻抗作用, 减少网络设计难度, 比如自立塔天调网络中的L13, 拉线塔天调网路中的C10, L13, 小天线天调网络中的L9都具有平衡阻抗的作用。

2.6 防雷系统

天线本身是一个极易吸引雷电的物体, 雷电产生的高压大电流必须得到释放, 如果处理不好, 很可能会危及馈线和发射机的安全, 解决问题的办法就是在天线底部设置防雷装置, 最常见的防雷装置是在天线底部与地之间增设石墨放电器, 并在接地导体上套若干个高频磁环, 根据本地雷电感应情况调整放电器的间隙, 高频磁环对瞬间高频电压有较强的吸收作用。另外, 在天线底部增设微亨级的电感, 即能提高天线的阻抗, 防雷效果也很好。

2.7 安装注意事项

在调配间安装元件时, 尽可能减少分布参数对网络参数的影响, 或在设计时就估计分布参数值, 并设法利用它。应尽可能控制Q值, Q值越高, 网络带宽越窄。

元件间的连线用宽铜皮或粗铜管, 以使端部圆滑, 防止尖端打火;连接处接触面宽、平, 接触紧密良好。

元件安装位置需离开大面积金属板10cm以上, 防止高频涡流在金属板上产生热损, 放置元件的金属板可采用铝板。

电感线圈空余部分短接时, 会使已用部分电抗微小的变化, 损耗电阻稍有增加, 所以尽量不要将多余的线圈做短接处理。

为了减少引线电感, 电感线圈的短路夹最好由线圈内部引入短路处引线由轴心引入, 电感量改变较小。相邻电感应尽量远离并垂直放置, 避免线圈间产生互感。

3 调配结果的检测与测量

以上是天线调配网络各元件的计算方法和计算结果, 是理论计算值, 在接上天线和馈线后, 往往不一定能达到预期效果, 这是因为在安装时, 有预料不到的分布电容和引线电感的存在, 还有实际体积庞大的电感和电容的测量误差, 所以还必须做一次细致的调整, 必要时可局部更改设计, 使其尽可能接近设计结果, 以满足发射系统的要求。具体调整和测量如下:

调配网络按计算结果组装完成以后, 用阻抗电桥 (矢量阻抗仪或网络分析仪) 测试网络输入端的输入阻抗, 测量之前先把馈线甩开, 测量结果应接近馈线特性阻抗W, 可分别调整Xp和Xs的方法来达到此目的。在调整结束后, 就要开机加功率试机了, 将发射机的功率逐步加大, 派人分别观察调配间和发射机状态, 观察在增加功率过程中有无异常反应, 如果满功率工作未发现异常, 再逐步增加调幅度m, 在m=1工作半小时后, 停机检查电容电感的温升情况, 也可在开机状态下, 用红外测温枪实时监测调配网络各部位的温升情况。如果长时间满功率满调制工作, 发射机各项指标正常, 调配间无升温异常出现, 调配工作才算结束。在分别完成单个频率调整测试后, 再同时开启所有发射机, 观察有无相互干扰、串音、反射功率异常等情况出现, 发射机的天线零位VSWR是否小于1.25, 如有问题, 分析原因并针对性的调整。为了便于以后维修, 记录下最后确定的数据, 并在现场做各元件调整位置标记, 最好能画出一张调配网络线路原理图, 作为维修时的参考依据。

4 结束语

按照设计要求, 潢川台五个频率的天调网络均调试安装成功, 经过两年的运行播出, 发射机各项技术指标均达到甲级要求, 三个天调网络工作稳定, 完全达到设计要求。通过潢川台天调网络的设计与实践, 在较为复杂的电磁环境下更加科学地设计天调网络进行探索和实践, 以适应广播发射多频率大功率覆盖和当今社会广播事业发展的需要。

参考文献

[1]何振亚.高频阻抗匹配网络设计[M].北京:人民邮电出版社, 1982.

[2]俎云霄.网络分析与综合[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[3]张丕灶等.全固态中波发送系统调整与维护.厦门:厦门大学, 2007.

[4]广播电视技术手册天线分册[M].北京:国防工业出版社, 1995.

环境磁场篇2

A.磁感线有可能出现相交的情况 B.磁感线总是由N极出发指向S极

C.某点磁场的方向与放在该点小磁针静止时N极所指方向一致

D.若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，则该区域的磁感应强度一定为零

[针对训练1].地球是一个大磁体：①在地面上放置一个小磁铁，小磁铁的南极指向地磁场的南极;②地磁场的北极在地理南极附近;③赤道附近地磁场的方向和地面平行;④北半球地磁场方向相对地面是斜向上的;⑤地球上任何地方的地磁场方向都是和地面平行的.以上关于地磁场的描述正确的是( )

A.①②④ B.②③④ C.①⑤ D.②③

二、对磁感应强度B的理解及磁感应强度B的叠加

1.磁感应强度由磁场本身决定，就像电场强度由电场本身决定一样，跟该位置放不放通电导线无关，因此F

不能根据公式B=B与F成正比，与IL成反比.

2.磁感应强度B的定义式也是其度量式，但用来测量的小段通电导线必须垂直放入磁场，如果小段通电导线平行放入磁场，则所受安培力为零，但不能说该点的磁感应强度为零.

3.磁感应强度是矢量，其方向为放入其中的小磁针静止时N极的指向. 4.磁感应强度B与电场强度E的比较

电场强度E是描述电场强弱的物理量，磁感应强度B是描述磁场强弱的物理量.这两个物理量比较如下表

【例2】下列关于磁感应强度大小的说法，正确的是( )

A.通电导线受磁场力大的地方磁感应强度一定大 B.通电导线在磁感应强度大的地方受力一定大 C.放在匀强磁场中各处的通电导线，受力大小和方向处处相同

D.磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小和方向无关【例3】如图3所示，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1>I2;a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点且a、b、c与两导线共面;b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直.磁感应强度可能为零的点是( )

A.a点 B.b点 C.c点 D.d点

[针对训练2] 如图所示，一根通电直导线垂直放在磁感应强度为1 T的匀强磁场中，在以导线截面的中心为圆心，r为半径的圆周上有a、b、c、d四个点.已知a点的`实际磁感应强度为0，则下列叙述正确的是( )

A.直导线中的电流方向垂直纸面向里

B.b2 T，方向斜向上，与B的夹角为45° C.c点的实际磁感应强度也为0

D.d点的实际磁感应强度与b点相同

三、安培定则的应用及磁场方向的确定

【例4】.如图5所示，直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远，它们的磁场互不影响，当开关S闭合后，则小磁针的北极N(黑色一端)指示出磁场方向正确的是( )

A.a、c

B.b、c

C.c、d

D.a、d

四、安培力大小的计算及其方向的判断 1.安培力大小

(1)当I⊥B时，F=BIL (2)当I∥B时，F=0

注意：(1)当导线弯曲时，L是导线两端的有效直线长度(如图所示)

(2)对于任意形状的闭合线圈，其有效长度均为零，所以通电后在匀强磁场中受到的安培力的矢量和为零.

2.安培力方向：用左手定则判断，注意安培力既垂直于B，也垂直于I，即垂直于B与I决定的平面.

【例5】如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc=∠bcd=135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示.导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力( )

A.方向沿纸面向上，大小为B.方向沿纸面向上，大小为(C.方向沿纸面向下，大小为(D.方向沿纸面向下，大小为

2+1)ILB 2-1)ILB +1)ILB 2-1)ILB

[针对训练3] 如图所示，条形磁铁放在光滑斜面上，用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡，A为水平放置的直导线的截面，导线中无电流时磁铁对斜面的压力为FN1;当导线中有垂直纸面向外的电流时，磁铁对斜面的压力为FN2，则下列关于磁铁对斜面压力和弹簧的伸长量的说法中正确的是( )

A.FN1FN2，弹簧的伸长量增大 D.FN1>FN2，弹簧的伸长量减小

五、安培力作用下导体运动方向的判定

于线圈平面，当线圈中通入如图方向的电流后，判断线圈如何运动?

