电磁的力学原理论文

电磁的力学原理论文（精选12篇）

电磁的力学原理论文 篇1

一、引言

“物理学”是美的, 具有物理规律的简洁美和形式统一美。我们可以将性质相似的内容进行比较学习, 找出公式表达形式的形似性和内容内涵的可对比理解性, 使物理的学习更加简单, 使物理学的“美”真正地在教师教学和学生学习中体现出来。本文笔者比较学习了力学中的物体平动和刚体定轴转动、万有引力势能和电势能、电场的能量和磁场的能量。

二、力学中物体平动和刚体定轴转动

物体的平动和刚体的定轴转动是经典力学的重要组成部分, 对于平动和转动两部分的重要概念和定理, 形式和内容上是很相似的。下面, 我们分别从平动中的牛顿第二定律、动能、动量、动量定理、动量守恒定律与转动中的转动定律、转动动能、角动量、角动量定理、角动量守恒定律几个方面进行比较分析。

(一) 动力学特征

牛顿第二定律是分析物体平动运动状态和力的关系的基础:

定轴转动定律是分析刚体定轴转动状态和力矩关系的基础:

平动物体的受力与转动刚体的力矩相对应, 平动物体质量与刚体的转动惯量相对应, 平动物体的加速度与刚体的转动角加速度相对应。质量m是平动物体惯性大小的量度, 质量越大, 物体的运动状态越不容易改变。同样, 转动惯量I是刚体转动惯性大小的量度, 转动惯量越大的物体, 刚体的转动状体越不容易改变。

同理, 平动物体的速度对应转动刚体的角速度, 所以可以得到平动物体动能表达式和定轴转动物体动能表达式具有相同的形式。

平动物体动能为:

定轴转动物体动能为:

(二) 动量与角动量

物体运动具有的动量定义为质量乘以速度:

物体动量的时间变化率等于物体所受合力, 这是动量定理的内容, 公式表示为:

由上式可知, 当合外力为0时, 动量守恒。

刚体定轴转动定义了质点角动量的概念, 是位置矢量乘以动量:

刚体的角动量定理公式是:

即刚体角动量的时间变化率等于物体所受合外力矩。根据此式, 可以得到合外力矩为0时, 角动量守恒。

可见, 平动中动量与转动中的角动量对应, 力与力矩相对应, 这样就很容易理解和记忆动量定理、角动量定理、动量守恒定律和角动量守恒定律。

三、万有引力势能和电势能

万有引力和电场力都是保守力, 而且力的表达式具有相似的形式, 我们通过力做功来分析万有引力场势能和电场势能。

分析万有引力势能, 先从万有引力做功入手, 考察两个星体M和m之间的万有引力做功, 如图1所示。根据万有引力定律, 两者之间的万有引力为:

根据变力做功原理, 先求出m在c点处微段位移范围内万有引力做功d W:

因为微段位移的大小, 所以

可求得星体m从a点到b点万有引力做功为:

选择无穷远为万有引力势能零点, a点处的万有引力势能为

两个点电荷之间的相互作用力由库仑定律给出, 形式上与万有引力一致,

如图2所示, q是施力电荷, q0是试验正电荷。我们看到, 图2和图1的区别就在于图2中电场力的方向是与的方向相同, 而图1中万有引力的方向与的方向相反, 所以我们可以不用计算, 根据公式 (12) , 就可以类比得到q0从a点移动到b点电场力做功为

选择无穷远为电势能零点, a点处电势能为

四、电场能量和磁场能量分析

下面通过电场和磁场的建立过程, 分别讨论电场能量和磁场能量。

(一) 电场能量

通过电容器充电逐步建立电场的过程来分析电场的能量, 如图3所示。

假设电容器在充电某时刻极板带电量为q, 两个极板间的电势差为Uq, 此时如果要充入dq的电量, 电源需要做功

电容器充电完成后极板带电为Q, 两极板之间的电势差为U, 在整个充电过程中, 电源做功为

根据功能原理, 电源做的功等于电容器充电后存储的能量

根据

得到

Sd是两极板间存在电场的空间体积, 所以, 电场能量的密度为

其中D=εrεoE, 为电位移矢量。

(二) 磁场能量

磁场能量可以通过线圈通电逐步建立磁场过程来分析。如图4所示, 将一个自感系数为L的线圈与电源相连, 由于自感现象, 线圈中的电流是逐渐增加, 最后到达一个稳定值的, 这个过程也是线圈中磁场逐步建立的过程。

设在充磁过程中, dt时间内通过线圈的电荷为dq, 则dt时间内电源ε克服自感电动势εL做功d A为:d A=-εLdq=Idt=LId I (21)

电流由零变到稳定值I0, 整个过程电源做功为

根据功能原理, 电源做的功等于线圈中建立的磁场的能量

根据线圈的自感系数及磁场与电流之间的关系L=μn2V, B=μnlO (24)

得到

所以, 磁场的能量密度为

其中H是磁场强度,

电场和磁场能量的分析都是通过各场逐渐建立过程做功来分析的, 而且最后的公式具有很好的对比记忆性。如公式 (23) 式和 (27) 式所示, 电场能量密度是二分之一倍的电场强度和电位移矢量的乘积, 磁场能量密度是二分之一倍的磁感应强度和磁场强度的乘积。而电位移矢量是在分析电场与电介质作用时引入的一个概念, 磁场强度是在分析磁场与磁介质相互作用时引入的概念。对于一个电磁场的初学者, 能够这样对比分析, 很容易记住这些原理和公式。

五、结束语

本人通过多年湖北省省级精品课程“大学物理”的比较教学实践, 发现学生的物理学习成绩大有改观。学生通过比较学习之后, 觉得记忆的内容和所花的时间成倍减少。本文仅仅举了一些经典力学和电磁学中的例子, 希望以后能够把整个大学物理阶段的比较学习系统地整理出来。

摘要：“大学物理”是所有高校理工科的重要基础课, 本文笔者针对很多学生觉得物理难、定理和公式多、记不住等问题, 利用比较方法学习经典力学和电磁学中部分内容, 通过类比分析、类比记忆, 使看似复杂、繁多的物体定律、公式变得有序可循, 需要记忆的量成倍减少。

关键词：大学物理,比较学习,类比记忆

参考文献

廖耀发.大学物理教程[M].北京:高等教育出版社, 2008.

电磁的力学原理论文 篇2

电磁猝变动力学的几个基本概念

对RL电路的一种暂态过程引入了急动度函数,还引入了感应电动势的`时间变率、位移电流的时间变率和Appell函数等概念,讨论了LC振荡电路和简谐振动中的Appell函数守恒问题.

作 者：黄沛天 徐学翔 马善钧 贺梅英 HUANG Peitian XU Xuexiang MA Shanjun HE Meiying  作者单位：黄沛天,徐学翔,马善钧,HUANG Peitian,XU Xuexiang,MA Shanjun(江西师范大学物理与通信电子学院,南昌,330027)

贺梅英,HE Meiying(宁波工程学院基础部,浙江,宁波,315016)

刊 名：科技导报  ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY REVIEW 年，卷(期)： 25(3) 分类号：O4 关键词：猝变动力学   急动度函数   感应电动势的时间变率   位移电流的时间变率   Appell函数  

电磁的力学原理论文 篇3

1.测动摩擦因数μ

例1（2014年江苏卷第13题）如图1所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为θ，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层.匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直.质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端.导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g.求：

（1）导体棒与涂层间的动摩擦因数μ；

（2）导体棒匀速运动的速度大小v；

（3）整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q.

解析（1）在绝缘涂层上受力平衡，得mgsinθ=μmgcosθ

解得 μ=tanθ.

（2）在光滑导轨上的感应电动势 E=Blv

感应电流 I=ER

安培力 F安=BLI

受力平衡 F安=mgsinθ

解得 v=mgRsinθB2L2

（3）摩擦生热

QT=μmgdcosθ

能量守恒定律

3mgdsinθ=Q+QT+12mv2

解得Q=2mgdsinθ-m3g2R2sinθ2B4L4.

