物理選修四電磁感應(yīng)知識點匯總.docx
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(1)磁通量有正負(fù)之分,求磁通量時要按代數(shù)和(標(biāo)量計算法則)的方法求總的磁通量(穿過平面的磁感線的凈條數(shù))。 (2)“運動不一定切割,切割不一定生電”。導(dǎo)體切割磁感線,不是在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件,歸根結(jié)底還要看穿過閉合電路的磁通量是否發(fā)生變化。 知識點三、感應(yīng)電流的方向 1、楞次定律 . (1)內(nèi)容:感應(yīng)電流具有這樣的方向,即感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 (2)“阻礙”的含義 . 從阻礙磁通量的變化理解為:當(dāng)磁通量增大時,會阻礙磁通量增大,當(dāng)磁通量減小時,會阻礙磁通量減小。 從阻礙相對運動理解為:阻礙相對運動是“阻礙”的又一種體現(xiàn),表現(xiàn)在“近斥遠吸,來拒去留”。 (3)“阻礙”的作用 . 楞次定律中的“阻礙”作用,正是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的反映,在克服這種阻礙的過程中,其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能。 (4)“阻礙”的形式 . ①. 阻礙原磁通量的變化,即“增反減同”。 ②.阻礙相對運動,即“來拒去留”。 ③. 使線圈面積有擴大或縮小的趨勢,即“增縮減擴”。 ④. 阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象),即“增反減同”。 (5)適用范圍:一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象 . (6)使用楞次定律的步驟: ① 明確(引起感應(yīng)電流的)原磁場的方向 . ② 明確穿過閉合電路的磁通量的變化情況,是增加還是減少 ③ 根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場方向 . ④ 利用安培定則(右手)確定感應(yīng)電流的方向 . 2、右手定則 . (1)內(nèi)容:伸開右手,讓拇指跟其余四個手指垂直,并且都跟手掌在一個平面內(nèi),讓磁感線垂直(或傾斜)從手心進入,拇指指向?qū)w運動的方向,其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。 (2)作用:判斷感應(yīng)電流的方向與磁感線方向、導(dǎo)體運動方向間的關(guān)系。 (3)適用范圍:導(dǎo)體切割磁感線。 (4)研究對象:回路中的一部分導(dǎo)體。 (5)右手定則與楞次定律的區(qū)別 . 右手定則只適用于導(dǎo)體切割磁感線的情況,不適合導(dǎo)體不運動,磁場或者面積變化的情況;若導(dǎo)體不動,回路中磁通量變化,應(yīng)該用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向;若是回路中一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流,用右手定則判斷較為簡單,用楞次定律進行判定也可以,但較為麻煩。 3、“三定則” 比較項目 右 手 定 則 左 手 定 則 安 培 定 則 基本現(xiàn)象 部分導(dǎo)體切割磁感線 磁場對運動電荷、電流的作用力 運動電荷、電流產(chǎn)生磁場 作用 判斷磁場B、速度v、感應(yīng)電流I方向關(guān)系 判斷磁場B、電流I、磁場力F方向 電流與其產(chǎn)生的磁場間的方向關(guān)系 圖例 v (因) (果) B F (果) (因) B · × · · × × · × (因) (果) 因果關(guān)系 因動而電 因電而動 電流→磁場 應(yīng)用實例 發(fā)電機 電動機 電磁鐵 推論:兩平行的同向電流間有相互吸引的磁場力;兩平行的反向電流間有相互排斥的磁場力。 安培定則判斷磁場方向,然后左手定則判斷導(dǎo)線受力。 知識點四、法拉第電磁感應(yīng)定律 . 1、法拉第電磁感應(yīng)定律 . (1)內(nèi)容:電路中感應(yīng)電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量變化率成正比。 發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的這部分電路就相當(dāng)于電源,在電源的內(nèi)部電流的方向是從低電勢流向高電勢。(即:由負(fù)到正) (2)公式:(單匝線圈) 或 (n匝線圈). 