[针对训练4]. 图中的D是置于电磁铁两极极间的一段通电直导线，电流方向垂直与直面向里。在电键K接通后，导线D所受磁场力的方向是：( ) A、竖直向上 B、竖直向下 C、水平向左 D、水平向右

[针对训练5]. 两条长直导体杆ab和cd异面垂直相隔一小段距离，ab固定，cd可以自由活动。当两根导体杆通有如下图所示方向电流时，导体杆cd将( )

A. 顺时针转动，同时靠近ab B. 顺时针转动，同时离开ab

C. 逆时针转动，同时离开ab D. 逆时针转动，同时靠近ab

六、安培力作用下通电导体的平衡问题

1.解决有关通电导体在磁场中的平衡问题，关键是受力分析，只不过比纯力学中的平衡问题要多考虑一个安培力.

2.画好辅助图(如斜面)，标明辅助方向(如B的方向、I的方向等)是画好受力分析图的关键.

3.由于安培力、电流I、磁感应强度B的方向之间涉及到三维空间，所以在受力分析时要善于把立体图转化成平面图.

【例7】如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40 m，金属导轨所在平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在的平面内，分布着磁感应强度B=0.50 T、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场.金属导轨的一端接有电动势E=4.5 V、内阻r=0.50 Ω的直流电源.现把一个质量m=0.040 kg的导体棒ab放在金属导轨上，导体棒恰好静止.导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R0

2.5

，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 37°=0.60，cos 37°=0.80，求：

(1)通过导体棒的电流;

(2)导体棒受到的安培力大小; (3)导体棒受到的摩擦力.

[针对训练6].如图所示，水平导轨间距为L=0.5 m，导轨电阻忽略不计;导体棒ab的质量m=1 kg，电阻R0=0.9 Ω，与导轨接触良好;电源电动势E=10 V，内阻r=0.1 Ω，电阻R=4 Ω;外加匀强磁场的磁感应强度B=5 T，方向垂直于ab，与导轨平面成α=53°角;ab与导轨间动摩擦因数为μ=0.5(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，定滑轮摩擦不计，线对ab的拉力为水平方向，取重力加速度g=10 m/s2，ab处于静止状态.已知sin 53°=0.8，cos 53°=0.6.求：

(1)通过ab的电流大小和方向; (2)ab受到的安培力大小; (3)重物重力G的取值范围.

[针对训练7].如图所示为一电流表的原理示意图.质量为m的均质细金属棒MN的中点处通过一挂钩与一竖直悬挂的弹簧相连，绝缘弹簧劲度系数为k.在矩形区域abcd内有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外.与MN的右端N连接的一绝缘轻指针可指示标尺上的读数，MN的长度大于ab.当MN中没有电流通过且处于平衡状态时，MN与矩形区域的cd边重合，当MN中有电流通过时，指针示数可表示电流强度.

(1)当电流表示数为零时，弹簧伸长多少?(重力加速度为g) (2)若要电流表正常工作，MN的哪一端应与电源正极相接?

(3)若k=2.0 N/m，ab=0.20 m，cb=0.050 m，B=0.20 T，此电流表的量程是多少?(不计通电时电流产生的磁场的作用)

环境磁场篇3

关键词：变电站,工频电磁场,职业健康风险

工频电磁场(power frequency electromagnetic fields)是电荷量和电流量随时间作50 Hz/60 Hz周期变化产生的电场和磁场,是极低频电磁场中的一种。虽然工频电磁场致癌性等慢性健康影响仍没有明确,但短期、高水平工频电磁场接触对人体的神经肌肉刺激效应已被广泛认识[1]。国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)、国际电子工程师协会(IEEE)、美国工业医师协会(ACGIH)等重要的国际电磁辐射健康相关组织以及日本、美国等很多国家均依据急性健康效应制定了工频电磁场的短时接触限值[2,3,4]。这要求存在工频电磁场的作业场所作业环境需要严格控制其工频电磁场水平,才能降低作业人员在作业环境中产生急性健康效应的风险。变电站内布满高电压和强电流设备或装置,是存在较高工频电磁场的作业场所,本研究于2011年对不同电压等级变电站工频电磁场强度的比较和分析,有利于分析这类工频电磁场高接触人群的健康危害风险,为该类职业危害的控制提供相应策略。

1对象与方法

1.1 研究对象

典型抽取110 kV和220 kV变电站各2个, 500 kV变电站1个,以其变电站及所属高压线作业环境作为研究对象,对其作业环境所有作业点进行布点检测。

1.2 方法

1.2.1 现场职业卫生调查

通过现场职业卫生调查,收集变电站位置、电压等级、负荷、面积、工频电磁场设备布局、工艺流程、作业人员作业情况等资料。

1.2.2 作业环境电磁场强度的检测与评定

1.2.2.1 测量仪器

采用德国 PMM8053电磁场测量仪和EHP-50工频电磁场探头进行布点检测。

1.2.2.2 布点

在每个等级变电站相对高压区、相对低压区、变压器进出线两侧及其他特殊设备(电抗器和电容器等)进行布点检测。作业区域按每5 m 1个测点进行布点测量,测点设置在高压线下,开关、刀闸等设备附近,变压器分别测量进线、出线两侧,特殊设备测量其巡视点或作业点。测量的高度按GBZ/T 189.3-2007[5]要求,测定距地面高1.5 m 的电磁场强度。

1.2.2.3 测量及数据记录

测量在晴朗少风的气候进行,每个点测量3次,每次时间不小于6 min,记录电场和磁场的最小值、最大值及均方根值,取均方根值作为该测点工频电磁场场强值。统一的记录表格记录测量日期、测量时间、气象条件、测量地点、测量仪器型号、测量数据、测量人员等。

1.2.3 统计学分析

用均数和标准差描述资料的集中趋势和离散趋势,Kruskal-Wallis非参数检验分析三组电场强度和磁场强度有无统计学差异。依据ICNIRP“1～100 kHz电磁场接触限值导则”(职业接触50 Hz电场强度限值为10 kV/m[2],磁场强度限值为1 mT)职业接触限值计算各等级变电站超标率,用χ2检验分析各组间的差异性。

2结果

本次研究共对192作业点进行工频电磁场的测量,其中110 kV变电站共测量52个作业点,220 kV变电站共测量60个作业点,500 kV变电站共测量了80个作业点。结果192个作业点电场强度最小值为0.12×10-3kV/m,最大值为18.07 kV/m,中位数为0.98 kV/m;磁场强度最小值为0.04 μT,最大值为1.13×103μT,中位数为0.93 μT。其中110 kV变电站52个作业点电场强度最小值为0.12×10-3kV/m,最大值为2.38 kV/m,中位数为0.20 kV/m;磁场强度最小值为0.18 μT,最大值为5.66 μT,中位数为0.69 μT。220 kV变电站60个作业点电场强度最小值为0.12×10-3kV/m,最大值为13.58 kV/m,中位数为0.34 kV/m;磁场强度最小值为0.04 μT,最大值为163 μT,中位数为0.34 μT。500 kV变电站80个作业点电场强度最小值为1.32×10-2kV/m,最大值为18.07 kV/m,中位数为2.52 kV/m;磁场强度最小值为0.15 μT,最大值为1.13×103 μT,中位数为3.26 μT。经Kruskal-Wallis非参数检验,3组电场强度和磁场强度χ2分别为57.11和55.83,P值均<0.01,差异有统计学意义。结果见表1。