赏析题目背景新颖，利用导体棒的受力平衡条件求解动摩擦因数μ.题目中两次使用平衡条件，求解动摩擦因数μ和切割速度，考察了学生对平衡条件的综合应用能力，同时通过求解电阻产生的焦耳热Q，考察了学生对功能关系的掌握程度.

2.双杆问题的综合应用：

例2（2014年天津卷第10题） 如图2所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L=0.4 m.导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为

MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面图2向上，两磁场的磁场感应度大小均为B=0.5 T.在区域Ⅰ中，将质量m1=0.1 kg，电阻R1=0.1 Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑.然后，在区域Ⅱ中将质量m2=0.4 kg，电阻R2=0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑.cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g=10 m/s2，问

（1）cd下滑的过程中，ab中的电流方向；

（2）ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；

（3）从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x=3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少？

解析（1）由右手定则可以直接判断出电流是由a流向b.

（2）开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有

Fmax=m1gsinθ ①

设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有

E=BLv ②

设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有

I=ER1+R2 ③

设ab所受安培力为F安，有

F安=ILB ④

此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有

F安=m1gsinθ+Fmax ⑤

综合①②③④⑤式，代入数据解得

v=5 m/s ⑥

（3）设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒有

m2gxsinθ=Q总+12m2v2 ⑦

又Q=R1R1+R2Q总 ⑧

解得Q=1.3 J

赏析本题是一个双杆问题（双杆为“静+动”模型不超纲），同时有双区域磁场，题目设计巧妙，通过对ab杆的受力分析考察了学生的基础，通过对ab杆产生热量的计算，考察了学生对知识综合应用的能力.

3.画F-x图象

例3（2014年安徽卷第23题）如图3所示，匀强磁场的磁感应强度B为0.5 T，其方向垂直于倾角θ为30°的斜面向上.绝缘斜面上固定有“A”形状的光滑金属导轨的MPN（电阻忽略不计），MP和NP长度均为2.5 m，MN连线水平，长为3 m.以MN中点O为原点、OP为x轴建立一维坐标系Ox.一根粗细均匀的金属杆CD，长度d为3 m，质量m为1 kg、电阻R为0.3 Ω，在拉力F的作用下，从MN处以恒定速度v=1 m/s在导轨上沿x轴正向运动（金属杆与导轨接触良好）.g取10 m/s2.

（1）求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x=0.8 m处电势差UCD；

（2）推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式，并在图4中画出F-x关系图象；

（3）求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热.

解析 （1）金属杆CD在匀速运动中产生的感应电动势

E=Blv（l=d），E=1.5 V（D点电势高）

当x=0.8 m时，金属杆在导轨间的电势差为零.设此时杆在导轨外的长度为l外，则

nlc202309012350

l外=d-OP-xOPd

OP=MP2-（MN2）2

得l外=1.2 m

由楞次定律判断D点电势高，故CD两端电势差

UCD=-Bl外v， UCD=-0.6 V

（2）杆在导轨间的长度l与位置x关系是

l=OP-xOPd=3-32x

对应的电阻R1为R1=ldR，电流I=BlvR1

杆受的安培力F安=BIl=7.5-3.75x

根据平衡条件得F=F安+mgsinθ

F=12.5-3.75x（0≤x≤2）

画出的F-x图象如图5所示.

（3）外力F所做的功WF等于F-x图线下所围的面积，即

WF=5+12.52×2 J=17.5 J

而杆的重力势能增加量ΔEp=mgsinθ

故全过程产生的焦耳热Q=WF-ΔEp=7.5 J

赏析根据题意先写出杆在导轨间的长度l与位置x的关系表达式，然后利用安培力公式，根据平衡条件得到安培力的表达式，从而画出F-x图象.同时本题重点要理解F-x图象中图线所围面积的物理意义即外力F做的功，然后用能量守恒定律就能求出Q.

4.求解外力的功率

例4（2014年全国卷Ⅱ第25题）半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内，一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面，BA的延长线通过圆导轨中心O，装置的俯视图如图6所示.整个装置位于一匀强磁场中，磁感应强度的大小为B，方向竖直向下.在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻（图中未画出）.直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动，在转动过程中始终与导轨保持良好接触.设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，导体棒和导轨的电阻均可忽略.重力加速度大小为g.求

（1）通过电阻R的感应电流的方向和大小：

（2）外力的功率.

解析（1）在Δt时间内，导体棒扫过的面积为

ΔS=12ωΔt[（2r）2-r2] ①

根据法拉第电磁感应定律，导体棒上感应电动势的大小为

ε=BΔSΔt ②

根据右手定则，感应电流的方向是从B端流向A端.因此，通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端.由欧姆定律可知，通过电阻R的感应电流的大小I满足

I=εR ③

联立①②③式得

I=3ωBr22R ④

（2）在竖直方向有mg-2N=0 ⑤

式中，由于质量分布均匀，内、外圆导轨对导体棒的正压力大小相等，其值为N，两导轨对运行的导体棒的滑动摩擦力均为

f=μN ⑥

在Δt时间内，导体棒在内、外圆轨上扫过的弧长为

l1=rωΔt ⑦

和

l2=2rωΔt ⑧

克服摩擦力做的总功为

Wf=f（l1+l2） ⑨

在Δt时间内，消耗在电阻R上的功为

WR=I2RΔt ⑩

根据能量转化和守恒定律知，外力在Δt时间内做的功为

W=Wf+WR B12

外力的功率为

P=WΔtB12

由④至B12式得

P=32μmgωr+9ω2B2r44RB13

赏析导体绕O点以角速度ω切割磁感线，求解感应电流，可根据法拉第电磁感应定律或导体切割磁感线的公式进行求解，难点是克服摩擦力做功要分成两部分求解，本题既考察了学生的基础又考察了学生的能力，对做功能量转化问题分析的能力.题目新颖，区分度高.这类题目将在高考复习中作为重点题型进行复习.

（收稿日期：2015-03-09）

对电磁铁衔铁力学稳定性的分析 篇4

1 矩形截面直流电磁铁结构

有一电磁铁由宽度为a、厚度为b、磁导率为μ的磁路组成, 可认为磁路材料为理想导磁体材料, 磁铁上绕有N匝载有电流为I的线圈, 衔铁可在x、y两个方向上可移动, 电磁铁结构如图1所示。

2 虚位移法原理

对N个载流回路系统, 设它们分别与N个电动势相连, 对于某一电流回路j, 假设在磁场力作用下发生位移dxi, 其他回路保持不动, 这时外电源做功dWs等于磁场储能增加量dWm和磁场力做功dW之和, 在直角系内可表示为:

undefined

其中undefined

dψk是电流回路j与所有回路相交链的磁链改变量。

在保持各回路电流不变, 即Ik为常量时有

undefined

第j个电流回路在xi方向受到磁场力为

undefined

下标I表示求偏导时, 电流稳定。

与 (6) 式对应的矢量式为:

F= (∇Wm) I (7)

3 衔铁力学稳定性分析

如图1所示, 磁通应走磁阻最小路径, 由于是理想导磁体, 故磁导率μ→∞, 气隙中B线应垂直于磁铁表面, 当衔铁处于如图1所示位置时, 磁力线分布应如图1所示。磁铁中磁场强度为undefined, 故磁场能量undefined, 所以, 电磁铁磁场能量主要分布在气隙中。设图中左、右侧气隙的横截面积、气隙中磁通和场强分别为S1、ϕm1、H1和S2、ϕm2、H2, 由于磁通连续, 在如图1所示直角坐标系中有:

ϕm1=B1S1=μ0H1 (a-x) b=μ0H2xb=B2S2=ϕm2 (8)

H1 (a-x) =H2x (9)

(H1+H2) y=NI (10)

解 (9) 、 (10) 得

undefined

两边气隙中磁场总能量为:

undefined

由 (7) 式得衔铁所受磁场力为:

undefined

由 (13) 式可见, 当x

若取undefined

得undefined

这时衔铁受到向上最大吸力是

undefined

其中S=ab, 为电磁铁横截面积。

由 (16) 式可见, 最大吸力在电磁铁横截面积、匝数、电流确定情况下, 还与气隙间距y2成反比, 当y→0时, 最大吸力趋于无限大。电磁铁吸力与衔铁位置及气隙间距关系如图2所示。