對表達式的理解: ① 本式是確定感應(yīng)電動勢的普遍規(guī)律,適用于所有電路,此時電路不一定閉合。 ② 在中(ΔΦ取絕對值,此公式只計算感應(yīng)電動勢E的大小,E的方向根據(jù)楞次定律或右手定則判斷),E的大小是由匝數(shù)及磁通量的變化率(即磁通量變化的快慢)決定的,與Φ或ΔΦ之間無大小上的必然聯(lián)系(類比學(xué)習(xí):關(guān)系類似于a、v和Δv的關(guān)系)。 ③ 當(dāng)Δt較長時,求出的是平均感應(yīng)電動勢;當(dāng)Δt趨于零時,求出的是瞬時感應(yīng)電動勢。 2、E=BLv的推導(dǎo)過程 . 如圖所示閉合線圈一部分導(dǎo)體ab處于勻強磁場中,磁感應(yīng)強度是B ,ab以速度v勻速切割磁感線,求產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢? 推導(dǎo):回路在時間t內(nèi)增大的面積為:ΔS=L(vΔt) . 穿過回路的磁通量的變化為:ΔΦ = B·ΔS= BLv·Δt . 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為: (v是相對于磁場的速度). 此時磁感線方向和運動方向垂直。 3、E=BLv的四個特性 . (1)相互垂直性 . 公式E=BLv是在一定得條件下得出的,除了磁場是勻強磁場外,還需要B、L、v三者相互垂直,實際問題中當(dāng)它們不相互垂直時,應(yīng)取垂直的分量進行計算。 若B、L、v三個物理量中有其中的兩個物理量方向相互平行,感應(yīng)電動勢為零。 (2)L的有效性 . 公式E=BLv是磁感應(yīng)強度B的方向與直導(dǎo)線L及運動方向v兩兩垂直的情形下,導(dǎo)體棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。L是直導(dǎo)線的有效長度,即導(dǎo)線兩端點在v、B所決定平面的垂線方向上的長度。實際上這個性質(zhì)是“相互垂直線”的一個延伸,在此是分解L,事實上,我們也可以分解v或者B,讓B、L、v三者相互垂直,只有這樣才能直接應(yīng)用公式E=BLv。 E=BL(vsinθ)或E=Bv(Lsinθ) E = B·2R·v 有效長度——直導(dǎo)線(或彎曲導(dǎo)線)在垂直速度方向上的投影長度. (3)瞬時對應(yīng)性 . 對于E=BLv,若v為瞬時速度,則E為瞬時感應(yīng)電動勢;若v是平均速度,則E為平均感應(yīng)電動勢。 (4)v的相對性 . 公式E=BLv中的v指導(dǎo)體相對磁場的速度,并不是對地的速度。只有在磁場靜止,導(dǎo)體棒運動的情況下,導(dǎo)體相對磁場的速度才跟導(dǎo)體相對地的速度相等。 4、公式和E=BLvsinθ的區(qū)別和聯(lián)系 . (1)兩公式比較 . E=BLvsinθ 區(qū) 別 研究對象 整個閉合電路 回路中做切割磁感線運動的那部分導(dǎo)體 適用范圍 各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象 只適用于導(dǎo)體切割磁感線運動的情況 計算結(jié)果 一般情況下,求得的是Δt內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢 一般情況下,求得的是某一時刻的瞬時感應(yīng)電動勢 適用情形 常用于磁感應(yīng)強度B變化所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象(磁場變化型) 常用于導(dǎo)體切割磁感線所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象(切割型) 聯(lián)系 E=Blvsinθ是由在一定條件下推導(dǎo)出來的,該公式可看作法拉第電磁感應(yīng)定律的一個推論或者特殊應(yīng)用。 (2)兩個公式的選用 . ① 求解導(dǎo)體做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的問題時,兩個公式都可以用。 ② 求解某一過程(或某一段時間)內(nèi)的感應(yīng)電動勢、平均電流、通過導(dǎo)體橫截面的電荷量(q=IΔt)等問題,應(yīng)選用 . ③ 求解某一位置(或某一時刻)的感應(yīng)電動勢,計算瞬時電流、電功率及某段時間內(nèi)的電功、電熱等問題,應(yīng)選用E=BLvsinθ 。 小結(jié):感應(yīng)電動勢的大小計算公式 1) E=BLV (垂直平動切割,動生電動勢) 2) (普適公式) ε∝(法拉第電磁感應(yīng)定律) 3) E= nBSωsin(ωt+Φ);Em=nBSω (線圈轉(zhuǎn)動切割) 4) E=BL2ω/2 (直導(dǎo)體繞一端轉(zhuǎn)動切割) 感應(yīng)電量的計算 N 感應(yīng)電量 知識點五、電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用 . 