依据ICNIRP 2010年“1～100 kHz电磁场接触限值导则”,职业接触50 Hz电场强度限值为10 kV/m,磁场强度限值为1 mT(1 mT =1 000 μT),结果所有被测192个作业点,16.67% 32个作业点电场强度超过限值为10 kV/m的要求,磁场强度除500 kV变电站有1个作业点磁场强度为1.13 mT外,其余均符合限值1 mT的要求。110 kV变电站52个作业点电场强度均<10 kV/m,符合限值要求;220 kV变电站8.3%(5个作业点)电场强度超过限值要求;550 kV变电站32.5%(26个作业点)电场强度超过限值的要求。经χ2检验,3组超标率有显著性差异(χ2=28.52,P<0.01)。经Spearman相关性分析,电压等级越高超标率越高,相关系数为0.38(P<0.01)。结果见表2。

3讨论

虽然工频电磁场是人类可疑致癌物,但是由于缺乏好的流行病学研究和动物实验研究数据,其致癌性等慢性健康影响尚未明确,甚至连工频电磁场的靶器官也是众多研究者疑惑的问题。因此,针对工频电磁场所属的低频电磁场,国际上众多国际组织和国家均是依据已知的急性健康效应制订了相应的接触限值。ICNIRP制定的电磁辐射限值导则是全球众多电磁辐射专家共同协作研制的限值,世界上其他组织或国家制定限值多数参考ICNIRP制定的限值导则。2010年该组织特别针对1～100 kHz电磁场的健康影响进行了进一步的综述,并重新编写了“1～100 kHz电磁场接触限值导则”,将工频电磁场职业接触限值电场强度确定为10 kV/m,磁场强度确定为1 mT。按照ICNIRP,由于职业接触限值依据急性健康影响,所取值为短时最大值,这提示所有作业工人能接触的作业环境均需要符合限值的要求,才能避免急性健康危害的风险。因此,本研究选择了对作业环境所有作业工人的作业点进行检测,从而可以全面评估作业人员可能存在的健康风险。

针对变电站及其线路作业环境的工频电磁场,众多学者进行了相应的调查研究,对750 kV、500 kV、220 kV及35 kV等各等级变电站的工频电磁场均有相应的报道[6,7,8],并发现变电站往往存在高强度的电场强度。本次研究结果表明电压等级越高的变电站作业环境工频电场强度往往越高,当电压等级为220 kV及以上时,变电站作业环境存在工频电场超标作业点,作业人员在此作业点作业时,存在健康风险。特别是在500 kV的超高压变电站,作业点电场强度最高值为18.07 kV,超标率达到32.5%,作业人员在500 kV超高压变电站作业时健康风险较普遍。虽然陈宇民[9]研究认为无论是输电线路还是变电站,其磁感应强度都很小,远小于100 μT。但本次研究还是发现了2个作业点磁场强度>100 μT,甚至1个作业点超过1 mT限值的要求,这些点处在变电站电抗器和电容器周围,存在一定的健康风险,需要严格进行相应的防护和管理。

总之,工频电场广泛存在于高压变电站,电压等级越高,健康风险越大,500 kV超高压变电站电场强度超标现象普遍,存在较大的职业健康风险,需要采取相应的防控措施。磁场强度虽有部分测点超过限值要求,但存在较高磁场强度的作业位置多局限在电抗器和电容器周围,可加强对局部区域的防控,可降低职业危害发生的风险。

参考文献

(1)WHO,ILO,ICNIRP.Environmental health criteria 238 extremelylow frequency fields(M).Spain,WHO.2007:349-356.

(2)Health Physics.International Commission on Non-Ionizing Radi-ation Protection.Guidelines for limiting exposure to time-varyingelectric and magnetic fields(1 to 100 GHz)(S).2010.

(3)ACGIH.Sub-radiofrequency(30kHz and below)magneticfields.7th edition documentation of the threshold limit values forphysical agents(M).America,ACGIH,2006:1-12.

(4)陈青松,李涛,黄汉林,等.极低频电磁场职业接触限值研究概况(J).中国职业医学,2011,38(1):72-74.

(5)中华人民共和国卫生部.GBZ/T189.3-2007工作场所物理因素测量第3部分:工频电场(S).北京:人民卫生出版社,2008.

(6)万保权,张广洲,路遥,等.750kV兰州东官亭输变电工程工频电磁场测量(J).高电压技术,2007,33(5):41-45.

(7)刘嘉文,李丽.变电站220kV及以上区域工频电磁场强度特性分析(J).广东电力,2011,24(1):7-9.

(8)陈青松,杨晓瑛,李润琴,等.供电企业工频电磁场职业暴露现况(J).中华劳动卫生职业病杂志,2012,30(8):575-578.

环境磁场篇4

电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律的原理来测量导电液体体积流量的仪表,主要由传感器和转换器组成。电磁流量传感器安装在流体传输工艺管道上,用来将导电液体的流速(流量)线性地转换成感应电势信号,电磁流量转换器向传感器提供工作磁场的励磁电流,接受感应电势信号,将流速(流量)信号进行放大、处理并转换成统一的、标准的电流、电压等信号。目前电磁流量计广泛应用在钢铁、冶金、排水、石油、化工、食品、医疗、环保、航空、航海、航天、农业灌溉等部门。

电磁流量计根据其内部磁场是否均匀分为均匀磁场电磁流量计和非均匀磁场电磁流量计。由于目前电磁流量计正在向着非均匀电磁流量计的方向发展,所以本文主要对非均匀电磁流量计进行研究。

1 非均匀磁场电磁流量计理论

测量原理基于法拉第电磁感应定律。即当导电液体流过电磁流量计时,导体液体中会产生与平均流速v(体积流量V)成正比的电压,其感应电压信号通过2个与液体接触的电极检测,通过电缆传至放大器,然后转换成统一的输出信号。基于电磁流量计的测量原理,要求流动的液体具有最低限度的电导率。

Shercliff通过麦克斯韦方程组得到电磁流量计所产生的感应电动势的公式[1]:

由于磁场不会因为流体中感应电流而受到影响,所以式中的第二项为0,得到

这就是电磁流量计的基本微分方程。

北京大学的王竹溪对上述方程进行了详细的讨论与求解[2],得出:

式中,W(r,θ)被称为权重函数。由于靠近电极部分的导电液体对输出信号的贡献大,远离电极部分的导电液体对输出信号的贡献小,所以必须要引入一权重函数。

对于长管电磁流量计:

长管权重函数图形如图1所示。

对于短管电磁流量计:

注:X O Y平面为电极处的测量管内部截面;X、Y轴为归一化以后的坐标。

如果使测量管内的磁场满足B(r,θ)W(r,θ)=常数C,那么电磁流量计电极之间的电压为:

式中,Q为通过电磁流量计的流量。当电磁流量计满足B(r,θ)W(r,θ)=常数C时,电极两端的电压值只与流体的流量有关,而与速度的分布无关。

2 非均匀磁场的励磁线圈的求解

由于电磁流量计的权重函数只与测量管几何形状和电极形状有关,所以对于一个几何形状、电极大小都确定的电磁流量计,权重函数是确定的。根据B(r,θ)W(r,θ)=常数C,可以求解出B(r,θ)的值。

根据上述思路可以通过推导求得B(r,θ)的值。由于B(r,θ)的大小分布是由线圈的尺寸来决定的,所以通过计算B(r,θ)的值,可以得到能满足要求的线圈截面形状。

假设线圈形状为翼型线圈,电磁流量计模型图如图2所示,1/4模型图如图3所示。

图3中阴影部分为励磁线圈形状,A点为电极A的位置。根据安培回路积分公式可以得到[3]:

解上述方程组可得:

利用Matlab对上述方程进行数值求解,当a=1时可以求得(l,y)一系列数值,见表1。

3 非均匀励磁线圈产生磁场仿真

通过A N S Y S软件对电磁流量计产品进行建模,然后进行仿真[4]。电磁流量计模型、总体磁场分布仿真结果、管内的磁场分布分别如图4、图5、图6所示。

通过此仿真结果可以看出,电极处的磁场强度最小,而离电极越远处的磁场强度越大。此结果刚好与权重函数相反,此种截面形状的线圈基本上满足要求的非均匀磁场电磁流量计的条件。

4 结语

在麦克斯韦方程组的基础上得到电磁流量计的基本方程,建立电磁流量计基本的假设模型,通过Matlab解出符合非均匀磁场的励磁线圈截面尺寸,在A N S Y S中对包含此线圈尺寸的电磁流量计建模并求解,从仿真结果可以得出此励磁线圈产生的磁场符合非均匀电磁流量计磁场分布的要求。因此,这一方法对于求解非均匀电磁流量计的励磁线圈尺寸是可行的。根据此方法,改变方程中参数a的值可以得到更多的符合非均匀电磁流量计磁场要求的励磁线圈的截面尺寸。

参考文献

[1]蔡武昌,马中元,瞿国芳,等.电磁流量计[M].北京:中国石化出版社,2004

[2]J.A.SHERCLIFF,The Theory of Electromagnetic Flow—measurement[M].CAMBRIDGE:CAMBRIDGE UNI-VERSITY PRESS,1962

[3]邬惠峰,严义,吴红娉.基于ANSYS的电磁流量计建模研究[J].仪器仪表学报,2008,2(92):2

[4]金宁德,宗艳波,张玉辉,等.四电极电磁流量计磁场分布特性数值模拟[J].工业计量,2009,2

[5]陈廷相,邰亚传,薛迪熙.几种非均匀磁场型电磁流量计励磁线圈尺寸的确定[J].上海交通大学学报,1982,(1)

环境磁场篇5

雷电电磁脉冲( LEMP) 是伴随雷电放电产生的瞬态电磁现象,例如雷电电磁场、雷电感应电压和感应电流等。随着微电子技术的发展,其通过耦合效应对电子设备及输配电设备造成的危害也日益突出[1,2]。尤其是智能电子设备普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流保护能力差、对电磁干扰敏感等弱点,一旦设备遭受雷击,雷电电磁脉冲就会影响电气控制系统正常工作和安全运行,对人身财产安全造成威胁[3]。因此,有必要对雷电电磁脉冲的一些规律进行研究,以减少其危害。

魏明等人[4,5]采用数值计算方法计算了DU模型和TL模型下的雷击电磁场分布,他们将大地视为理想导体,得出雷击时空间电磁场有规律可循,并建议考虑大地有限电导率的影响; 杨栋新等人[6,7,8]采用时域有限差分法分别研究了土壤特征以及雷电回击参数对雷击电磁场的影响,并做了雷击电磁场随距离的变化研究,他们所做的计算都是针对地上雷击电磁场分布,考虑到目前地下场所修建的越来越多,因此有必要对地下雷击时的电磁环境进行研究。针对雷击电磁场耦合问题,余占清等人[9,10,11,12]对配电线路上的雷电感应电压进行了较多研究,而对线路终端负载方面的研究相对缺乏。

本文采用FDTD方法对雷电电磁效应进行模拟,研究雷击时地下空间的电磁场情况; 并对线缆终端负载上产生的感应电流及电压进行探讨,这对易遭受雷击地区和受雷电影响严重行业的防雷工作有重要的应用价值。

1FDTD算法参数设置

雷电流波形是进行雷电电磁场计算的前提, IEC31312 - 1标准规定了直击雷波形为10 /350μs波形,但这只是测试波形,对于某地雷击电磁场的计算,选用当地实测雷电流波形所得结果将更准确。本文随机选用北京地区实测雷电流波形进行模拟, 其波头时间均值为2. 7μs,波尾时间均值为25. 63μs[13,14]。雷电流表达式的模拟采用10阶Heidler函数[15,16],表示为:

式中,I为所模拟的雷电波幅值。

雷电回击工程模型采用MTLE模型,任意时间t,通道中任一高度z' 的电流i (z',t) 与通道底部电流i(0,t) 的关系为[14]:

式中, u为Heaviside函数;为与高度有关的衰减因子为电流波传播速度;为回击速度。

图1为采用式( 1) 和式( 2) 所作的电流幅值为100k A时,不同高度雷电流波形图,随高度的升高, 电流波幅值降低。

FDTD仿真过程中设置空间步长dx = dy = dz = 5m ,时间步长满足Courant稳定性条件,计算后取dt = 8. 67ns 。雷电回击通道设置在原点处,采用CPML吸收边界,周围无障碍物时电场Ez的等值线如图2所示,可以看出在边界处吸收效果良好。

2雷击时地下空间电磁场仿真计算

本文依据所做课题选取地下油罐空间作为模型,因此在地下做一圆柱形空间,圆柱中心线在y轴正下方,内部为空气,圆柱尺寸如图3所示。

计算模型采用直角坐标系,仿真计算采用式 ( 1) 和式( 2) 所示雷电流模型,雷电流峰值假设为60k A。雷电回击通道位于z轴 ( 如图3 ) ,y轴上方为空气,下方为土壤,其介电常数[7]见表1。

对图3中A、B、C、D、E五点进行取样,得到电磁场各分量如图4 ~ 6,其中Ex,Hy,Hz分量为0。

通过图4 ~ 6可以看出,对于地下空间而言,接近雷击通道以及地面的一侧电磁场的数值偏大。就电场而言,相比于地上空间几百千伏每米的数量级, 地下空间的电场强度明显减小,可见地面起到了一定的屏蔽作用,但屏蔽并不彻底,其最大值仍可达到几千伏到几十千伏。比较同一点的Ey与Ez分量, 可以看到Ey明显大于Ez,因此地下空间中的电场防护以径向为主; 比较五点电磁场可以发现,在地下空间中电磁场横向分布规律与地上相似,而纵向上空间内部电场( 点D) 要大于其与土壤接触位置( 点B,D) 处的电场。

通过以上模拟可以看出土壤并不能完全屏蔽掉雷击产生的电磁场,因此对于地下油罐等存储易燃易爆物品的装置,仍然需要对装置进行防雷设计; 对于地下的一些应用到微电子技术的行业场所,感应雷防护更加不容忽视。

当前的生产生活中为避免建筑物直接遭受雷击,多数采用主动引雷的手段,如避雷针等。连接它们的接地引下线可以近似视为雷电回击通道,这样基本能够确定一个区域的雷击点。根据以上分析, 地下空间建设中对电磁场反应较敏感的元器件应放在下面,且距离接地引下线( 雷击点) 较远的一侧; 对于横向分布的电路应避免与接地引下线成径向, 如不可避免则应在电路入设备端安装相应的器件泄放径向电路中感应的雷电过电压和过电流。

3线缆终端负载的雷电感应电压和电流仿真计算

如今人们的各种活动都离不开电力系统,当发生雷击时,用电设备本身的电气特性会使其对雷击电磁场产生耦合,因此除了连接用电设备的线缆外, 还需要对线缆终端负载进行研究,计算其耦合雷电电磁脉冲所产生的感应电压和感应电流,以便采取措施,减小雷电危害。