由 (13) 式可见, 衔铁所受横向力为:

undefined

由 (17) 式知, 当undefined时, Fx>0, Fx向x轴正方向;当undefined时, Fx<0, Fx向x轴负方向;故衔铁受到横向力总是力图使它维持在横向的中央位置, 当undefined时, Fx=0, 衔铁受到横向平衡力作用, 这时对于一定的气隙y值, 系统磁能处于最小状态, 可见磁场力在对衔铁的作用过程中磁能总是自动趋于减少, 以维持系统稳定。

4 小结

通过以上分析可知, 对于矩形横截面积电磁铁, 当衔铁位于横向中央位置时, 横向力达到平衡, 纵向吸力达到最大值, 且随气隙间距减小而增大, 这时系统磁能达到最小, 状态为稳定平衡状态。以上对电磁铁衔铁力学特性的分析, 导出了电磁能和磁力与电磁铁各主要尺寸间的解析关系, 通过分析各主要参数对力、磁能特性的综合影响, 其结论在工业设备和自动化装置中有重要的应用价值。

摘要：用虚位移法对矩形截面直流电磁铁衔铁的力学稳定性进行了分析, 推出了特性关系和力学曲线, 可知对矩形横截面积电磁铁, 当衔铁位于横向中央位置时, 横向力达到平衡, 纵向吸力达到最大值, 且随气隙间距减小而增大, 这时系统磁能达到最小, 状态为稳定平衡状态。对电磁铁衔铁力学特性的分析, 推出了电磁能和磁力与电磁铁各主要参数的解析关系, 其结论在工业设备和自动化装置中有重要的应用价值。

关键词：电磁场与微波技,电磁场理论,电磁铁,稳定性

参考文献

[1]白志红, 周玉虎, 熊光煜.电磁铁的动态特性的仿真模型与计算分析[C].2004年全国直线电机学术年会论文集, 2004.

[2]潘立新, 张渊, 白师贤.电磁机构中电磁铁动态吸力特性的测定[J].高压电器, 1990, 26 (1) :35-36.

[3]李勇, 丁凡, 李其朋.电磁铁力特性测试系统的研究[J].传感技术学报, 2007, 20 (10) :2353-2356.

[4]许福永, 赵克玉.电磁场与电磁波[M].北京:科学出版社.2005:115-118.

电磁流量传感器的工作原理 篇5

E=BVD（V）

式中：E－感应电动势 V

B－磁场的磁通密度 T

V－导电液体平均流速 m/s

电磁的力学原理论文 篇6

【关键词】跳高 起跳 摆动动作 摆动腿

引言

在体育运动中，人的运动都是在大脑皮层支配下，由人体各器官系统的协调活动实现的。但在人体运动中，身体各部分所承担的任务及所起的作用是不相同的，即有主次，由主要部分和配合部分之分。某个动作往往主要是由身体的某个部分完成的，但身体的其余部分的协调配合作用也是很重要的。跳高踏跳主要是由踏跳腿完成，但如果没有两臂和摆动腿的积极配合，起跳动作就难以做好。

一、跳高的概念

跳高是由人体经过一段直线助跑与弧线助跑后，以远离横杆的脚起跳，摆侧手臂，头，肩，腰，髋，两大腿，小腿与脚依次仰卧旋转过杆，用肩，背的上部着海绵堆的一种跳高技术。跳高技术是由助跑，（预先助跑，直线助跑，弧线助跑），过渡阶段，起跳，过杆和落地4部分组成的有机整体。

二、摆动动作的合理配合

摆动动作是指人体肢体为增加全身活动的协调性即增加动作效果而绕某一轴进行的一定幅度的转动。在跑跳动作中，所谓“蹬摆”脱节说明没有很好的利用蹬摆动作的合理配合规律。在实践中，初学者的摆动动作往往落后于蹬地动作，这对踏跳动作是不利的，它会加大踏跳退蹬伸阶段负担使瞪伸动作迟缓。在实践中还会看到另一种情况，所谓“摆动动作超过了瞪伸动作”，即摆动动作过快，超过了蹬地腿负荷能力。只有蹬 摆动作合理配合，才能使动量的传递顺利有效的完成。肢体摆动的配合形式对动作完成效果有很大影响。

三、跳高摆动技术

1.摆动腿的摆动

跳高采用的是屈腿或折叠式的摆动方法。摆动动作在蹬伸阶段减速到接近最高点时的制动动作，可造成身体重心加速向上运动，这样就减少了起跳腿的负荷，达到提高起跳蹬伸动作速度的目的。起跳前摆动腿支撑技术是助跑与起跳衔接的枢纽，具有承上启下的作用。摆动腿支撑技术的好坏直接影响助跑速度的保持和发挥、最后一步的步长、摆动腿的摆动效果以及起跳开始瞬间的身体姿态。

2.两臂的摆动

摆臂的方法有交叉双臂摆动和交叉双臂摆动两种。交叉双臂摆动的方法是，在起跳放腿阶段，随着起跳腿的前伸，起跳腿同侧臂交叉后引，而异侧臂像自然跑进一样向前摆出，但保持在相对较低的位置。当起跳腿同侧臂屈肘前摆时，双臂同时向前上方摆起，带动躯干伸展。交叉单臂摆动方法是，当起跳腿踏向起跳点时，两臂仍然自然的做前后摆动，随着摆动腿的摆动，起跳腿的同侧臂顺势迅速上举。两种摆臂方法在起跳蹬伸结束阶段与摆动腿相配合，采用制动动作，以增加蹬地力量。

3.摆腿和摆臂动作在跳高项目中具有重要意义

（1）协调人体动作，维持人体平衡。（2）摆动所产生的惯性力可反射性的加大地面对人体的支撑反作用力。（3）摆动的结果提高了起跳离地瞬间的身体中心的高度。做摆动动作时，由于摆动环节的质量向上移动改变了身体的质量分布，因而使得人体总中心的相对位置升高。（4）摆动动作的突停，可促进摆动肢体的动量距想全身的转移，增加了躯干和起跳腿向上的速度。

四、结论与建议

1.结论

1.1多数运动员起跳前摆动腿缓冲幅度过大，摆动腿蹬伸不积极，导致助跑速度损失严重，同时也影响了最后一步的步长。

1.2运动员在起跳结束瞬间起跳腿髓、膝、踩三关节没有充分伸展。原因是多方面的：首先与起跳开始瞬间放脚技术有关，放脚技术影响起跳阶段缓冲效果；部分运动员起跳过程中缓冲幅度过大，经相关分析，其原因主要受放脚技术和起跳腿伸肌的离心收缩能力的双重影响；另外还可能与踩关节的力量和柔韧性有关；当然，起跳腿是否充分蹬伸与起跳腿的绝对力量是分不开的。

2.建议

2.1运动员应根据专项技术特点发展摆动腿的力量，改进起跳前摆动腿支撑技术。

2.2建议着重发展起跳腿伸肌的离心收缩能力，离心收缩能力的加强一方面能够防在起跳阶段起跳腿出现缓冲幅度过大的现象；另一方面还有利于把握蹬伸时机，避免蹬伸时机晚而造成身体过早地倒向横杆；另外离心收缩能力的提高还有利于在起跳的冲阶段将助跑所获得的水平动能转化为起跳腿伸肌的弹性势能，时还能提高缓冲阶起跳腿伸肌的离心收缩速度，使神经系统产生较强的牵张性反射，从而有利于起跳腿蹬伸阶段产生较强的向心收

【参考文献】

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[2]帖佐宽章，佐佐木秀辛，等.青少年田径技术训练丛书—跳高[M] .人民体育出社.2001

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[4]陈洁敏，等.对我国部分优秀男子跳高运动员起跳技术的运动学分析[J].中国体育科技，2001，37（4）：37-40.

[5]文超，等.田径运动高级教程[M].北京：人民体育出版社2003：434-445.

[6]张春合，尹小波.对背越式跳高部分技术和原理的审视[J]体育科学究，2008，12（1）：68-70.