1、法拉第電機 . (1)電機模型 . (2)原理:應(yīng)用導(dǎo)體棒在磁場中切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。. ① 銅盤可以看作由無數(shù)根長度等于銅盤半徑的導(dǎo)體棒組成,導(dǎo)體棒在轉(zhuǎn)動過程中要切割磁感線。 ② 大?。?(其中L為棒的長度,ω為角速度) ③ 方向:在內(nèi)電路中,感應(yīng)電動勢的方向是由電源的負(fù)極指向電源的正極,跟內(nèi)電路的電流方向一致。產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分電路就是電源,用右手定則或楞次定律所判斷出的感應(yīng)電動勢的方向,就是電源內(nèi)部的電流方向。 2、電磁感應(yīng)中的電路問題 . (1)解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本步驟和方法: ① 明確哪部分導(dǎo)體或電路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,該導(dǎo)體或電路就是電源,其他部分是外電路。 ② 用法拉第電磁感應(yīng)定律確定感應(yīng)電動勢的大小,用楞次定律確定感應(yīng)電動勢的方向。 ③ 畫出等效電路圖。分清內(nèi)外電路,畫出等效電路圖是解決此類問題的關(guān)鍵。 ④ 運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解。 (2).在電磁感應(yīng)中對電源的理解 ①電源的正、負(fù)極可用右手定則或楞次定律判定,電源中電流從負(fù)極流向正極。 ②電源電動勢的大小可由E=BLv或求得。 (3).對電磁感應(yīng)電路的理解 ①在電磁感應(yīng)電路中,相當(dāng)于電源的部分把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。 ②電源兩端的電壓為路端電壓,而不是感應(yīng)電動勢。 (考慮電源內(nèi)阻) 3、電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)換 . 電磁感應(yīng)過程實質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過程。電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力作用,因此要維持感應(yīng)電流的存在,必須有“外力”克服安培力做功。此過程中,其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能?!巴饬Α笨朔才嗔ψ龆嗌俟?,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時,電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能。同理,安培力做功的過程是電能?轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程。 安培力做多少功,就有多少電能?轉(zhuǎn)化為其他形式的能。 4、電磁感應(yīng)中的電容問題 . 在電路中含有電容器的情況下,導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,使電容器充電或放電。因此,搞清電容器兩極板間的電壓及極板上電荷量的多少、正負(fù)和如何變化是解題的關(guān)鍵。 知識點六、自感現(xiàn)象及其應(yīng)用 . 1、自感現(xiàn)象 . (1)自感現(xiàn)象與自感電動勢的定義: 當(dāng)導(dǎo)體中的電流發(fā)生變化時,導(dǎo)體本身就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,這個電動勢總是阻礙導(dǎo)體中原來電流的變化。這種由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,叫做自感現(xiàn)象。這種現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢,叫做自感電動勢。 (2)自感現(xiàn)象的原理: 當(dāng)導(dǎo)體線圈中的電流發(fā)生變化時,電流產(chǎn)生的磁場也隨之發(fā)生變化。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,線圈自身會產(chǎn)生阻礙自身電流變化的自感電動勢。 (3)自感電動勢的作用. 自感電動勢阻礙自身電流的變化, “阻礙”不是“阻止”。 “阻礙”電流變化實質(zhì)是使電流不發(fā)生“突變”,使其變化過程有所延慢。但它不能使過程停止,更不能使過程反向. (4)自感現(xiàn)象的三個要點: ① 要點一:自感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的原因。 是通過線圈本身的電流變化引起穿過自身的磁通量變化。 ② 要點二:自感電流的方向。 自感電流總是阻礙線圈中原電流的變化,當(dāng)自感電流是由原電流的增強引起時(如通電瞬間),自感電流的方向與原電流方向相反;當(dāng)自感電流時由原電流的減少引起時(如斷電瞬間),自感電流的方向與原電流方向相同。 ③ 要點三:對自感系數(shù)的理解。 自感系數(shù)L的單位是亨特(H),常用的較小單位還有毫亨(mH)和微亨(μH)。 自感系數(shù)L的大小是由線圈本身的特性決定的:線圈越粗、越長、匝數(shù)越密,它的自感系數(shù)就越大。 此外,有鐵芯的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵芯的大得多。 (5)通電自感和斷電自感的比較 電路 現(xiàn)象 自感電動勢的作用 通電自感 接通電源的瞬間,燈泡L2馬上變亮,而燈泡L1是逐漸變亮 . 阻礙電流的增加 斷電自感 斷開開關(guān)的瞬間,燈泡L1逐漸變暗,有時燈泡會閃亮一下,然后逐漸變暗 . 阻礙電流的減小 通電瞬間線圈產(chǎn)生的自感電動勢阻礙電流的增加且與電流方向相反,此時含線圈L的支路相當(dāng)于斷路;當(dāng)電路穩(wěn)定,自感線圈相當(dāng)于定值電阻,如果線圈沒有電阻,則自感線圈相當(dāng)于導(dǎo)線(短路);斷開瞬間線圈產(chǎn)生的自感電動勢與原電流方向相同,在與線圈串聯(lián)的回路中,線圈相當(dāng)于電源,它提供的電流從原來的IL逐漸變小.但流過燈A的電流方向與原來相反 〖針對性訓(xùn)練題〗 圖1 一、選擇題 1.如右圖所示,在垂直于紙面的范圍足夠大的勻強磁場中,有一個矩形線圈abcd,線圈平面與磁場垂直,O1O2與O3O4都是線圈的對稱軸,應(yīng)使線圈怎樣運動才能使其中產(chǎn)生感應(yīng)電流?( ) A.向左或向右平動 B.向上或向下平動 C.繞O1O2轉(zhuǎn)動 D.繞O3O4轉(zhuǎn)動 2.下列哪些做法能使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流?( ) 圖2 A.磁鐵靠近或遠離線圈 B.線圈遠離或靠近通電導(dǎo)線 D.勻強磁場中,周長一定的閉合線圈由矩形變?yōu)閳A形 C.下邊電路中通有恒定電流。 3.我國已經(jīng)制定了登月計劃。假如宇航員登月后想探測一下月球表面是否有磁場,他手邊有一個靈敏電流表和一個線圈,則下列推斷正確的是( ) A.直接將靈敏電流表放在月球表面,看是否有電流來判斷是否有磁場 B.將靈敏電流表與線圈組成閉合回路,使線圈沿某一方向運動,如無電流,則可判斷月球表面無磁場 C.將靈敏電流表與線圈組成閉合回路,使線圈沿某一方向運動,如有電流,則月球表面可能有磁場 D.將靈敏電流表與線圈組成閉合回路,使線圈在某一平面內(nèi)沿各方向運動,如無電流,則可判斷月球表面無磁場 圖3 4.在磁感應(yīng)強度為B、方向如圖3所示的勻強磁場中,金屬桿PQ在寬為l的平行金屬導(dǎo)軌上以速度v向右勻速滑動,PQ中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E1;若磁感應(yīng)強度增為2B,其它條件不變,所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小變?yōu)镋2,則E1與E2之比及通過電阻R的感應(yīng)電流方向為( ) A.2∶1,b→a B.1∶2,b→a C.2∶1,a→b D.1∶2,a→b 5. 如圖4所示,繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和電鍵組成閉合回路,在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A,下列各種情況中銅環(huán)A中有感應(yīng)電流的是( ) 圖4 A.線圈中通以恒定的電流 B.通電過程中,使變阻器的滑片P作勻速移動 C.通電過程中,使變阻器的滑片P作加速移動 D.將電鍵突然斷開的瞬間 圖5 6.如圖5所示,abcd為一勻強磁場區(qū)域,現(xiàn)在給豎直放置的環(huán)以某種約束,以保持它不轉(zhuǎn)動地勻速下落,在下落過程中,它的左半部通過磁場,圓環(huán)用均勻電阻絲做成,F(xiàn)、O、E為環(huán)的上、中、下三點,下列說法中正確的是( ) A. 當(dāng)E和d重合時,環(huán)中電流最大 B. 當(dāng)O和d重合時,環(huán)中電流最大 C. 當(dāng)F和d重合時,環(huán)中電流最大 D. 