本文采用FDTD方法进行仿真,计算模型如图7所示,雷电回击通道位于z轴,线缆垂直雷电通道水平放置,两端采用500Ω 负载接地。仿真计算采用式( 1) 和式( 2) 所示雷电流模型,雷电流幅值设为100k A,线缆直径设为1cm,长度为50m,距离雷电回击通道50m,高度为5m,负载上的雷电感应电压和感应电流如图8所示。

从图8可以看出,雷击点附近线缆终端负载上可以产生很强的电磁耦合,电压可达数百千伏,电流可达到数百安,感应电压或电流达到极值后不像雷电流有一个相对较长的波尾时间,而是迅速下降,在雷电流后期有一个较低水平的振荡过程。一般的防雷手段往往只注意对峰值电压或电流的泄放,对电子器件来说,低水平的振荡过程也可能将其击毁,而防雷器件在较低的电压或电流水平却基本不反应。因此需要对负载雷击感应进一步研究,以完善设备对于感应雷的防护。

由图8可以看出,感应电压和电流脉冲主要发生在雷电流波头时间段,为研究雷击时负载感应电压和电流大小与雷电流波头时间的关系,本文取1.2μs波头时间的雷电流继续对上述模型进行模拟, 雷电基电流如图9所示,仿真结果如图10所示。

比较图8和图10可以发现,负载感应电压和电流的大小与雷电流波头时间有关。当雷电流幅值相等时,波头时间减小,负载感应电压和电流增大,这一规律对于不同地区的防雷工作具有一定的价值。

4结论

1) 本文采用北京地区实测雷电流进行FDTD仿真,计算雷击时地下圆柱形空间中的电磁状况,得出土壤并不能完全屏蔽掉雷击时产生的电磁场,并得出地下电场分量Ey的强度要大于Ez,地下电场防护以径向为主。

2) 对线缆终端负载进行雷击电磁场耦合,得到了负载上感应电压和感应电流的数值水平,并从感应曲线上看出感应电压和感应电流在尖峰过后会有一个足以对大多数自动化系统产生危害的振荡过程。

磁场单元检测试题篇6

1.下列关于磁感应强度大小的说法中正确的是 ()

(A) 通电导线受磁场力大的地方, 磁感应强度一定大

(B) 一小段通电导线放在某处不受磁场力作用, 则该处的磁感应强度一定为零

(D) 磁感应强度的大小和方向跟放在磁场中的通电导线受力的大小无关

2.物理实验都需要有一定的控制条件.奥斯特做电流磁效应实验时就应排除地磁场对实验的影响.下列关于奥斯特实验的说法中正确的是 ()

(A) 该实验必须在地球赤道上进行

(B) 通电直导线必须竖直放置

(D) 通电直导线应该水平南北方向放置

3.两根长直通电导线互相平行, 电流方向相同, 它们的截面处于等边△ABC的A和B处, 如图1所示.两通电导线在C处产生磁场的磁感应强度大小都是B0, 则C处磁场的总磁感应强度大小是 ()

(A) 0 (B) B0

4.赤道上某处有一竖直的避雷针, 当带有正电的乌云经过避雷针的上方时, 避雷针开始放电, 则地磁场对避雷针的作用力的方向为 ()

(A) 正东 (B) 正南

5.一条形磁铁静止在斜面上, 固定在磁铁中心的竖直上方的水平导线中通有垂直纸面向里的恒定电流, 如图2所示.若将磁铁的N极位置与S极位置对调后, 仍放在斜面上原来的位置, 则磁铁对斜面的压力F和摩擦力f的变化情况分别是 ()

(A) F增大, f减小

(B) F减小, f增大

(D) F与f都减小

6.如图3所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈, 宽为l, 共N匝.线圈的下部悬在匀强磁场中, 匀强磁场方向垂直纸面.当线圈中通有电流I (方向如图3所示) 时, 在天平左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码, 天平平衡.当电流反向 (大小不变) 时, 右边再加上质量为m的砝码后, 天平重新平衡.由此可知 ()

(A) 磁感应强度的方向垂直纸面向里, 大小为

(B) 磁感应强度的方向垂直纸面向里, 大小为

(D) 磁感应强度的方向垂直纸面向外, 大小为

7.初速度为v0的电子, 沿平行于通电长直导线的方向射出, 直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图4所示, 则 ()

(A) 电子将向右偏转, 速率不变

(B) 电子将向左偏转, 速率改变

(D) 电子将向右偏转, 速率改变

8.如图5所示, 一电子从a点以速度v垂直进入长为d、宽为h的矩形磁场区域, 沿曲线a运动, 通过b点离开磁场.已知电子质量为m, 电量为e, 磁场的磁感应强度为B, ab的弧长为s, 则该电子在磁场中运动的时间为 ()

9.如图6所示是电视机显像管及其偏转线圈的示意图.如果发现电视画面的幅度比正常的偏小, 可能引起的原因是 ()

(A) 电子枪发射能力减弱, 电子数减少 (B) 加速电场的电压过高, 电子速率偏大

(D) 偏转线圈电流过小, 偏转磁场减弱

10.如图7所示, 长方形abcd长ad=0.6 m, 宽ab=0.3 m, O、e分别是ad、bc的中点, 以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场 (边界上无磁场) , 磁感应强度B=0.25T.一群不计重力、质量m=3×10-7kg、电荷量q=+2×10-3C的带电粒子以速度v=5×102m/s沿垂直ad方向且垂直于磁场射入磁场区域 ()

(A) 从Od边射入的粒子, 出射点全部分布在Oa边

(B) 从aO边射入的粒子, 出射点全部分布在ab边

(D) 从aO边射入的粒子, 出射点分布在ab边和bc边

11.如图8所示, 空间存在着由匀强磁场B和匀强电场E组成的正交电磁场, 电场方向水平向左, 磁场方向垂直纸面向里.有一带负电荷的小球P, 从正交电磁场上方的某处自由落下, 那么带电小球在通过正交电磁场时 ()

(A) 一定作曲线运动

(B) 不可能作曲线运动

(D) 可能作匀加速直线运动

12.如图9所示, 带电平行板中匀强磁场方向水平垂直纸面向里, 某带电小球从光滑绝缘轨道上的a点自由滑下, 经过轨道端点P进入板间后恰能沿水平作直线运动.现使小球从较低的b点开始下滑, 经P点进入板间, 在板间的运动过程中 ()

(A) 其动能将会增大

(B) 其电势能将会增大

(D) 小球受到的电场力将会增大

二、填空题 (本题共3个小题, 每空2分, 共12分)

13.水平放置的平行金属导轨相距为d, 导轨一端与电源相连, 垂直于导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为B, 方向如图10所示.金属棒ab静止在导轨上, 棒与导轨成60°角, 此时, 通过金属棒的电流为I, 则金属棒所受的安培力大小为_______.

14.电磁炮是一种理想的兵器, 它的主要原理如图11所示.1982年澳大利亚国立大学制成了能把m=2.2 g的弹体 (包括金属杆CD的质量) 加速到v=10 km/s的电磁炮.若轨道宽l=2 m, 长s=100 m, 通过的电流为I=10 A, 则轨道间所加的匀强磁场的磁感应强度B=__________T, 磁场力的最大功率P=_________W (轨道摩擦不计) .

