高中物理-电磁感应与交变电流
高二物理电磁感应交变电流测试卷
高二物理电磁感应交变电流测试卷及参考答案一、选择题（不定项，每题4分，共40分）1、用比值法定义物理量是物理学中一种很重要的思想方法，下列哪个物理量的确定是由比值法定义的：（）A、加速度a=mFB、感应电动势t∆∆=φεC、电阻SLRρ=D、磁感应强度B=IlF2、一矩形线圈绕垂直于匀强磁场方向、并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化情况如图所示，则( )A．t1时刻穿过线圈的磁通量为零B．t2时刻穿过线圈的磁通量最大C．t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零D．t4时刻穿过线圈的磁通量变化率为零3、.一直导线长L=1m，放在磁感应强度为B=2T的匀强磁场中以速率v=3m/s运动，则感应电动势的大小是( )A.6vB.2vC.0D.8v4、如图所示，直导线与导线框位于同一平面，要使导线框中产生如图所示方向的感应电流，则直导线中电流方向及其变化情况是（）（A）电流方向为M到N，电流不变（B）电流方向为N到M，电流逐渐增大（C）电流方向为M到N，电流逐渐增大（D）电流方向为N到M，电流不变5、如图所示的电路中,A1和A2是完全相同的灯泡,线圈L的电阻可以忽略.下列说法中正确的是（）(A)合上开关K接通电路时,A2先亮,A1后亮,最后一样亮(B)合上开关K接通电路时,A1和A2始终一样亮(C)断开开关K切断电路时,A2立刻熄灭,A1过一会儿才熄灭(D)断开开关K切断电路时,A1和A2都要过一会儿才熄灭6、发电厂发电机的输出电压为U1。
发电厂到学校的输电导线总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电线上损耗的功率可表示为（）A、U12/ RB、（U1—U2）2/ RC、I2RD、I（U1—U2）7、一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图示，由图可知()A．该交流电的电压的有效值为100 VB．该交流电的频率为25 HzC．该交流电压瞬时值的表达式为u＝100sin 25t VD．若将该交流电压加在阻值为100 Ω的电阻两端，该电阻消耗的功率为50 W8、如图示理想变压器原副线圈匝数之比:n1:n2=4:1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R连接组成闭合回路，当直导线AB在匀速强磁场中沿导轨匀速地向左作切割磁感线运动时，安培表A1的读数为12mA，那么安培表A2的读数为 ( )A.0B.3mAC.48mAD.与R值大小无关9、如图示电路中，L1、L2、L3是三盏相同的电灯，当电源为220 V的交流电源时，L1、L2、L3的发光情况相同．如将电源改为220 V的直流电源，则稳定后观察到的现象是( )A．L1、L2、L3三盏电灯的亮度保持不变B．L1不亮，L2、L3两盏电灯的亮度保持不变C．L2变得最亮D．L3变得最亮10、如图所示，质量为m、带电量为q的带正电粒子，以初速度v0垂直进入正交的匀强电场E和匀强磁场B中，从P点离开该区域，此时侧向位移为s，则（重力不计）（）A、粒子在P所受的磁场力可能比电场力大B、粒子的加速度为(Eq-Bqv0)/mC、粒子在P点的速率为m/E q s2v2+D、粒子在P点的动能为mv02/2+Eqs二、填空题（每空3分，共24分）11、把一内阻不计的交流发电机的转子的转速提高一倍，并把输出端接在原、副线圈匝数比为5∶2的变压器的原线圈两端。
物理高二交变电流知识点
物理高二交变电流知识点交变电流是物理学中的重要概念之一。
它是电流在时间上发生周期性变化的现象。
对于学习物理的高中生来说，了解和掌握交变电流的相关知识点是必要的。
本文将介绍高二物理交变电流的几个重要知识点。