[7]弗拉基米扎齐奥尔斯基.运动生物力学[M].陆爱云，译.北京：人民体育出版2000：290-309.

[8]陈毅清，马俊明.摆动腿在背越式跳高技术中的运动力学分析[J].军事体育进修学院学报，2005，24（4）：76-77.

电磁的力学原理论文 篇7

由于对大部分高中学生来说，解答电磁学和力学结合习题，有较大的难度，从受力分析结合动能定理的规律去考虑，是正确简便的思路.本文就如何应用动能定理解电磁学和力学结合习题进行举例，以期给大家学习“电磁学”和应付考试带来一些帮助.

例1如图1所示，以两虚线为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场，宽度为d，两侧为相同的匀强磁场，方向垂直纸面向里.一质量为m、带电量+q、重力不计的带电粒子，以初速度v1垂直边界射入磁场做匀速圆周运动，后进入电场做匀加速运动，然后第二次进入磁场中运动，此后粒子在电场和磁场中交替运动.已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍，第三次是第一次的三倍，以此类推.求

(1)粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功W1.

(2)粒子第n次经过电场时电场强度的大小En.

解析:(1)设匀强磁场的磁感应强度大小为B，根据牛顿第二定律得:，因为r2=2r1，所以v2=2v1，对粒子第一次经过电场的过程应用动能定律得:

把v2=2v1代入解得:

(2)粒子第n次经过电场的过程应用动能定律得:

由及第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍，第三次是第一次的三倍，以此类推得:vn=nv1,vn+1=(n+1)v1.

例2如图2所示，两足够长的光滑金属导轨竖直放置，相距为L，一理想电流表与两导轨相连，匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为m、有效电阻为R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放.导体棒进入磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定为I.整个运动过程中，导体棒与导轨接触良好，且始终保持水平，不计导轨的电阻.求:流经电流表电流的最大值Im.

解析:电流稳定后，导体棒做匀速运动:BIL=mg(1)

由题意知，导体棒刚进入磁场时的速度最大，设为vm

由动能定律:

感应电动势的最大值:Em=BLvm(3)

感应电流的最大值:

联立(1)(2)(3)(4)解得:

例3 1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图3所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，加速电压为U.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.

(1)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比;

(2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t.

解析:(1)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1，速度为v1，由动能定律得:

根据牛顿第二定律得:

同理，粒子第2次经过狭缝后的半径:

(2)设粒子到出口处被加速了n圈，根据动能定律、牛顿第二定律及周期公式得:

例4如图4所示，直线形挡板p1p2p3与半径为r的圆弧形挡板p3p4p5平滑连接并安装在水平台面b1b2b3b4上，挡板与台面均固定不动.线圈c1c2c3的匝数为n，其端点c1、c3通过导线分别与电阻R1和平行板电容器相连，电容器两极板间的距离为d，电阻R1的阻值是线圈c1c2c3阻值的2倍，其余电阻不计，线圈c1c2c3内有一面积为S、方向垂直于线圈平面向上的匀强磁场，磁场的磁感应强度B随时间均匀增大.质量为m的小滑块带正电，电荷量始终保持为q，在水平台面上以初速度v0从p1位置出发，沿挡板运动并通过p5位置.若电容器两板间的电场为匀强电场，p1、p2在电场外，间距为l，其间小滑块与台面的动摩擦因数为μ，其余部分的摩擦不计，重力加速度为g.求:(1)小滑块

通过p2位置时的速度大小.(2)电容器两极板间电场强度的取值范围.

解析:(1)小滑块运动到位置p2时速度为v1，由动能定理有:

(2)由题意可知，电场方向如图5，若小滑块能通过位置p，则小滑块可沿挡板运动且通过位置p5，设小滑块在位置p的速度为v，受到的挡板的弹力为N，匀强电场的电场强度为E，由动能定理有:

当滑块在位置P5时，由牛顿第二定律有:

电磁的力学原理论文 篇8

电磁线圈在电力系统中应用非常广泛,在高压电器领域,电磁线圈应用在高压断路器的合闸回路及分闸回路中。高压断路器是电力系统中最重要的开关设备,正常运行时,断路器可以接通和切断电气设备的负荷电流;在电力系统发生短路故障时则能可靠切断短路电流,防止事故扩大,保证电力系统安全运行,因此断路器的操控是电力系统最重要的操作控制。跳闸操作:断路器控制器发出分闸命令,分闸电磁线圈励磁,启动阀系统或挚子系统,通过液压或弹簧力的释放,驱动断路器灭弧室的主触头,完成断路器的分闸操作,当断路器跳闸操作完成即刻,断路器的动合触头(辅助开关)QF1立即断开,断开分闸电磁线圈回路。合闸操作:断路器控制器发出合闸命令,合闸电磁线圈励磁,启动阀系统或挚子系统,通过液压或弹簧力的释放,驱动断路器灭弧室的主触头,完成断路器的合闸操作,当断路器合闸操作完成即刻,断路器的动合触头(辅助开关)QF2立即断开,断开合闸电磁线圈回路。

在许多应用电磁线圈的场合,特别是应用在高压断路器中,要求电磁线圈体积小、功率大,为确保电磁线圈安全,电磁线圈的通电时间有严格限制。如果断路器的动合触头(辅助开关)出现故障,无法迅速完成合闸向分闸的转换,这样电磁线圈无法及时断电,使电磁线圈因通电时间过长而烧毁;还有一些故障是电磁线圈因通电时间延长,使电磁线圈过热,导致电磁线圈绝缘损坏。

根据电力集团公司、省(自治区、直辖市)电力公司(局)的统计,从1990年到1999年10年中,10～220 k V等级配电开关共发生事故1 608次,其中拒分事故发生331次,占事故总数的20.6%;拒合事故发生了90次,占事故总数的5.6%,这种拒分、拒合故障中,多数电磁线圈由于不能限时断电而烧毁。因此电磁线圈限时通电及确保电磁线圈安全运行,一直是电力系统中倍受关注的问题。

另外,电磁线圈中电流由导通转断开的过程,会产生很高的感应电动势,危及电磁线圈的绝缘。

1 XQB系列电磁线圈保护装置的原理

1.1 电磁线圈损坏原因

温度是一个基本的物理量,许多设备的故障是由过热而造成的。在正常运行时,电磁线圈在规定时间段内,工作电流产生的能量转变为热能,使线圈温度升高,一般不会超出规定范围;但如果通过工作电流时间超过规定值,会使电磁线圈过热,而使线圈的物理性能及绝缘性能迅速下降,甚至损坏线圈。另一个原因是过高的反电动势,使线圈匝间绝缘受到破坏。

1.2 XQB系列电磁线圈保护装置的原理框图

ZH-XQB型电磁线圈保护装置的原理框图见图1。

1.3 工作原理

1)直流电磁线圈通电工作。直流电源“+”端经开关K、辅助开关触点PK后,接到保护器端子1,开关电源立即工作;同时电源又经延时触点P1、保护器端子4及直流电磁线圈回到直流电源“-”端,直流电磁线圈启动工作(例如完成分闸操作)。

2)吸收反向电动势电路。当辅助开关触点断开电源时,保护器内部“吸收反向电动势电路”工作,吸收断开电源时产生的反向电动势,延长了直流电磁线圈的使用寿命。

3)延时控制电路。当直流电磁线圈控制器电路有故障不能即时断开电磁线圈电路时,线圈保护器内部的“延时控制电路”在2 s左右强行断开直流电磁线圈电路,从而确保直流电磁线圈不会烧坏。

4)消弧电路。为了削弱辅助开关触头断电拉弧,可将保护器内部“消弧电路”从保护器端子3号,连接到通断的“触点”前,就可消除通断形成的电弧。

5)抗干扰限幅电路。抗干扰限幅电路可以削弱串入保护器的强干扰电压幅值。

2 主要功能及抗扰度试验

2.1 主要功能

2.1.1 限时断电功能

利用电磁线圈动模实验仪,对电磁线圈保护装置(UDC=220 V,限时2 s)进行了检验,数据见表1。

检验表明:ZH-XQB型电磁线圈保护器限时断电时间为2±0.5 s。

2.1.2 断路器合、分闸线圈反向电动势的吸收能力

断路器合、分闸线圈反向电动势吸收能力检验电路如图2所示,检验数据如表2所示。

结论:电磁线圈保护装置能吸收在65%～120%额定电压下各种线圈反向电动势的70%～80%。

2.2 ZH-XQB电磁线圈保护装置的电磁兼容试验

试验在国家继电器质量监督检验中心进行。

2.2.1 振荡波抗扰度检验

对ZH-XQB电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了共模2.5 k V,差模1 k V的振荡波抗扰度检验,检验表明:严酷度为Ⅲ级。