15.如图12所示, 厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中, 当电流通过导体板时, 在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差, 这种现象称为霍尔效应.实验表明, 当磁场不太强时, 电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d, 式中的比例系数k称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下:外部磁场的作用使运动的电子聚集在导体板的一侧, 在导体板的另一侧会出现多余的正电荷, 从而形成横向电场, 横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力, 当静电力与洛伦兹力达到平衡时, 导体板上、下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流I是由电子的定向流动形成的, 电子的平均定向移动速度为v, 电量为e.回答下列问题:

(1) 达到稳定状态时, 导体板上侧面A的电势_________下侧面A'的电势 (选填“高于”、“低于”或“等于”) ;

(2) 电子所受的洛伦兹力的大小为__________;

(3) 当导体板上、下两侧之间的电势差为U时, 电子所受静电力的大小为__________.

三、计算题 (本大题共3个小题, 共40分)

16. (10分) 电视机的显像管中, 电子束的偏转是用磁偏转技术实现的.电子束经过电压为U的加速电场后, 进入一圆形匀强磁场区, 如图13甲所示.磁场方向垂直于圆面, 磁场区的中心为O, 半径为r.当不加磁场时, 电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点.为了让电子束射到屏幕边缘P, 需加磁场, 使电子束偏转一已知角度θ, 此时磁场的磁感应强度B应为多少?

17. (13分) 如图14所示, 导体杆ab的质量为m, 电阻为R, 放置在与水平面夹角为θ的倾斜导轨上, 导轨间距为d, 电阻不计, 系统处于竖直向上的匀强磁场中, 磁感应强度为B, 电源内阻不计.问:

(1) 若导轨光滑, 电源电动势E多大能使导体杆静止在导轨上?

(2) 若杆与导轨之间的动摩擦因数为μ, 且不通电时导体不能静止在导轨上, 要使杆静止在导轨上, 电源的电动势E应为多大?

18. (17分) 如图15所示的竖直平面内有范围足够大、水平向左的匀强电场, 在虚线的左侧有垂直纸面向里的水平的匀强磁场, 磁感强度大小为B, 一绝缘轨道由两段直杆和一半径为R的半圆环组成, 固定在纸面所在的竖直平面内, PQ、MN水平且足够长, 半圆环MAP在磁场边界左侧, P、M点在磁场边界线上, NMAP段光滑, PQ段粗糙.现在有一质量为m、带电荷量为+q的小环套在MN杆上, 它所受电场力为重力的倍.现将小环从M点右侧的D点由静止释放, 小环刚好能到达P点.求:

(1) DM间距离x0;

(2) 上述过程中小环第一次通过与O等高的A点时半圆环对小环作用力的大小;

(3) 若小环与PQ间动摩擦因数为μ (设最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等) , 现将小环移至M点右侧4R处由静止开始释放, 求小环在整个运动过程中克服摩擦力所做的功.

参考答案

一、选择题

1. (D) 2. (D) 3. (C) 4. (A) 5. (C) 6. (B) 7. (A) 8. (B) 、 (C) 9. (B) 、 (C) 、 (D) 10. (D) 11. (A) 12 (A) 、 (B) 、 (C)

二、填空题

13.14.55;1.1×107

15. (1) 低于 (2) evB (3) eU/h或evB

磁场单元检测试题篇7

1.关于磁感应强度, 正确的说法是 ()

(A) 根据定义式, 磁场中某点的磁感应强度B与F成正比, 与IL成反比

(B) 磁感应强度B是矢量, 方向与电流所受安培力的方向相同

(D) 在确定的磁场中, 同一点的B是确定的, 不同点的B可能不同

2.如图1所示, 在竖直向上的匀强磁场中, 水平放置着一根长直导线, 电流方向指向读者, a、b、c、d是以直导线为圆心的同一圆周上的四点, 在这四点中 ()

(A) a、b两点磁感应强度相同

(B) a点磁感应强度最大

(D) b点磁感应强度最大

3.如图2所示, 直角三角形通电闭合线圈ABC处于匀强磁场中, 磁场垂直纸面向里, 则线圈所受磁场力的合力为 ()

(A) 大小为零

(B) 方向竖直向上

(D) 方向垂直纸面向里

4.用安培提出的分子电流假说可以解释下列哪些现象 ()

(A) 永久磁铁的磁场

(B) 直线电流的磁场

(D) 软铁棒被磁化的现象

5.两个相同的圆形线圈, 通以方向相同但大小不同的电流I1和I2, 如图3所示.先将两个线圈套在固定光滑绝缘杆上, 问释放后它们的运动情况是 ()

(A) 相互吸引, 电流大的加速度大

(B) 相互吸引, 加速度大小相等

(D) 相互排斥, 加速度大小相等

6.如图4所示, 一金属直杆MN两端接有导线, 悬挂于线圈上方, MN与线圈轴线均处于竖直平面内, 为使MN垂直纸面向外运动, 可以 ()

(A) 将a、c端接在电源正极, b、d端接在电源负极

(B) 将b、d端接在电源正极, a、c端接在电源负极

(D) 将a、c端接在交流电源的一端, b、d接在交流电源的另一端

7.一质子以速度v穿过互相垂直的匀强电场和匀强磁场区域而没有发生偏转, 如图5所示, 则 ()

(A) 若电子以相同速度v射入该区域, 将会发生偏转

(B) 无论何种带电粒子 (不计重力) , 只要都以速度v射入都不会发生偏转

(D) 若质子的速度v'>v, 它将向上偏转, 其运动轨迹既不是圆弧也不是抛物线.

8.长方体金属块放在匀强磁场中, 有电流通过金属块, 如图6所示, 则下面关于金属块上、下表面电势高低的说法中, 正确的是 ()

(A) 金属块上、下表面电势相等

(B) 金属块上表面电势高于下表面电势

(D) 无法比较上、下表面的电势高低

9.如图7所示, 在加有匀强磁场的区域中, 一垂直于磁场方向射入的带电粒子轨迹如图所示, 由于带电粒子与沿途的气体分子发生碰撞, 带电粒子的动能逐渐减小, 则下列说法中正确的是 ()

(A) 带电粒子带正电, 是从B点射入的

(B) 带电粒子带负电, 是从B点射入的

(D) 带电粒子带正电, 是从A点射入的

10.如图8所示, 在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上, 有两个质量和电量均相同的正、负离子 (不计重力) , 从点O以相同的速度先后射入磁场中, 入射方向与边界成θ角, 则正、负离子在磁场中 ()

(A) 运动时间相同

(B) 运动轨迹的半径相同

(D) 重新回到边界的位置与O点距离相等

11.如图9所示, 匀强磁场的边界为矩形abcd, 已知ab>ac.一束带正电的粒子以不同的速度v沿cd边从c点射入磁场, 不计粒子的重力, 关于粒子在磁场中的运动情况下列说法中正确的是 ()

(A) 入射速度越小的粒子, 其运动时间越长

(B) 从ac边出射的粒子的运动时间都相等

(D) 粒子不可能从bd、cd边出射

12.在绝缘光滑水平面内固定有一半径为R=0.50 m的绝缘光滑圆饼, 圆饼处在竖直向上的匀强磁场中, 磁感应强度为B=0.5 T, 有一质量为m=0.10 g的带负电的电量为q=1.6×10-3C的小球贴着圆饼的外侧做圆周运动, 如图10所示.则下列说法正确的是 ()

(A) 小球受到重力、水平面的支持力、洛伦兹力三个力的作用

(B) 小球运动的速度一定为4 m/s

(D) 若撤去圆饼, 小球运动的周期不变

二、填空题 (共4个题, 每空2分, 共20分)

13.一质子及一α粒子, 同时垂直射入同一匀强磁场中,

(1) 若两者由静止经同一电势差加速, 则旋转半径之比为___________.

(2) 若两者以相同的动能进入磁场中, 则旋转半径之比为____________.

(3) 若两者以相同的速度进入磁场中, 则旋转半径之比为___________.