以上說法都不對 圖6 7.如圖6所示,A、B兩閉合圓形線圈用同樣導(dǎo)線且均繞成10匝,半徑RA=2RB,內(nèi)有以B線圈作為理想邊界的勻強磁場,若磁場均勻減小,則A、B環(huán)中感應(yīng)電動勢EA∶EB與產(chǎn)生的感應(yīng)電流IA∶IB分別是( ) A.EA∶EB=1∶1;IA∶IB=1∶2 B.EA∶EB=1∶2;IA∶IB=1∶2 C.EA∶EB=1∶4;IA∶IB=2∶1 D.EA∶EB=1∶2;IA∶IB=1∶4 圖7 8. 如圖7所示,一寬40 cm的勻強磁場區(qū)域,磁場方向垂直紙面向里。一邊長為20 cm的正方形導(dǎo)線框位于紙面內(nèi),以垂直于磁場邊界的恒定速度v=20 cm/s通過磁場區(qū)域,在運動過程中,線框有一邊始終與磁場區(qū)域的邊界平行,取它剛進入磁場的時刻為t=0,下面所示圖線中,正確反映感應(yīng)電流隨時間變化規(guī)律的是( ) 圖8 9.如圖8所示,在一個左右延伸很遠的上、下有界的勻強磁場上方有一閉合線圈,當(dāng)閉合線圈從上方下落穿過磁場的過程中( ) A.進入磁場時加速度可能小于g,離開磁場時加速度可能大于g,也可能小于g B.進入磁場時加速度大于g,離開時小于g C.進入磁場和離開磁場,加速度都大于g D.進入磁場和離開磁場,加速度都小于g 圖9 a b 10.一個環(huán)形線圈放在磁場中,如圖9-a所示,以磁感線垂直于線圈平面向外的方向為正方向,若磁感強度B隨時間t的變化的關(guān)系如圖9-b,那么在第2秒內(nèi)線圈中的感應(yīng)電流的大小和方向是( ) A. 大小恒定,順時針方向 B. 逐漸減小,順時針方向 C. 大小恒定,逆時針方向 D. 逐漸增加,逆時針方向 11.如圖10所示,A是長直密繞通電螺線管。小線圈B與電流表連接,并沿A的軸線Ox從O點自左向右勻速穿過螺線管A。能正確反映通過電流表中電流I隨x變化規(guī)律的是( ) 圖10 圖11 12.如圖11所示,虛線框和實線框在同一水平面內(nèi)。虛線框內(nèi)有矩形勻強磁場區(qū),矩形的長是寬的2倍。磁場方向垂直于紙面向里。實線框abcd是一個正方形導(dǎo)線框。若將導(dǎo)線框以相同的速率勻速拉離磁場區(qū)域,第一次沿ab方向拉出,第二次沿ad方向拉出,兩次外力做的功分別為W1、W2,則( ) A.W1=W2 B.W1=2W2 C.W2=2W1 D.W2=4W1 圖12 13.現(xiàn)代汽車中有一種先進的制動系統(tǒng)——防抱死(ABS)系統(tǒng),它有一個自動控制剎車系統(tǒng)的裝置,原理如圖12。鐵質(zhì)齒輪P與車輪同步轉(zhuǎn)動。右端有一個繞有線圈的磁體,M是一個電流檢測器。當(dāng)車輪帶動齒輪轉(zhuǎn)動時,線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這是由于齒靠近線圈時被磁化,使穿過線圈的磁通量增大,齒離開線圈時又使磁通量減小,從而能使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。這個電流經(jīng)電子裝置放大后能控制制動機構(gòu)。齒輪P從圖示位置按順時針方向轉(zhuǎn)過α角的過程中,通過M的感應(yīng)電流的方向是( ) A.總是從左向右 B.總是從右向左 C.先從左向右,然后從右向左 D.先從右向左,然后從左向右 圖13 14.北半球地磁場的豎直分量向下。如圖13所示,在北京某中學(xué)實驗室的水平桌面上,放置邊長為L的正方形閉合導(dǎo)體線圈abcd,線圈的ab邊沿南北方向,ad邊沿東西方向。下列說法中正確的是( ) A.若使線圈向東平動,則a點的電勢比b點的電勢低 B.若使線圈向北平動,則a點的電勢比b點的電勢低 C.若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn),則線圈中感應(yīng)電流方向為a→b→c→d→a D.若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn),則線圈中感應(yīng)電流方向為a→d→c→b→a 圖14-a 15.圖14-a是用電流傳感器(相當(dāng)于電流表,其電阻可以忽略不計)研究自感現(xiàn)象的實驗電路,圖中兩個電阻的阻值均為R,L是一個自感系數(shù)足夠大的自感線圈,其直流電阻值也為R。圖14-b是某同學(xué)畫出的在t0時刻開關(guān)S切換前后,通過傳感器的電流隨時間變化的圖像。關(guān)于這些圖像,下列說法中正確的是( ) 圖14-b A.甲圖是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合,通過傳感器1的電流隨時間變化的情況 B.乙圖是開關(guān)S由斷開變?yōu)殚]合,通過傳感器1的電流隨時間變化的情況 C.