2.2.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度检验

对ZH-XQB电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了±2 k V、5 k Hz的电快速瞬变脉冲群抗扰度检验,检验表明:严酷度为Ⅲ级。

2.2.3 浪涌抗扰度检验

对电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了线对地±2 k V,线对线±1 k V的浪涌抗扰度检验,检验表明:严酷度为Ⅲ级。

2.2.4 工频磁场抗扰度检验

采用浸入法对电磁线圈保护器施加连续磁场30 s(磁场强度10 0A/m),短时磁场3 s(磁场强度300 A/m)。检验表明:严酷度为Ⅴ级。

3 XQB系列电磁线圈保护器的应用

3.1 用于高压断路器合、分闸线圈保护

高压断路器合、分闸线圈中接入ZH-XQB型电磁线圈保护器后,该高压断路器的合、分闸功能及合、分闸时间满足该断路器技术要求;由于增加了限时断电功能及反向电动势吸收功能,更有效地保护了合、分闸线圈。ZH-XQB型电磁线圈保护器已大量应用于西安高压开关厂、平顶山高压开关厂及北京开关厂生产的高压SF6断路器产品中。LW25-126型断路器的合、分闸线圈中接入ZH-XQB型电磁线圈保护器检测数据见表3(UDC=220 V)。

3.2 用于电磁阀线圈保护

电磁阀线圈(UDC=220 V,线圈电阻6 000Ω)工作于瞬间通电或断电,它不长期通电,所以线圈发热的影响可以不考虑。但是这种线圈电感量大,而且通—断电流变化率di/dt大,因此会产生很高的感应电动势,如果没有感应电动势吸收电路,会破坏线圈内绝缘,损坏电磁阀线圈,在这种场合可以应用ZH-XQB型电磁线圈保护器。

4 结语

高压断路器的拒分、拒合故障中,多数电磁线圈不能限时断电而烧毁;另外,电磁线圈在通—断过程中产生的高反向电动势,因没有反电势吸收电路而损坏线圈内绝缘。因此,高压断路器的合、分闸线圈中接入ZH-XQB型电磁线圈保护器,可以有效地保护合、分闸线圈。ZH-XQB型电磁线圈保护器也可以用于保护电磁阀线圈。

摘要：介绍了ZH-XQB系列电磁线圈保护装置的原理,阐述了保护装置的主要功能和抗扰度试验,列举了装置的应用范围。结果证明:ZH-XQB电磁线圈保护装置的限时断电和反向电动势吸收功能,可以有效保护高压断路器的合、分闸线圈,也可以保护电磁阀线圈。

电磁炉基本原理及检修 篇9

因此, 我们有必要对电磁炉的基本工作原理进行了解, 进而了解电磁炉简单的维修方法, 对电磁炉常见故障进行维修。

1 电磁炉基本结构图

1) 陶瓷板:又叫微晶玻璃板, 位于电磁炉顶部, 用于锅具的垫放, 要求具有足够机械强度, 耐酸碱腐蚀, 耐高低温冲击。

2) 上盖:用耐热塑料制成, 作为电器的外保护壳。

3) 面板:用塑料薄膜制成, 用于功能显示及按键操作指示。

4) 灯板:又叫显示控制板, 位于壳内, 进行功能显示及功能按键操作, 有些电磁炉把控制单元集成到灯板上。

5) 炉面传感器组件:位于壳内, 嵌在发热盘的中间, 用橡胶头或其它方式顶住陶瓷板, 用于检测炉面锅具的温度。

6) 加热线盘:位于壳内, 主工作器件, 产生交变的电磁场, 锅体利用电磁场涡流加热原理发热, 自身也会发热。

7) 主控板:又叫电源板、主板, 位于壳内, 作为整个电磁炉加热、控制、电源转换的主体部件。

8) 电源线及线卡:连接市电与电磁炉, 提供电源通道。

9) 电风扇:位于壳内, 通过吸风将炉内热量带出壳外, 主要对线圈和加热组件进行降温。

10) 下盖:用耐热塑料制成, 作为电器的下保护壳, 及支撑内部器件及锅具作用。

2 电磁炉加热基本原理

电磁炉加热的基本原理主要是电磁感应原理, 工作时将电能转换为热能。由整流电路将50/60Hz的交流电压转换成直流电压 (AC-DC-AC、交流-直流-交流) , 再经过控制电路将直流电压转换成频率为20~35KHz的高频信号, 高速变化的电流流过线圈产生高速变化的磁场, 当变化的磁场通过金属器皿底部金属体内就产生无数的小涡流, 使器皿本身自行高速发热, 然后再加热器皿内的东西, 达到用户烹饪的目的。

正是由于这个工作原理, 所以电磁炉的器皿一般是用钢质、铁质材料来加热;铝锅、铜等材料由于材质电阻率太小, 而不易被加热;陶瓷、木材等又由于表面电阻率太大, 使产生的电流太小, 所以也不易被加热。因此, 我们一定要用与电磁炉配套的锅具才能进行加热使用。

3 电磁炉常见故障及维修方法

维修思路按照先易后难, 先外后内、先排除简单故障后解决疑难故障的思路进行。

3.1 上电后无任何反应

原因分析:1) 没有电源或插座接触不良。2) 保险管或整流桥烧毁。3) 二极管被击穿, 芯片损坏。4) 电路出现断路、短路。

检修方法及顺序:1) 检查电源是否接好, 若没有则接好电源。2) 使用万用表检查保险管, 整流桥等容易烧毁的元件是否损坏, 检查二极管是否被击穿, 若是则替换为新的元件。3) 芯片是否输入正常的5V电压, 若否则接好线路或更换芯片。4) 检查开关电源部分的焊点是否有虚焊, 线路是否有断路现象, 若是则把虚焊重新焊好, 断路重新接好。

检修流程图:

3.2 显示正常、开机只有检锅声, 不工作

原因分析:1) 盘线没有接好。2) 盘线两端电阻出现问题。3) 推挽电路有问题。4) Lm339损坏。

检修方法及顺序:1) 通电后, 观察是否显示故障代码, 若有故障代码, 根据故障代码提示初步判断故障部位。2) 检查盘线是否接好, 否则接好盘线。3) 同步接LM339电压8脚 (负端) 比9 (正端) 脚电压低0.2v~0.4v之间, 否则替换盘线之间的电阻。4) 检查推挽电路是否能正常工作, 否则在检查LM339是否损坏, 损坏则替换为新的芯片。

检修流程图:

3.3 风扇不转

原因分析:1) 风扇电机损坏。2) 风扇驱动电路损坏。3) 控制芯片损坏。4) 电路出现断路。

检修方法及顺序:1) 检查风扇插座是否插好, 否则将电源接好。2) 检查电机是否损坏, 是则换风扇。3) 检查风扇是否接上18V, 若没有再检查风扇与18V之间的连线是否接好, 否则接好。4) 检查风扇驱动电路是否正常, 若否, 按照具体情况分析。5) 检查芯片控制端口是否有高电平输出 (5V) , 否则再检查芯片是否损坏或接线有问题。

检修流程图:

3.4 疑难故障处理

在实际维修过程中, 有可能会遇到疑难故障。例如, 判断主控板CPU (单片机) 损坏, 而CPU很难买到;或者同步检测电路故障不好维修;或者电压比较电路故障;有些电磁炉无法找到电路原理图;换件维修成本太高等。

当我们遇到这些无法解决的问题时, 我们还可以通过换主控板的方法进行维修。现在市场上有专门的电磁炉通用改装板, 例如精彩科技出品的电磁炉改装板, 成本在50块钱左右。