一、交变电流的定义和特点交变电流是指电流随着时间的推移而周期性变化的电流。
它的方向和大小在一个周期内是不断改变的。
交变电流通常用正弦函数表示，具有周期性、可变化和周期性变化的特点。
二、交变电流的频率和周期交变电流的频率是指单位时间内交变电流经过一个完整周期的次数。
频率的单位是赫兹(Hz)。
周期是指交变电流完成一个完整周期所需的时间。
频率和周期之间有以下关系：频率=1/周期。
在交流电路中，常见的电网频率为50Hz，即每秒完成50个周期。
三、交变电流的有效值和最大值交变电流的有效值是指具有相同功率交流电与相同功率直流电所产生的能力相同的电流。
有效值用大写字母“I”表示。
最大值是指交变电流的最大瞬时值，用大写字母“Imax”表示。
交变电流的有效值与最大值之间有以下关系：有效值=最大值/根号2。
四、交变电流的振幅和相位差交变电流的振幅是指交变电流波形图中从波峰到波谷的距离的一半。
振幅用小写字母“a”表示。
相位差是指两个交变电流波形图之间的时间差，常用角度来表示。
相位差可以使正值或负值，分别表示正相位差或负相位差。
五、交变电流的阻抗和电感在交流电路中，电流的流动受到电路元件的阻碍，这种阻碍被称为阻抗。
阻抗的单位是欧姆(Ω)。
电感则是一种导体对交变电流的电阻。
当电流通过电感时，电感会产生电磁感应，阻碍电流的流动。
六、交变电流的功率和功率因素交变电流的功率是指电流在单位时间内所做的功。
功率的单位是瓦特(W)。
在交流电路中，根据交流电压和电流的相位差，功率可以分为视在功率、有功功率和无功功率。
功率因素是指有功功率与视在功率之间的比值。
七、交变电流的应用交变电流广泛应用于生活和工业中的电力系统、电器设备和通信系统中。
电磁感应与交变电流
20(楞次定 16(右手 19(扇形 21(落 18（电磁 19（感生与
律分析电 定则， 匀强磁场 线中的E 炮中的安 动生转换）
容器带电 电路电 中的电磁 大小、 培力与电 20（安培力
情况)
流分析) 感应现象 方向)判 磁感应综 与楞次定律
i-t 图) 断
合） 综合）
考查 要点
电磁 感应
出现 频次
2011海南、2009宁夏 典型2
(6)如图,感应电流i与时间t的关系图线可能正 确的是（ B ）
E
E′
××
i
i
i
i
××
O
O′
××
O
tO
tO
tO
t
××
F
F′
A
B
C
D
（19）电流随ωt变化的图象是（ C ）
i
i
i
i
ωt
ωt
ωt
ωt
0 π π 3π 2π 0 π π 3π 2π 0 π π 3π 2π 0 π π 3π 2π
2.不要求判断内电 动势，右手定则”内
Ⅱ 路中各点势的高低”容，但已包含在“法
的两点说明。
拉第电磁感应定律”
I 3.不要求用自感系 和“楞次定律”考点
数计算感应电动势 中。
3.难度升高，注意这
几年的变化。
看归纳
全国新课标卷物理电学选择题考点分布
考查 出现 要点 频次
电磁 9 感应
出处及题号
2007年 2008年 2009年 2010年 2011年 2012年
2
2
2
2
2
2
2
2
A
B
电磁感应现象与交变电流频率的关系分析
电磁感应现象与交变电流频率的关系分析近年来，随着科技的快速发展，电磁感应现象正逐渐引起人们的广泛关注。
在电磁学领域中，电磁感应现象是一种重要的现象，它描述了导体受到磁场影响时所产生的电流。
在电磁感应现象的研究中，交变电流频率是一个非常关键的因素。
交变电流是指在指定时间内，电流方向和大小都不断变化的电流。
频率则表示在一秒钟内变化的次数。
因此，交流电的频率是描述交替方向的快慢程度，频率越高，方向变化的速度越快。
交变电流频率对电磁感应现象有着重要的影响。
首先，交变电流频率的改变会对电磁感应产生不同的效果。
根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化会产生感应电流。
当交变电流频率较低时，磁场的变化较为缓慢，感应电流产生的速度相对较慢。