丙圖是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_,通過傳感器2的電流隨時間變化的情況 D.丁圖是開關(guān)S由閉合變?yōu)閿嚅_,通過傳感器2的電流隨時間變化的情況 圖15 二、填空題 16.閉合線圈abcd在磁場中向左運動,如圖15所示,則ab邊受到的磁場力方向_______。 17.由于地磁場的存在,飛機在一定高度水平飛行時,其機翼就會切割磁感線,機翼的兩端之間會有一定的電勢差。若飛機在我國東北上空水平飛行,則從飛行員的角度看,機翼左端的電勢比右端的電勢_______。 圖16 18.如圖16所示,矩形線圈abcd 的一半放在B=0.1T的勻強磁場中,ab邊長10 cm,bc邊長20 cm,若線圈繞ab邊以角速度w=100 p rad/s勻速旋轉(zhuǎn),由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的時刻,線圈中瞬時感應(yīng)電動勢大小為 ,線圈轉(zhuǎn)過90°過程中平均感應(yīng)電動勢大小為 。 圖17 19.如圖17所示,a、b燈是兩個完全相同的電燈,電路導(dǎo)通時,調(diào)節(jié)R,使a、b都正常發(fā)光。先斷開開關(guān),再閉合電鍵瞬間看到兩燈沒有同時發(fā)光,請判斷_______燈比______燈先發(fā)光,原因是: ___________________________________。 20.現(xiàn)將電池組、滑動變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電流計及開關(guān)如下圖18連接。在開關(guān)閉合、線圈A放在線圈B中的情況下,某同學(xué)發(fā)現(xiàn)當(dāng)他將滑動變阻器的滑動端P向左加速滑動時,電流計指針向右偏轉(zhuǎn)。 圖18 若將線圈A中鐵芯向上拔出,則能引起電流計的指針向____偏轉(zhuǎn);若斷開開關(guān),能引起電流計指針_______偏轉(zhuǎn); 若滑動變阻器的滑動端P勻速向右滑動,能使電流計指針______偏轉(zhuǎn)。 三、解答題 21.如圖19所示,處于光滑水平面上的矩形線圈邊長分別為L1和L2,電阻為R,處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場邊緣,線圈與磁感線垂直。將線圈以向右的速度v勻速拉出磁場的過程。求: (1)拉力大小F; (2)拉力的功率P; (3)拉力做的功W; 圖19 (4)線圈中產(chǎn)生的電熱Q; (5)通過線圈某一截面的電荷量q。 22.圖20中MN和PQ為豎直方向的兩平行長直金屬導(dǎo)軌,間距l(xiāng)為0.40 m,電阻不計。導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強度B為0.50 T的勻強磁場垂直。質(zhì)量m為6.0×10-3 kg、電阻為1.0 Ω的金屬桿ab始終垂直于導(dǎo)軌,并與其保持光滑接觸。導(dǎo)軌兩端分別接有滑動變阻器和阻值為3.0 Ω的電阻R1。當(dāng)桿ab達到穩(wěn)定狀態(tài)時以速率v勻速下滑,整個電路消耗的電功率P為0.27 W,重力加速度取10 m/s2,圖20 試求速率v和滑動變阻器接入電路部分的阻值R2。 23.一個半徑r=0.10 m的閉合導(dǎo)體圓環(huán),圓環(huán)單位長度的電阻R0=1.0×10-2 W/m。如圖21-a所示,圓環(huán)所在區(qū)域存在著勻強磁場,磁場方向垂直圓環(huán)所在平面向外,磁感應(yīng)強度大小隨時間變化情況如圖21-b所示。 (1)分別求在0~0.3 s和0.3 s~0.5s 時間內(nèi)圓環(huán)中感應(yīng)電動勢的大?。? (2)分別求在0~0.3 s和0.3 s~0.5s 時間內(nèi)圓環(huán)中感應(yīng)電流的大小,并在圖21-c中畫出圓環(huán)中感應(yīng)電流隨時間變化的i-t圖象(以線圈中逆時針電流為正,至少畫出兩個周期); 圖21 24.單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量(以下簡稱流量)。有一種利用電磁原理測量非磁性導(dǎo)電液體(如自來水、啤酒等)流量的裝置,稱為電磁流量計。它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號的傳感器和顯示儀表兩部分組成。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖22所示,圓筒形測量管內(nèi)壁絕緣,其上裝有一對電極a和c,a、c間的距離等于測量管內(nèi)徑D,測量管的軸線與a、c的連線方向以及通電線圈產(chǎn)生的磁場方向三者相互垂直。當(dāng)導(dǎo)電液體流過測量管時,在電極a、c間出現(xiàn)感應(yīng)電動勢E,并通過與電極連接的儀表顯示出液體的流量Q。