14.如图11所示, 若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直, 面积分别为S1和S2, 且S1>S2, 但磁场区域恰好只有ABCD那么大, 则闭合电路abcd的磁通量Ф1和闭合电路ABCD的磁通量Ф2的大小关系为Ф1Ф2_________________ (填“<”、“=”或“>”)

15.如图12所示, a、b、c、d四种离子, 它们带等量同种电荷, 质量为ma=mb>mc=md, 以不等的速率va>vb=vc>vd进入速度选择器后, 有两种离子从选择器中射出, 进入磁感应强度为B2的磁场.由此可以判断射向D1的是__________离子. (不计重力)

16.如图13所示, 一带电为-q的小球, 质量为m, 以初速度v0竖直向上射入水平方向的匀强磁场中, 磁感应强度为B.当小球在竖直方向运动h高度时, 球所受的磁场力为______________.

17.一个电视显像管的电子束里电子的速度为v.这个显像管的位置取向刚好使电子水平地由南向北运动.已知地磁场的竖直向下分量为B, 则电子束偏向___________方向, 电子束在显像管里向北通过y距离时, 由于受洛伦兹力作用, 它将偏离原来入射方向的距离为_____________. (电子质量m, 电量e)

18.某一回旋加速器, 如图14所示, 两半圆形金属盒的半径为R, 它们之间的电压为U, 所处的匀强磁场的磁感应强度为B, 带电粒子的质量为m, 电荷量为q, 则所加交变电压的周期为___________, 带电粒子所能获得的最大动能为___________.

三、计算题 (3个题, 共32分)

19. (10分) 一根长L=0.2 m的金属棒放在倾角为θ=37°的光滑斜面上, 并通以I=5 A电流, 方向如图15所示, 整个装置放在磁感应强度为B=0.6 T, 竖直向下的匀强磁场中, 金属棒恰能静止在斜面上, 求:

(1) 该棒的重力为多少?

(2) 改变磁感应强度B, 也能使棒静止在斜面上, 问B至少多大?

20. (10分) 如图16所示, 等边三角形ABC有以B点为圆心的垂直于纸面的匀强磁场, 磁感应强度为B.一质量m、带电量q的粒子以速度v从A点沿AB方向射入磁场中, 要使该粒子飞出磁场后沿BC射出, 求圆形磁场区域的面积.

21. (12分) 竖直放置的半圆形光滑绝缘管道处在如图17所示的匀强磁场中, 磁感应强度为B=1.1 T, 管道半径为R=0.8 m, 其直径POQ在竖直线上, 在管口P处以v0=2 m/s的速度水平射入一个带电小球, 可把它视为质点, 其电荷量为q=10-4C (g=10 m/s2) , 试求:

(1) 小球滑到Q处的速度为多大?

(2) 若小球从Q处滑出瞬间, 管道对它的弹力正好为零, 小球的质量为多少?

答案参考

一、1. (C) 、 (D) 2. (C) 、 (D) 3. (A) 4. (A) 、 (D) 5. (B) 6. (A) 、 (B) 、 (D) 7. (B) 、 (D) 8. (C) 9. (B) 10. (B) 、 (C) 、 (D) 11. (B) 、 (C) 12. (C)

驻足美育拓宽教育磁场篇8

近年来，以中华优秀传统文化为主题的教育活动与艺术教育相结合，在校园内外广泛开展，构造具有独特风格的教育教学体系;以全面发展、个性张扬的素质要求，形成了学生群体优势，学校已成为鞍山教育特色发展的招牌名校。

一、创新艺术教育理念，驻足美育教育，拓宽教育磁场

（一）理解定义，锁定目标

什么是美育?美育是以培养学生感受、表现、鉴赏、创造美的能力为目标，从而促使学生追求人生的情趣与理想境界的教育。它可以分为狭义和广义两类。狭义的美育认为其专指“艺术教育”，其一般定义为“美感教育”、“审美教育”、“审美观和美学素养教育”等。所谓广义美育，有人认为：“真正的美育是将美学原则渗透于各科教学后形成的教育。”

（二）理念先行，提升学生素养

近年来，我校的艺术教育工作始终坚持贯彻《学校艺术教育工作规程》《全国学校艺术教育发展规划(2001年～2010年)》以及《辽宁省教育厅转发教育部关于进一步加强中小学艺术教育的意见的通知》精神，围绕新课程对艺术教育的要求，制定和落实学校艺术教育工作计划和艺术节活动方案，促进学校艺术教育发展，提高学生艺术素养，构建和谐校园。以“经典诵读传承文明，艺术课堂浸润人生”为主题的传统文化教育，已经成为我校独具特色的艺术教育风景线。此外，我们还将美育教育渗透于所有学科教学，使学生得到真正意义的素养提升。

（三）美育教育管理以艺术为中心，发散至所有学科

学校十分重视美育教育，以艺术为中心，并发散至所有学科。把艺术教育纳入日常教学管理工作中。学校艺术教育工作以《学校艺术教育工作规程》等文件精神为指导，遵循艺术教育工作规律和学生身心成长规律，坚持面向全体学生、分类指导、因地制宜、讲究实效的原则，突出学生的主体性，以培养学生感受美、鉴赏美、表现美和创造美的能力为重点，促进学生全面和谐发展。

1. 建立组织机构。

为加强对美育教育领导，学校成立了以倪拥校长为首的美育教育工作领导小组，副校长任副组长，组员由艺术教育主任及音、美教研组长等组成，定期研究、指导美育教育工作，下设工作小组和艺术教研组，具体实施美育教育工作。

2. 完善管理机制。

学校美育教育管理机制符合学校实际，实行统一规划、分类进行的管理方式和“整合资源，创新模式，挖掘内涵，凸显特色”的运作方式，既有美育教育发展长远规划，又有短期发展目标。学校定期召开美育教育工作会议，研究落实学校美育教育工作计划，重点商讨艺术节活动方案，分管领导参与音乐、美术等课程的教研活动，组织教师学习上级工作会议精神和《学校艺术教育工作规程》，探讨各学科教育教学中的具体实际问题。每月进行两次业务检查，音美教师每人开课(示范课、指导课、研究课等)不少于一次，学校领导跟踪听课，给予指导性评价，提出合理化建议，促进艺术课堂教学水平的提高。

3. 实施科学评价。

学校制定了美育教育工作的各项规章制度，如《宁远镇小学中心校美育教育工作制度》《教职工考评制度》，按照德、勤、能、绩四项内容对全体教职工实施评价。除此之外，学校还针对艺术教师特殊的教育教学岗位制订了《学校艺体教师奖惩制度》，制度规定，凡在艺术教育工作上做出突出贡献或在市级以上各类竞赛中获奖的个人和团体，给予物质奖励和精神表彰，并在职称评定、岗位考评、工作安排等方面给予适当照顾。在艺术教师的工作量方面，学校严格执行《辽宁省中小学课程设置标准》，艺术教师在配合学校和上级部门所开展的庆祝和纪念活动等，也记入工作量。

4. 搭建学习平台。

学校积极创造各种条件，为提高教师的专业素养搭建平台。一是鼓励和支持艺术教师进行本专业的进修学习;二是支持艺术教师参与艺术教育研究方面的课题实验;三是鼓励艺术教师外出学习，参加国家、省、市组织的艺术教研活动。四是重视教师专业学习资料的订购和积累，学校购置了专业专业书籍、光盘及各种资料达十几种。