随着频率的增加，磁场的变化速度也会加快，因此感应电流产生的速度也会增加。
这一现象使得电磁感应现象在不同频率下具有不同的特性。
其次，交变电流频率对电磁感应的产生和传导也有一定的影响。
电磁感应现象的产生需要磁场和导体之间的相对运动。
当交变电流频率较低时，导体与磁场的相对运动相对较慢，因此电磁感应现象的传导速度相对较慢。
随着频率的增加，相对运动速度也随之增加，从而加快了电磁感应现象的传导速度。
这一特性在电磁感应技术中具有重要的应用价值。
交变电流频率还会对电磁感应现象的强度产生一定的影响。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势与导体中感应电流的大小成正比。
当交变电流频率较低时，感应电流产生的速度相对较慢，因此感应电动势较小。
当频率增加时，感应电流产生的速度加快，从而使得感应电动势增大。
因此，随着频率的增加，电磁感应的强度也会增大。
此外，在实际应用中，交变电流频率还会对传输和利用电能的效率产生一定的影响。
交变电流的频率越高，电能的传输效率也越高。
这是因为高频交流电在导线中的传输损耗较低，能更有效地传输电能。
因此，现代电力系统中采用的交流电频率通常为几十到几百赫兹，以及低于一千赫兹范围内。
总结起来，电磁感应现象与交变电流频率之间存在紧密的关系。
高中物理磁场公式大全_高中物理磁场公式总结
高中物理磁场公式大全_高中物理磁场公式总结磁场可以说是由电子的自旋产生的，变化的电场产生磁场。
大家知道多少高中物理磁场的公式呢？下面店铺为大家推荐一些高中物理磁场公式总结，希望大家有用哦。
高中物理磁场公式：磁场1.磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量,是矢量，单位T),1T=1N/A?m2.安培力F=BIL;(注：L⊥B) {B:磁感应强度(T),F:安培力(F),I:电流强度(A),L:导线长度(m)}3.洛仑兹力f=qVB(注V⊥B);质谱仪{f:洛仑兹力(N)，q:带电粒子电量(C)，V:带电粒子速度(m/s)｝4.在重力忽略不计(不考虑重力)的情况下,带电粒子进入磁场的运动情况(掌握两种)：(1)带电粒子沿平行磁场方向进入磁场:不受洛仑兹力的作用,做匀速直线运动V=V0(2)带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场:做匀速圆周运动,规律如下a)F向=f洛=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=qVB;r=mV/qB;T=2πm/qB;(b)运动周期与圆周运动的半径和线速度无关,洛仑兹力对带电粒子不做功(任何情况下);©解题关键:画轨迹、找圆心、定半径、圆心角(=二倍弦切角)。
注：(1)安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定，只是洛仑兹力要注意带电粒子的正负;(2)磁感线的特点及其常见磁场的磁感线分布要掌握;(3)其它相关内容：地磁场/磁电式电表原理/回旋加速器/磁性材料高中物理磁场公式：电磁感应1.[感应电动势的大小计算公式]1)E=nΔΦ/Δt(普适公式){法拉第电磁感应定律，E：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，ΔΦ/Δt:磁通量的变化率｝2)E=BLV垂(切割磁感线运动) {L:有效长度(m)｝3)Em=nBSω(交流发电机最大的感应电动势) {Em:感应电动势峰值｝4)E=BL2ω/2(导体一端固定以ω旋转切割) {ω:角速度(rad/s)，V:速度(m/s)｝2.磁通量Φ=BS {Φ:磁通量(Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积(m2)}3.感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定{电源内部的电流方向：由负极流向正极｝*4.自感电动势E自=nΔΦ/Δt=LΔI/Δt{L:自感系数(H)(线圈L有铁芯比无铁芯时要大),ΔI:变化电流,?t:所用时间,ΔI/Δt:自感电流变化率(变化的快慢)｝注：(1)感应电流的方向可用楞次定律或右手定则判定，楞次定律应用要点;(2)自感电流总是阻碍引起自感电动势的电流的变化;(3)单位换算：1H=103mH=106μH。