設(shè)磁場均勻恒定,磁感應(yīng)強度為B。 (1)已知D=0.40 m,B=2.5×10-3T,Q=0.12 m3/s。試求E的大?。╬ 取3.0); (2)顯示儀表相當(dāng)于傳感器的負(fù)載電阻,其阻值記為R。a、c間導(dǎo)電液體的電阻r隨液體電阻率的變化而變化,從而會影響顯示儀表的示數(shù)。試以E、R、r為參量,給出電極a、c間輸出電壓U的表達式,并說明怎樣可以降低液體電阻率變化對顯示儀表示數(shù)的影響。 圖22 參考答案 一、選擇題 1.CD 2.A、B、D 解析:當(dāng)周長一定的線圈由矩形變成圓形時,面積將變大,所以穿過閉合線圈的磁通量增大,能產(chǎn)生感應(yīng)現(xiàn)象。 3.C 解析:靈敏電流表與線圈組成閉合回路,使線圈沿某一方向運動,若有電流,說明回路中有磁通量的變化,線圈所在處一定有磁場;若無電流,只說明線圈回路中沒有磁通量的變化,但不一定沒有磁場,可能磁場方向與線圈平面平行。 4.D 5.BCD 解析:滑片P不論勻速運動還是變速運動,線圈中的電流都會變化,都會使鐵芯中的磁場變化。 6.B 解析:當(dāng)O和d重合時,環(huán)切割磁感線的有效長度等于環(huán)的半徑,產(chǎn)生的電動勢最大。 7.A 解析:兩環(huán)的磁通量變化率總是相同的,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,兩線圈的電動勢相同。 8.C 解析:線圈進入磁場時,穿過線圈磁通量增加產(chǎn)生逆時針方向電流,線圈完全進入磁場后的運動過程,穿過線圈的磁通量不變,沒有感應(yīng)電流,線圈穿出磁場過程,穿過線圈的磁通量減小,產(chǎn)生順時針方向電流。 9.A 解析:線圈進入磁場過程,穿過線圈的磁通量增加,產(chǎn)生的感應(yīng)電流沿逆時針方向,下邊受到的安培力向上,如圖所示。根據(jù)牛頓第二定律,線圈的加速度mg-F=ma,其中F=Bil=Bl,則a=g-,由此式可知,當(dāng)線圈進入磁場時的速度較小時,加速度向下,且小于g,當(dāng)線圈進入磁場的速度合適時,加速度可以為0,當(dāng)線圈進入磁場時的速度很大時,可能使得a=-g,即安培力等于重力的2倍,這樣加速度向上,且等于g。出磁場時,同樣可以分析出,線圈的加速度大小可以等于、小于或大于g。 10.A 解析:根據(jù)圖像可知,在第2秒內(nèi)磁場方向垂直紙面向外,穿過線圈的磁場增強,由楞次定律得出,線圈中的感應(yīng)電流方向為順時針方向。根據(jù)電磁感應(yīng)定律,E=N=NS,由于B隨時間均勻增加,因此恒定,E也恒定。 11.C 解析:小線圈B在進入通電螺線管和穿出螺線管過程中,穿過B的磁通量一個是增加的,一個是減小的,因此感應(yīng)電流的方向相反,所以選項A、D是錯誤的。已知螺線管是長直密繞的,說明其內(nèi)部一段距離內(nèi)可以認(rèn)為是勻強磁場,那么小線圈在螺線管內(nèi)部通過時就不會有磁通量的變化,感應(yīng)電流為零,所以B錯誤。 12.C 解析:沿ab方向拉出線框時,由于線框勻速運動,因此外力做功等于安培力做功的絕對值,設(shè)矩形磁場長為2l,寬為l。有安培力過程中線框運動距離為2l,拉力做功W1=F2l=。同樣方法可得出沿ad方向拉出過程,W2=Fl=。 13.D 解析:開始時,齒正對著線圈,由于齒被磁化,磁場最強,穿過線圈的磁通量最大,當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)過角時,磁場最弱,齒輪轉(zhuǎn)過a 角時,磁場又達最強,這樣穿過線圈的磁通量先減弱,再增強,根據(jù)楞次定律,線圈中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場先向左,后向右。所以流過M的電流方向是先向左后向右。 14.AC 解析:北半球地球磁場是向北且斜向下的,可以分解為水平和豎直分量,沿東西方向的分量較小我們忽略不計,在實驗室范圍內(nèi),地磁場可看作是勻強磁場,下圖中畫出了地磁場的水平分量和豎直分量。 線圈向東平動時,ab、cd邊切割地磁場的豎直分量,產(chǎn)生電動勢,使得a點電勢低于b點電勢;若使線圈向北平動,bc、ad邊切割地磁場的豎直分量,產(chǎn)生電動勢,則c點的電勢比b點的電勢低,但是a、b電勢相等;若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn),穿過線圈的磁通量減小,根據(jù)楞次定律,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為a→b→c→d→a。 15.BC 解析:從電路圖看,自感線圈與電阻并聯(lián),傳感器1測量干路電流,傳感器2測量電阻這一支路的電流。