我们只需要利用原电磁炉的外壳、线圈、炉面温度传感器、电源线加上一套改装板就可以改造成功, 非常方便。

参考文献

电磁的力学原理论文 篇10

P可以提高材料的电阻率,缩小奥氏体相区,有研究认为无取向硅钢中引入P,能够促进晶粒长大,降低铁损。同时,P的晶界偏聚特性,还有助于增加(100)组分和减少(111)组分,提高带钢的磁感[1]。但Arato等人[2]认为P元素虽然可以提高材料的电阻率,在0.15%~2.20%的Si含量范围内,P对成品带钢的铁损影响不大。Park等[3]则认为,P是晶粒细化元素,{222}织构的形成减弱了有利织构{110},造成铁损、磁感的劣化。P会增加钢的脆性,可用于提高材料的强度、硬度,改善材料的冲片性[4,5,6]。因此,部分中低牌号无取向硅钢中,往往添加了一定数量的P[7,8,9]。

基于此,对不同含P量无取向硅钢进行了形貌观察,力学性能和电磁性能测试,探讨了典型P含量条件下,成品带钢的晶粒尺寸、电磁性能和力学性能变化。

2 试验

试验对象为工业化生产的含P无取向硅钢。该钢种的生产工艺流程:铁水预处理→转炉(300 t)冶炼→RH精炼→连续铸钢→板坯加热→热轧、精整→酸洗、冷轧→退火、精整→性能检测等。研究对象的部分特征化学成分(质量分数)如表1所示,并根据研究需要,向钢中添加不同数量的P。

试验过程中,取连铸中间包内代表钢样,采用荧光、碳硫、氧氮分析仪分析化学成分;依次取上述试样对应的热轧、成品试样,采用ZWICK/ROELL Z100万能拉伸机测试试样的力学性能;采用OLYMPUS-BX51M-DP71光学显微镜观测显微组织;采用面积法检测晶粒尺寸。磁性能包括B50和P15/50,由爱泼斯坦方圈法测量,试样数量为16片,纵、横各半。

(质量分数,%)

3 试验结果

3.1 显微组织

图1为某一成分体系下,热轧试样显微组织的对比。从图1中可以看出,P含量从0.01%升高到0.071%,细晶组织增加,晶粒尺寸均匀性降低,端部与中心部位分布状态差异逐步显现。在P含量达到0.071%时,中心部位甚至出现了铁素体纤维组织。这会导致成品带钢中{111}织构的增强,磁感降低[10]。这主要与P元素晶界偏析特性有关,延缓了晶界迁移,阻碍晶粒长大[3]。随着P含量的逐渐增加,此效应趋于显著。

另外,热轧试样的显微结构具有遗传性,会影响到再结晶退火后成品的晶粒尺寸和分布以及织构组分。图2为上述热轧试样对应成品试样显微组织,从图2可见,随着P含量的增加,成品试样的晶粒尺寸同样逐渐变小,晶粒分布状态出现差异。

随着P含量增加,热轧、成品试样的晶粒尺寸都趋于减小。但图3的结果表明,热轧试样的晶粒尺寸下降幅度更为明显。这也间接解释了磁感变化与P含量增加的相关性比铁损更强的原因。因生产工艺及成分体系不同,热轧、成品试样的晶粒尺寸相差较大,因而P对成品磁性的影响幅度也不尽相同。

3.2 电磁性能

图4为不同P含量对应的成品试样电磁性能。从图4(a)可以看出,P含量从0.01%增加到0.032%时,成品带钢的磁感基本保持不变,随着P含量的继续增加,成品带钢的磁感则显著下降,P含量从0.032%增加到0.071%时,成品带钢的磁感下降了2.25%。

图4(b)为P含量对成品带钢铁损的影响。由图4(b)可以看出,当P含量从0.01%增加到0.032%时,成品带钢的铁损同样基本保持不变,然而,随着P含量的继续增加,成品带钢的铁损则明显增加,当P含量从0.032%增加到0.071%时,成品带钢的铁损增加了5.07%。

3.3 力学性能

图5和图6为P含量对热轧试样和成品试样力学性能的影响。从图5(a)和图6(a)可以看出,随着钢中P含量的增加,热轧试样和成品试样的抗拉强度、屈服强度缓慢上升;而从图5(b)和图6(b)则可以看出,随着钢中P含量的增加,热轧试样和成品试样的延伸率先是快速上升而后开始出现不同程度的降低。

4 分析与讨论

从图3可以看出,随着钢中P含量的增加,热轧试样和成品试样的平均晶粒尺寸均减小。这是因为P在晶界处偏析,而且偏析量和P的含量成正比[3]。在热轧过程中,晶界偏析能够脱曳边界的迁移,阻碍晶粒长大。此外,热轧正火后的显微组织差异也会遗传到退火后的晶粒尺寸。总之,晶粒细化是由于P含量增加、铁素体的稳定作用和晶界处偏析量的增加而致。

纯铁的屈服强度与温度有关。铁素体在0℃时的固有强度为40~64 MPa[11]。铁素体的屈服强度可以看成是不同强化机制作用的总和:

在式(1)中,σ0为铁素体的固有强度,σss为固溶强化的作用,σgs为晶粒细化的作用。其他强化机制如析出强化或者织构等作用较小,对于硅钢在此忽略不计。置换固溶元素的强化作用由Pickering给出[12]:

强化作用取决于所添加的合金元素,一般可以增加100~150 MPa的强度。晶粒细化也有强化作用,可以由Hall-Petch公式给出[13]:

一般σ0的值为30 MPa,K值为21.8 MPa·mm1/2。由式(1)~式(3)可以计算出以铁素体为基体的无取向硅钢的屈服强度,如图7所示。从图7可以看出,无论是实测值还是计算值,材料的强度都随着P含量的增加而上升,而且增幅大致相同:平均每增加0.01%的P,材料强度增加7.33 MPa。

晶粒细化是众多材料强化方法中唯一可在提高强度的同时提高材料的延性的强化方法,所以在P含量小于0.032%时,由于晶粒的细化,材料的延性随着P含量的增加而增加。由图3可以看出,热轧试样的P含量在大于0.051%以及成品试样的磷含量在大于0.032%之后,晶粒细化趋势均变缓。与此同时,随着钢中P含量的增加,P元素沿境界偏聚量增大,含P的0.071%热轧试样的铁素体中甚至出现了偏析组织(见图1),材料脆化加剧,所以导致了延性的下降。

无取向硅钢追求的目标是低铁损、高磁感,而这些又受到显微组织,例如,晶粒尺寸、织构等的综合影响。铁损为磁滞、涡流和反常损耗之和。磁滞损耗来源之一为磁畴在晶界处的形核和湮灭。因此,对于较小的晶粒,磁滞损耗高,对于较大的晶粒则相反。涡流损耗与畴壁厚度的平方成正比,磁畴尺寸随着晶粒尺寸的增大而提高。因此,总铁损在中等晶粒尺寸时最小。

另外,铁损值还受织构的影响。<110>轴介质难磁化方向是{222}面,而<100>轴易磁化方向是{200}和{110}面。因此在钢板表面既有少量{222}面也有数量众多的{200}和{110}面,这种试样将具有较低的铁损。钢中P含量的增加改变了再结晶织构。因为P含量的增加使晶粒细化,发展了不利于磁化的{222}面织构,并且使得易磁化的{110}面系数下降,而{200}面系数则基本不受影响。这种影响要比因电阻率的提高而导致的铁损下降要大得多。

成品带钢的磁感随着P含量的增加而劣化的倾向,也可以由添加P元素导致的无益织构的发展加以解释。从图4可以看出,这种作用在P含量大于0.032%后十分明显。

5 结论

结合工业化生产的中低牌号无取向硅钢,探讨了P含量对无取向硅钢力学性能及磁性能的影响,可以得出以下结论:

(1)就无取向硅钢而言,钢中P含量的增加导致了显微组织的晶粒细化,使得无取向硅钢的强度增加,并且每增加0.01%的P含量,材料的强度平均增加7.33 MPa,这主要是由于固溶强化和晶粒细化等原因导致的;