高三物理一轮复习第9章电磁感应交变电流实验14探究感应电流方向的规律课件
图3
【解析】 (1)探究电磁感应现象的实验电路分两部分，电源、开关、滑动 变阻器、原线圈组成闭合电路，检流计与副线圈组成另一个闭合电路；电路图 如图所示；
(2)在实验过程中，除了查清流入检流计电流方向与指针偏转方向之间的关 系之外，还应查清原线圈 L1 与副线圈 L2 的绕制方向．由电路图可知，闭合开关 之前，应将滑动变阻器的滑动头 P 处于右端，此时滑动变阻器接入电路的阻值 最大．
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尖子生好方法:听课时应该始终跟着老师的节奏，要善于抓住老师讲解中的关键词，构建自己的知识结构。利用老师讲课的间隙，猜想老师还会讲什么，会怎样讲， 怎样讲会更好，如果让我来讲，我会怎样讲。这种方法适合于听课容易分心的同学。
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二、同步听课法
有些同学在听课的过程中常碰到这样的问题，比如老师讲到一道很难的题目时，同学们听课的思路就“卡壳“了，无法再跟上老师的思路。这时候该怎么办呢？
如果“卡壳”的内容是老师讲的某一句话或某一个具体问题，同学们应马上举手提问，争取让老师解释得在透彻些、明白些。
如果“卡壳”的内容是公式、定理、定律，而接下去就要用它去解决问题，这种情况下大家应当先承认老师给出的结论（公式或定律）并非继续听下去，先把问题记 下来，到课后再慢慢弄懂它。
【导学号：81370351】
图4 A．如果磁铁的下端是 N 极，则磁铁正在远离线圈 B．如果磁铁的下端是 S 极，则磁铁正在远离线圈 C．如果磁铁的下端是 N 极，则磁铁正在靠近线圈 D．如果磁铁的下端是 S 极，则磁铁正在靠近线圈
AD [根据题图甲，可以知道电流表的指针向电流流入的方向偏转，螺线管 相当于一个电源，电源的正极在上端．根据安培定则，螺线管上端是 S 极．如 果磁铁的下端是 N 板，则磁铁正在远离线圈；如果磁铁的下端是 S 极，则磁铁 正在靠近线圈，故 A、D 正确．]
电磁感应与交变电流
Ff=μ FN
FN=mg
F0 解得μ = 2mg
(2)根据功能关系可知导体棒MN克服安培力做功将 机械能转化为电能,在电路中电能转化为电热,电路 1 F0 中的总电热Q总=x 2 设导体棒的电阻值为r,根据电路串联关系可知
r Q总 Q R Q总
解得r=R(1-
(3)两位同学画的图线都不正确. 设导体棒运动的速度大小为v,产生的感应电动势为E, 感应电流为I F安=BIl I= E=Blv
电磁感应中能量转化问题
例3 (2009·徐州市第三次调研)如图6-1-8所示,
正方形线框abcd放在光滑绝缘的
水平面上,其边长L=0.5m、质量m =0.5kg、电阻R=0.5Ω ,M、N分别 为线框ad、bc边的中点.图示两个 图6-1-8 虚线区域内分别有竖直向下和向上的匀强磁场,磁感
应强度均为B=1T,PQ为其分界线,线框从图示位置以
1 2 mvm +Q1+Q2 mgLsinθ = 2 解得vm=4m/s
(2分) (1分)
(3)棒到底端时回路中产生的感应电流
Bdvm Im= =2A Rr
(1分)
根据牛顿第二定律有mgsinθ -BImd=ma
解得a=3m/s2 答案 (1)0.6V (2)4m/s (3)3m/s2
(1分)
(1分)
3.线圈穿越方向相反的两磁场时,要注意有两条
边都切割磁感线产生感应电动势.