當(dāng)開關(guān)閉合時,自感線圈具有阻礙電流增加的作用,從而產(chǎn)生自感電動勢,而電阻可以認(rèn)為沒有這個作用,因此流過電阻的電流能夠瞬間達到穩(wěn)定電流,流過線圈的電流要延遲一段時間達到穩(wěn)定電流,所以傳感器1測出的電流應(yīng)該是圖乙所示。當(dāng)開關(guān)斷開時,自感線圈又阻礙電流的減小,電流要延遲一段時間,電流要通過電阻這一支路構(gòu)成回路,因此電阻通過的自感電流從右向左,與原來方向相反,電流在t0時刻最大,大小等于線圈中的穩(wěn)定電流,然后逐漸減小到0。電流隨時間變化的圖象就是丙圖形狀。 二、填空題 16.向上 解析:根據(jù)右手定則判斷出感應(yīng)電流方向為順時針方向,再根據(jù)左手定則判斷ab邊受到的安培力方向。 17.高 解析:在我國東北地區(qū),地磁場的磁感線方向是向北偏下的,豎直分量向下,飛機在水平面內(nèi)不論向哪個方向飛行,都會切割磁感線的豎直分量,從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,根據(jù)右手定則可以得出機翼左端的電勢比右端電勢高。 18.0.628 V;0.2 V 解析:由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的時刻,cd邊線速度的大小v=wlad,方向垂直于磁感線方向,產(chǎn)生的瞬時感應(yīng)電動勢大小e=Blcdv=0.1×0.1×100p×0.2=0.628(V); 線圈轉(zhuǎn)過90°過程中磁通量的變化量ΔF=B,所用時間Δt=,產(chǎn)生的平均感應(yīng) 電動勢大?。剑剑剑?.2 V 19.b,a。閉合開關(guān)瞬間,線圈電流瞬間增加,產(chǎn)生自感電動勢,阻礙電流增加,因此a燈這一支路的電流就會延遲一段時間達到穩(wěn)定值,而b燈與電阻相連,理想情況下不會產(chǎn)生自感電動勢,電流瞬間就會達到穩(wěn)定值,所以b燈會比a燈先亮。 20.右偏;右偏;左偏 解析:滑動變阻器的滑動端P向左加速滑動時,線圈A中的電流減小,其激發(fā)的磁場減小,使得穿過線圈B的磁通量減小,這時電流計指針向右偏轉(zhuǎn),概括為“F 減,右偏”。若將線圈A中鐵芯向上拔出,同樣有F 減,且磁場方向沒有變化,因此仍有右偏;斷開開關(guān),同樣是F 減,右偏;若滑動變阻器的滑動端P勻速向右滑動,線圈A所在回路中的電流會增加,B線圈磁通量F 增加,因此指針左偏。 三、解答題 21.(1)E=BL2v,I=,F(xiàn)=BIL2,∴F= (2)拉力的功率P=Fv= (3)拉力做功W=FL1= (4)根據(jù)功能關(guān)系Q=W (5)通過導(dǎo)體橫截面的電量q=I·t=t= 解析:線圈被勻速拉出過程中,拉力與線圈受到的安培力等值反向。從功能關(guān)系分析,拉力和安培力做功之和為零,所以拉力做功等于線圈克服安培力做功,通過拉力做功將外界能量轉(zhuǎn)化為電能,電能再通過電流做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 22.解析:整個電路消耗的電能來源于重力勢能的減少,導(dǎo)體棒勻速下落,通過重力克服安培力做功,將重力勢能轉(zhuǎn)化為電能。電路的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)體棒為電源,導(dǎo)體棒的電阻為電源內(nèi)阻,電阻R1與R2并聯(lián)接在電源兩端,等效電路如圖所示。 根據(jù)P=mgv得 v==m/s=4.5 m/s 導(dǎo)體棒產(chǎn)生的電動勢E=Blv 導(dǎo)體棒中的電流I= 導(dǎo)體棒勻速運動有 mg=BIl 將I代入上式得=mg 將已知B=0.50T,l=0.40 m,m=6.0×10-3 kg,r=1.0 Ω,R1=3.0Ω,v=4.5 m/s代入 式得R2=6.0 Ω。 23.解析:(1)在0~0.3 s時間內(nèi)感應(yīng)電動勢E1=πr2=6.28×10-3 V 在0.3 s~0.5 s時間內(nèi)感應(yīng)電動勢E2=πr2=9.42×10-3 V (2)在0~0.3 s時間內(nèi) I1==1.0 A 在0.3 s~0.5 s時間內(nèi) I2==1.5 A i-t圖象如圖所示。 24.解析:(1)電極a、c間的感應(yīng)電動勢E是由a、c間長度為直徑D的導(dǎo)體垂直切割磁感線產(chǎn)生的,根據(jù)流量的定義有Q=v·S=·v,故得流體的運動速度為v=,再由導(dǎo)線垂直切割的感應(yīng)電動勢計算公式E=Blv得E=BDv==1.0×10-3 V。 (2)U=IR=,增大R使R>> r,則U≈E,可以降低液體電阻率變化對流量示數(shù)的影響。 - 23 - .- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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