(2)在P含量小于0.032%时,P含量的增加导致晶粒细化,材料延性增加;当P含量大于0.032%之后,晶粒细化作用变缓,材料脆性加剧,延性下降;

(3)P含量的增加发展了无益织构,导致材料的铁损上升、磁感下降,这种现象在P含量大于0.032%后变得明显。

摘要：P元素比Fe和Si的原子半径大,在无取向硅钢中加入一定量的P,可以提高材料的硬度,改善材料冲片加工性能。本研究结合工业化生产,探讨了P含量对无取向硅钢电磁性能和力学性能的影响。结果表明:对于无取向硅钢而言,钢中P含量的增加导致了显微组织的晶粒细化,使得无取向硅钢的强度增加,并且P含量每增加0.01%,材料强度平均增加7.33 MPa;在P含量小于0.032%时,P含量的增加导致晶粒细化,材料延性提高;当P含量大于0.032%之后,晶粒细化作用变缓,材料脆性加剧,延性下降;P含量的增加发展了无益织构,导致材料的铁损上升、磁感下降,这种现象在P含量大于0.032%后变得明显。

电磁的力学原理论文 篇11

关键词：网球 技术动作 概念 力学原理

中图分类号：G845 文献标识码：A 文章编号：1004-5643（2013）06-0048-02

网球运动在我国普通高校已经拥有了二三十年的开展历史，参与其中的大学生越来越多。但由于网球技术动作难度高的特性，致使大多数学生练习起来比较费劲，影响了一部分学生的继续练习和对网球技术动作的深入体验。对网球技术动作的概念和力学原理作深入浅出的分析，可以帮助网球参與者们更好地理解网球运动规律和网球文化，有助于改变学生不合理的击球动作，提高练习积极性，为网球运动在高校中的广泛持续地开展，提供一些帮助。

1网球技术动作的整体概念和要求

对于网球技术动作的理解，绝大多数学生是通过教师的课堂示范与讲解和观看网球比赛途径得到的，因为有直观印象的先入为主，所以在练习过程中很少再仔细研究网球技术动作的深层次内容，完成动作往往是依葫芦画瓢，粗放而不够精细。建立正确的、完整的技术动作概念是快速掌握技术动作的基础。我们从击球效果的技术要求来反推网球技术动作的整体概念，分层次、分阶段地提出技术动作要求。

（1）击球过程要以身体与来球合理的位置关系为前提。球类运动的共同规律，就是人体与球在运动时的相对位置和时机要恰当。球经过运行到达另一位球员身边，击球或出球时需要人体在一瞬间和某一极小范围内把力量作用于球上，提前或错过了都会影响球的再次运行效果。只有适时地移动身体和做好身体姿势，调整好身体与来球合理的位置关系，让人体的运动节奏跟上球的运动节奏，才能保证人体协调地发力。在击球失误的原因里，球员与球的位置关系不当占了很大比重，同时这个问题也容易被学生所忽视，从而成为学生练习网球技术动作的首要障碍。

（2）网球击球应该有一定距离的平推。网球运动场地大，球速快，掌控难度大，所以在击球时必须对来球要有一个控制过程，才能使回击出去的球有力，并且顺利通过球网。在这个过程中，球拍的拍面必须保持短暂的沿出球方向的平推过程，无论是正反手抽球，还是发球、放小球都要有球拍平移的过程。

（3）击球时球拍还要对球有一个包裹的过程。这个过程使球适度旋转起来，不致于平击出界或下网。在动作过程中，需要在击球时身体保持自然与放松状态，而发球动作最能体现这一规律。在挥拍击球时，身体和手臂如果不能随球向前上方跟进，人体僵硬无弹性，就会破坏发球的动作链，降低球拍对球的包裹性，从而增加发球失误的风险。

（4）整个击球过程必须是从零开始的完整过程。如正手抽球的击球是从身体后侧的引拍开始一气呵成的动作过程，而非像多数学生那样引拍只引一半，球拍位于身体的侧面，或开始引在后侧，但在准备击球时，下意识把拍子带到了体侧，最终还是从体侧开始挥拍，这些都破坏了击球过程的完整性，也削弱了击球力量；同时，击球过程还应该理解为是一个从零开始的逐步加速过程。仅仅完整地做好挥拍击球动作还不够，提高出球速度要求拍头具备快速的击打速度，快速拍头速度来源于手臂鞭打的加速度。

2网球技术动作的力学原理

分析网球技术动作的力学原理，有助于我们找到合理的发力方法，使整个动作更符合人体生理结构和力学结构，也有助于更好地认识与理解网球运动。

以正手抽球动作为例。球员判断来球并移动到位时，身体呈如下姿态：身体左侧面对球网，胯部后屈，膝关节呈微曲状态；在球网方向上，左脚与右脚处于左前方与右后方的相对位置，右脚前脚掌着地，并指向右前方；左手臂前伸，手指适度紧张，右手持拍后引，手臂微曲，拍头指向斜后上方；头部转向前方，双目紧盯来球。开始挥拍时，由右脚蹬地开始；再同时转动胯部和肩部，腰部适度紧张；左手臂逐渐屈臂领着身体沿身体纵轴向左转，肩轴带动右手臂向前甩动，手腕后屈，让右肘关节和手腕加速向前推送，接着甩动手腕，使球拍在身体右前方将球击出；最后右手臂要继续甩动，至左肩位置结束，同时左手在此处接住球拍。这个过程中，头部要保持相对稳定，在来球被击出后再转动看球。

以上过程可分为准备击球和击球两个阶段。

在第一阶段，身体侧对球网和膝关节弯曲，使身体在出球的反方向上呈回旋与压缩状态，形似拧转的“麻花”和压缩的“弹簧”，为击球阶段的发力提供力量来源。左手臂前伸与右手持拍后引，形成两肩力矩上的近似平衡，使负重的右臂和右肩得以放松。

在第二阶段，右脚蹬地，将身体重心向出球方向转移，为击球提供了一个由后向前的力量；左手臂屈臂领着身体沿身体纵轴向左转，为右肩提供了一个转动速度；这时腰部适度紧张，为下肢力量向上肢力量传递提供一个相对稳固的传导媒介；肩轴带动右手臂向前甩动到一定角度时，要适时“减速”，从而让手臂加速向前，形成一个角速度，为手臂的鞭甩提供速度；手腕后屈，使球拍落后于右肘关节和手腕，是为了让全身力量全部传递到拍头上，而非球拍超越右肘关节和手腕，致使力量还没有传递上来时，拍面已经击到了球。同时也是为了给球拍提供一个向前平行推进的过程；接着甩动手腕，是为了使拍头速度更快；右手臂要继续甩动，至左肩位置结束，是为了使手臂的鞭甩速度不至于突然下降，也是为了给击球提供一个包裹的效果；最后左手在左肩处接住球拍，是为了使右手得以放松，更是为了帮助球拍迅速回到身体中间，快速准备下一拍。在整个过程中，头部不能做太大幅度的晃动，在来球被击出后再转动，是为了使头与脚在纵轴上提供相对的稳定，从而在身体与头脚连线间形成一个大的“角速度”。

通过对正手抽球动作的力学原理分析，可以得出如下几个结论：

首先，身体的各个运动环节都用到了，没有多余的部分，它们是一个整体。

其次，发力动作都是基于最原始的身体运动结构和力学基本理论，并不复杂。

第三，合理动作的完成必须是在身体相对放松的状态下才可以实现，只要有一个运动环节出现僵硬情况，就会破坏整个发力过程，影响击球效果。

以此类推，其他网球技术动作的发力原理与正手抽球的关键要素类似，网球参与者可以借鉴正手抽球动作的力学原理分析，来体会其他技术动作的发力过程。

电磁的力学原理论文 篇12

我国作为最缺水的国家之一, 人均水资源占有量仅仅是世界人均的1/4; 然而由于不能合理利用水资源, 我国在极度缺水的同时大量浪费了有限的水资源。实时进行土壤水分检测、及时了解墒情的发生、对墒情做出有效的评估, 利于进行有效的抗旱决策和水资源有效分配, 使有限的水资源得到优化配置和合理使用[1]。