预测演练1 如图6-1-3所示,在MM′、NN′区域中 存在垂直纸面向里,宽为2L的匀 强磁场.一导线框abcdefg位于纸 面内,总电阻为R,其中ab、bc、
de、ga四边长度均为L,fg、cd 图6-1-3 1 边长度为 L ,ab边与磁场边界MM′重合.从t=0时 2 刻开始,线框以速度v匀速穿过磁场区域,以逆时针方
电磁感应与交变电流
十二、电磁感应1.★电磁感应现象:利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流. （1）产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化，即ΔΦ≠0.（2）产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势.产生感应电动势的那部分导体相当于电源.（2）电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流.2.磁通量（1）定义:磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义式:Φ=BS.如果面积S与B不垂直，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即Φ=BS′，国际单位:Wb求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数.任何一个面都有正、反两个面;磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量为正.反之，磁通量为负.所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和.3.★楞次定律（1）楞次定律:感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便.（2）对楞次定律的理解①谁阻碍谁———感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量.②阻碍什么———阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身.③如何阻碍———原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”.④阻碍的结果———阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少.（3）楞次定律的另一种表述:感应电流总是阻碍产生它的那个原因，表现形式有三种: ①阻碍原磁通量的变化;②阻碍物体间的相对运动;③阻碍原电流的变化（自感）.★★★★ 4.法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.表达式 E=nΔΦ/Δt当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算公式为E=BLvsinθ.当B、L、v三者两两垂直时，感应电动势E=BLv.（1）两个公式的选用方法E=nΔΦ/Δt 计算的是在Δt时间内的平均电动势，只有当磁通量的变化率是恒定不变时，它算出的才是瞬时电动势.E=BLvsin θ中的v若为瞬时速度，则算出的就是瞬时电动势:若v为平均速度，算出的就是平均电动势.（2）公式的变形①当线圈垂直磁场方向放置，线圈的面积S保持不变，只是磁场的磁感强度均匀变化时，感应电动势:E=nSΔB/Δt .②如果磁感强度不变，而线圈面积均匀变化时，感应电动势E=Nbδs/Δt .5.自感现象（1）自感现象:由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象.（2）自感电动势:在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势.自感电动势的大小取决于线圈自感系数和本身电流变化的快慢，自感电动势方向总是阻碍电流的变化.6.日光灯工作原理（1）起动器的作用:利用动触片和静触片的接通与断开起一个自动开关的作用，起动的关键就在于断开的瞬间.（2）镇流器的作用:日光灯点燃时，利用自感现象产生瞬时高压;日光灯正常发光时，利用自感现象，对灯管起到降压限流作用.7.电磁感应中的电路问题在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，将它们接上电容器，便可使电容器充电;将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流.因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起.解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是:（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向. （2）画等效电路. （3）运用全电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等公式联立求解.8.电磁感应现象中的力学问题（1）通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，基本方法是:①用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.②求回路中电流强度.③分析研究导体受力情况（包含安培力，用左手定则确定其方向）.④列动力学方程或平衡方程求解.（2）电磁感应力学问题中，要抓好受力情况，运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达稳定运动状态，抓住a=0时，速度v达最大值的特点.9.电磁感应中能量转化问题导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化，在回路中产生感应电流，机械能或其他形式能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因此，电磁感应过程总是伴随着能量转化，用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动（匀速直线运动或匀速转动），对应的受力特点是合外力为零，能量转化过程常常是机械能转化为内能，解决这类问题的基本方法是:（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向.（2）画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表达式.（3）分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程.10.电磁感应中图像问题电磁感应现象中图像问题的分析，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势（电流）大小是否恒定.