5. 充实教学经费。

为保障艺术教育工作的全面开展，学校开辟多种渠道筹措经费，逐步配齐艺术教育器材，以保证艺术教育落到实处。

（四）教师队伍

雄厚的师资队伍是艺美育教育工作顺利完成的人力保障，学校特别重视加强艺术教师队伍的建设。

1. 我校艺术教师均具有良好的师德，极强的事业心和高度责任感，工作热情高，业务能力强。他们多次到乡镇送课下乡，参加国家级、省市级优质课评比、在基本功比赛、文艺汇演等活动中获奖。几年里，曾先后承担或参与完成市级以上课题，具有扎实的科研能力和较高的教学水平，为打造我校的名校工程起到很大的推动作用。

2. 目前我校有专职艺术教师15名，兼职艺术教师1名，符合艺术教育示范学校的艺术师资配备，大学本科学历15人，学历达标率100%。

（五）美育课程建设

1. 学校按照《辽宁省基础教育课程改革实验区义务教育阶段课程安排表》组织艺术教学，开齐课程、开足课时，每学期进行音乐、美术学科的三动测试，测试成绩记入学期的总成绩;在开足开齐艺术教育课程的同时，积极开辟第二课堂，成立艺术教育活动队，学校现已成立了合唱队、舞蹈队、大鼓队、古筝队、科技队、美术队、信息队、体育队、书法队、英语沙龙等等，全校一千多名同学可以自愿选择自己喜欢的活动队，孩子们在自己喜欢的活动队里尽情歌唱，纵情舞蹈，开心绘画，自由飞翔在艺术的舞台上……每学期期末，精彩的队活动展示都是一道亮丽的风景，凝聚了老师们一个学期的辛劳，给孩子们搭建了展示自我的平台。这里是艺术校园的浓缩与延伸。学生参与艺术教育率达100%。

2. 学校按国家规定的教育教学计划以及音乐、美术课程标准的要求，每学期均制定学期教学计划、单元教学计划和每课时的教案;音乐、美术列为期中、期末考查科目。几年来，学生艺术考试成绩合格率均在100%。根据学生综合素质进行三好学生、艺术之星的评比，每学期一次，评比结果公示，并进行表彰，大大提高了学生艺术学科学习的积极性。

3. 音乐、美术教师每人均有配套的专业教材。学校还鼓励音美教师充分利用现有多媒体设备和远程教育资源，将现代教育技术融入到艺术教学中。目前，我校每一位艺术教师都能熟练掌握网络资源的搜索和下载，灵活运用多媒体教学手段，并建立了教学视频等资源库，进一步开拓了艺术教学空间。

（六）课外艺术活动

1. 开展丰富多彩的校内外艺术活动。

学校利用课余时间开展艺术活动，做到“全体学生参与，所有场地全开放;有计划、有措施、有制度;定时间、定地点、定课时、定内容。每周一、周四下午的队活动时间里，给孩子们创建“长本领、练特长”的第二课堂空间。

2. 将艺术教育与美育有机结合。

学校在植树节、环境保护日、禁毒禁烟日、母亲节、国庆节等重大节日期间，举办经典诵读比赛、书画展、才艺展示等活动。在展示个人才艺的同时进行环保教育、健康教育、安全教育、感恩教育和爱国主义教育。举办综合性的艺术节是集中展示我校艺术教育成果的重要途径。学校每年都举办一次“文化艺术节”，包含音、体、美、文化各方面内容，这种综合性艺术活动给每一位老师和学生提供了广阔的展示自我的空间，使师生经历了文化艺术的洗礼。现在，一些活动已成为学校的传统活动，如春秋季运动会、四月读书节、六月艺术节、十月歌唱比赛、英语文化节展示、元旦长跑、冬季三项赛、新年师生素质展示会等，师生参与率已达到百分之百。

3. 充分发挥课外、校外美育活动的辐射作用。

每年重大节日学校组织大鼓队、古筝队、合唱队、舞蹈队等艺术团队参加各级文艺演出，增强了广大学生的社会服务意识和社会责任感。每学年组织开展专题性队活动展示并邀请家长到校参观，既拉近了学校与家庭、社区的距离，又起到了积极的辐射作用，赢得了良好的社会效应。

（七）校园文化建设

营造良好的校园文化艺术环境。学校的每一面墙壁、每一块土地、每一处角落都洋溢着文化艺术的芳香：教育名言、《论语》《弟子规》《劝学》、名人书画、学生作品等，使每个学生都受到文化的教育和艺术的熏陶。

通过诵读儒家经典诗文和中华精美篇章，如《论语》《三字经》《弟子规》等，提高学生的文化艺术修养。一方面我们把儒家文化和中华精美篇章集合成册，让学生诵读;一方面把这些承载着传统文化精髓的美文名篇搬进校园和课堂，使校园内的每一面墙壁、每一块土地、每一处角落都会“说话”;另一方面，我们还让这些“经典”通过学生的一言一行转化为行动，走进家庭，走进社区和社会，从而使中华传统美德得以广泛传承。

（八）美育教育条件

学校现有音、体、美、舞蹈、绘画等专用功能室各一处，多媒体室三间，计算机200余台，各室清洁卫生制度上墙，并有专人负责。音乐室配备了钢琴、乐谱架、音乐专用黑板、打击乐器，并有学生乐队设施;美术室配备了座椅、画架、画板等器材设备，基本满足了教学工作的需要。另外学校每年还投入大量资金用于器材设备的更换或维修，如课桌椅、录音机、演出服装等，保证教学工作顺利开展。

二、以美育磁场吸引学生参与，激发师生潜能

美育教育活动的广泛开展，丰富了孩子们的课余文化生活，传承了民族优秀文化，培育了高雅艺术素养，体验美、欣赏美、表现美、创造美的能力得到培养;舞台的实践演出，培养了学生的表现力、自信心，紧张的节目排练，锻炼了学生吃苦耐劳的精神，集体主义、合作配合意识得以加强，集体荣誉感进一步提高。

1. 收获。

2005年全国“落实学生在校活动一小时”的现场开幕式上，学校百人舞蹈队扎实的基本功赢得了与会领导和来宾的一致好评;军乐队获省三队大赛一等奖;书画队多次参加中日小学生书画大赛等国家级书画比赛，载誉而归。在全员参与学校艺术教育活动过程中，学校开展“班班有歌声，人人有特长”活动;“红诗辽宁”活动畅响校园，荣获全区比赛一等奖;学校每月统一安排不同主题的文体活动竞赛，活动具有娱乐性、趣味性、艺术性、挑战性、对抗性，师生乐于参与其中。

大鼓队是我校艺术特色的一个分支，一曲《鼓名盛世》展示在各级舞台上;古筝是我们艺术教育方面的一朵奇葩，已有五年的培养历史，表演的节目也在区、市比赛中取得了优异的成绩;校园里的足球明星们驰骋球场，进军首都，取得一个又一个好成绩。

十几年来，学校的艺术美育教育工作积累了一定的经验，取得了一定的成绩。学校先后被评为全国群众体育先进单位、全国体育传统项目百强校、国家体育锻炼标准先进单位。2012年5月，学校被评为全国文化建设示范校、辽宁省美育研究基地。

2. 延伸。

通过美育教育活动，我们体会到了“育人”的长期性、艰巨性，也感受到了成功的喜悦、劳动的甘甜。学校营造了健康向上的校园文化环境和艺术育人氛围，进一步构建了和谐校园，在全面实施素质教育、促进学生德智体美全面发展的道路上又前进了一步。美育教育硕果累累。学校加强了与社区、街道、家长的合作联系，拓宽了学生艺术活动的舞台，为学生进一步融入社会、构建和谐社会打下一定的基础。通过美育教育活动，我校的影响力进一步得到提高，兄弟学校领导、上级领导、家长代表多次来校观摩艺术活动。这些艺术活动受到多方好评，多次在市级比赛中获奖，也为学校赢得了更好的社会声誉。

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