当前, 即时测量土壤水分主要是利用介电物理的方法, 其中利用传输原理的方法来测定土壤水分是介电特性法技术中的一种。此方法克服了现有方法的局限性, 适应了将来测量土壤水分系统自动化程度高、经济性好、可持续发展以及测量精度高等发展方向的需要[2]。

1 土壤水分测试系统原理

根据电磁原理, 自由水、空气、束缚水以及固体土壤物质等构成了土壤。在1 个大气压、20℃ 的标况下, 纯水的介电常数是80. 4, 固体土壤物质约为3 ~7, 空气的仅为1。因此, 水分含量的多少很大程度上决定了整个土壤介电常数的大小。

Davis与Topp于1975 年首次利用TDR技术来测量土壤的介电常数; 1984 年, Dalon等人进一步证明了TDR技术可以测量土壤的含水量, 自此利用介电常数测量土壤水分的方法得到了迅速发展。主流的介电方法—TDR土壤水分含量测试方法原理如图1 所示。信号发生器发射波到待测的土壤介质中, 根据两次接受的波 ( 即返回波, 实线线条表示) 和反射返回波 ( 虚线线条表示) 之间的时间差来获得电磁波在介质中的传播时间, 建立反射时间差与介质介电常数之间的关系, 从而最终获得土壤水分含量。实际应用时, 由于时间差非常短暂, 大约只有几微秒, 测量时细微的误差将会引起最终获得水分的很大偏差, 因此精度控制比较困难, 且设备昂贵。

基于传输原理的土壤水分测试系统克服了TDR方法造价昂贵、电路结构复杂的特点, 设计了新型的传感元件 ( 即传输线) , 通过测量电路的频率避免了对时间差的测量。传输线的几何结构如图2 所示。为了避免土壤盐分对测量结果的影响, 传输线外侧包裹了一层绝缘皮[3]。系统用于测量土壤水分含量时, 将传输下埋设在待测土壤介质中, 环形振荡电路发生振荡信号, 由于接收端信号的频率与信号的传播时间有关 ( 即与待测土壤的介电常数有关) , 因此确立接收端信号频率与土壤介电常数之间的关系即可确定土壤上水分含量大小。

2 系统总体结构

土壤水分测试由包括传感模块、信号预处理模块和数据采集处理模块等部分组成, 如图3 所示。方波信号发生器产生的方波振荡信号通过埋设在待测土壤中的传输线传播, 由于土壤介电特性将产生延时, 使得方波振荡信号的频率变低; 方波振荡信号通过信号预处理模块进行整形, 然后输入信号采集处理模块; 信号采集处理模块采集方波振荡信号的频率, 根据信号频率与介电常数之间的关系以及土壤介电特性, 最终获得待测土壤水分含量。方波振荡信号频率很高, 大约几十兆赫兹, 为了满足快速监测以及实时性需求, 采用了美国德州仪器公司的一款高速、高精度的工业控制芯片—TMS320F2812 作为核心处理单元[4,5]。

3 系统硬件设计

3. 1 传感模块

传感模块结构图如图4 所示。方波信号发生器是一种特殊的输电线路振荡器, 用于产生50 ~100MHz的方波信号, 且振荡信号频率随传输线传输延时变化而变化。采用Motorola公司生产的一款线接收器MC10H116, 它属于ECL电路元器件, 非饱和状态下的ECL电路, 典型的传输延迟仅为1. 0ns。传输线为扁平电缆传输线, 外层包裹绝缘层, 消除土壤介质电导率对测量结果的影响。信号发生器的输出端与埋设在待测土壤的传输线相连接, 高频振荡信号通过传输线传播。受土壤介电特性的影响, 传播速度与土壤介电常数之间的关系为。其中, c表示光速, ka表示土壤介电常数。根据土壤介电特性, 干土以及空气等的介电常数仅为1 ~4, 而水分的介电常数在80 左右, 这意味着水分含量的多少对土壤的介电特性起决定性作用。由此可知: 当含水量变高时, 土壤介电常数变大, 信号中的方波频率降低, 传播速率也随之变小。

3. 2 信号预处理模块

此模块主要由直流偏置、限幅放大以及方波整形3 个基本处理电路构成。其功能是对采集到的信号进行预处理, 降低频率测量过程中的干扰, 提高测量精度。限幅放大电路采用MAX3645 限幅放大器, 电路接口图如图5 所示。

去除过高或过低的电压信号, 保护电路不因为太高或太低的电压而造成电路工作不正常; 然后, 信号再经直流偏置电路以及波形整波电路, 转换成3. 3V的方波信号; 最后再进入DSP, 通过其丰富的外设资源完成信号频率的测量。

3. 3 TMS320F2812 及其外围接口电路设计

本系统选用精度高且速度高的DSP芯片—TMS320F2812 作为核心处理单元。它是近年来美国德州仪器公司主推的芯片, 有非常快的运算处理速度, 低于6. 67ns的极短指令周期和高达150MHz的工作频率。另外, 其输入输出电压为3. 3V, 1. 8V的核心电压使得它功耗很低。它的操控能力非常全面, 总线结构使用的是哈佛总线。2 个串行SCI通信接口、3个32 位的定时器、串行SPI接口和12 位的16 通道模数转换器等构成了此芯片的外围设备。EVA与EVB模块是用来控制芯片时间的, 1 个正交编码脉冲单元、2 个通用定时器、3 个捕获电路和3 个脉宽调制单元构成了EVA与EVB模块[6]。

本系统选用多周期的方法来测量频率, 其多周期原理的电路见图6, 测量频率的时序图见图7。

4 系统软件设计

初始化、主监控、频率测量和中断等模块构成了本系统基本的软件设计 ( 见图8) , 其中主监控模块负责其余各模块的调用以及合理配置。主监控程序流程图如图9 所示。频率测量模块流程如下:

1) 计数的功能由定时器T1 与T2 来实现, 负责计数标准与被测信号, 同时还必须输入1 给T1 的比较值; 另外, 预设的闸门时间通过T3 来完成。

2) 通过T1 的比较处理, 输出的脉宽调制发生突变, 利用其上升沿 ( 或下降沿) 触发T3, 使其预设闸门时间。

3) T3 的计数时间到达后, 输出逻辑0, 使上升沿出现后D触发器输出逻辑0, 从而切断T1 输出, 完成T1脉宽调制的第2 次突变。

4) 事实上的闸门时间即是T1 的脉宽调制输出两次突变的相隔时间, 从而实现了系统频率的测试。

5 结论

详细介绍了基于电磁波传输原理的土壤水分测试系统的设计方法。该系统具有高精度、低成本、非破坏性和操作简单的等优点, 可适用于各种需要对土壤水分含量检测的场合, 在现代化农业以及农业自动化发展中具有广阔的应用前景。

摘要：设计了基于电磁波传输原理的土壤水分测试系统。以TMS320F2812微控制器为核心, 给出了各模块的硬件连接方式以及软件实现方法, 通过对采集到的振荡信号频率的测量, 实现不同土壤水分含量的测定, 提供了一种操作简单、易于实现、低成本的土壤水分测试系统。

关键词：土壤水分,电磁波传输,介电特性,TMS320F2812,频率测定

参考文献

[1]Topp G C, Davis J L, Arman A P.Electromagnetic Determination of Soil Water Content:Measurement in Coaxial Transmission lines[J].Water Resources Research, 1980, 16:574-582.

[2]Zhen X, Wengang Z, Changjun S, et al.The measurement of soil water content using the dielectric method[C]//World Automation Congress (WAC) , IEEE, 2010:241-245.

[3]Sun Z J, Young G D.A cost effective soil moisture instrument based on time-domain transmission measurement[C]//Int.Symp.and Worksh.on Time Domain Reflectometry for Innovative Geotechnical Applications, 2nd, Evanston, IL.2001:5-7.

[4]杨绍辉.土壤水分空间分布快速测试仪器的开发[J].中国农业大学学报, 2005 (10) :23-25.

[5]郑茹梅, 李子忠, 龚元石.运用时域传输技术测定不同类型土壤的含水率[J].农业工程学报, 2009 (3) :8-13.