用楞次定律判断出感应电动势（或电流）的方向，从而确定其正负，以及在坐标中的范围.另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的意义把图像反映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的抽象规律对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断.十三、交变电流1.交变电流:大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流.按正弦规律变化的电动势、电流称为正弦交流电.2.正弦交流电 ----（1）函数式:e=E m sinωt （其中★E m =NBSω）（2）线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，电动势为零，磁通量的变化率为零，线圈平面与中心面垂直时，磁通量为零，电动势最大，磁通量的变化率最大.（3）若从线圈平面和磁场方向平行时开始计时，交变电流的变化规律为i=I m cosωt.. （4）图像:正弦交流电的电动势e、电流i、和电压u，其变化规律可用函数图像描述。
高中物理人教版选修3
自感与互感现象
01
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的磁通量也会发生变化，从
而在线圈自身中产生感应电动势的现象。
02
互感现象
两个相邻的线圈之间，当一个线圈中的电流发生变化时，它所产生的磁
通量会穿过另一个线圈，从而在另一个线圈中产生感应电动势的现象。
03
自感与互感的区别与联系
自感是单个线圈内的现象，而互感是两个相邻线圈间的现象；它们都是
03 提高解决问题的能力
运用物理知识解决实际问题，提高分析、解决问 题的能力。
选修3的内容与结构
电磁感应与电磁波
电磁感应现象及其规律， 电磁波的产生、传播与接 收等。
光学基础
光的折射、反射、干涉、 衍射等现象及其规律，以 及光的波粒二象性等。
原子结构与原子核
原子的核式结构模型、能 级跃迁与光谱分析，原子 核的组成与放射性衰变等 。
电磁波谱与光通信
电磁波谱
按照频率从低到高，电磁波可以 分为无线电波、微波、红外线、 可见光、紫外线、X射线和γ射线
等。பைடு நூலகம்
光通信
利用光波作为信息载体进行通信 的方式，具有传输速度快、容量
大、抗干扰能力强等优点。
光纤通信
利用光导纤维传输光信号的一种 通信方式，具有传输距离远、容
量大、保密性好等优点。
06
电能的输送与分配
输送
采用高压输电方式，以减少输电过程中的能量损 失。
分配
通过变电站将高压电转换为不同等级的电压，以 满足不同用户的需求。同时，采用智能电网技术 实现电能的合理分配和调度。
04
传感器及其应用
传感器的原理与分类
传感器原理
高考物理——电磁感应与正弦式交流电综合的新题归纳与解题策略
高考物理——电磁感应与正弦式交流电综合的新题归纳与解题策略在新高考的背景下,将电磁感应与正弦式交变电流这两部分知识进行综合考查的新题型越来越多,此类试题不仅可以考查对感应电动势、感应电流、安培力和正弦式交变电流的产生以及“四值”的应用等重要知识点,还可以考查学生的空间思维能力以及应用数学知识处理物理问题的能力。
由于电磁感应和交变电流都是高考必考的章节,因此有必要对这两部分知识进行综合考查的新题型进行深入研究。
笔者现对这些试题进行归纳总结,并探索解题策略。
题型1 线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动该题型是涉及正弦式交变电流产生的常规题型,核心要点有:1.若计时起点在中性面,则感应电动势瞬时值的表达式为e＝Emsinωt,其中Em ＝NBSω;若计时起点在垂直中性面的位置,则感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt。
2.每经过中性面一次,电流方向改变一次,则线圈转动一圈,电流的方向改变两次。
3.在中性面时,穿过线圈的磁通量最大,但此刻磁通量的变化率为零,感应电动势为零;在经过与中性面垂直的位置时,穿过线圈的磁通量为零,但此刻磁通量的变化率最大,感应电动势最大。
除了这些基本的知识点以外,还有以下几点需要强调说明。
①线圈不管是圆形、矩形或其他形状,以上结论均相同。
②只要转轴与磁场垂直,即使轴的位置发生改变,以上结论均相同。
③当磁场或永磁体旋转、线圈静止不动时,以上结论均相同。
④当只有部分线框处于磁场中时,公式中的面积S是线框位于磁场中的有效面积。
【例1】(2022·江苏南通考前模拟·12)如图1所示,矩形线圈abcd匝数为N,总电阻为R,ab边和ad边长分别为L和3L,O、O′为线圈上两点,OO′与cd边平行且与cd边的距离为L,OO′左侧空间有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。
现使线圈绕OO′以角速度ω匀速转动,求:(1)从图1 位置开始转过60°过程中通过导线截面电荷量q;图1(2)线圈在转动一周过程中产生的焦耳热Q。
【课件】交变电流的描述 高二物理同步课件(人教版2019选择性必修第二册)
Q交=2（Q1+Q2）=2.8J
Q交 I Rt 带入数据得： 2.8 I 1 1
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
直
2
直
I 直 1.67A
三、有效值
2.有效值：让交流和恒定电流分别通过大小相同电阻，如果在相同时间（一个周期内）
它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把这I、U叫做这个交流
的有效值。
Q交 (4 2 )2 R 1 (3 2 )2 R 1 50R
所以50R=I2Rt，解得I=5A
三、有效值
3.有效值与峰值的关系
理论计算表明，正弦交流电的峰值与有效值有以下关系：
Em
E
0.707 Em
2
Um
U
0.707U m
2
Im
I
0.707 I m
2
上述关系只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用。需按定义计算。
(2)负载电压u随时间变化的规律：
u U m sin t
(3)电流i随时间变化的规律：
i I m sin t
思考与讨论：
正弦式交变电流的大小和方向都随时间发生周期性变化，那么
我们如何描述这种电流的变化特征呢？
一、周期和频率
线圈转
动一周
电压、电流都发生一次周期性变化
e=Emsinωt
u=Umsinωt
名称
瞬时值
最大值
物理含义
重要关系
适用情况
交变电流某一时刻的值
e＝Emsin ωt
i＝Imsin ωt
分析交变电流在某一时
最大的瞬时值
Em＝NBSω
Em
Im
高中物理电磁感应和交变电流
2、中性面：与磁场方向垂直的平面
特点：
①线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通 量最大，但磁通量的变化率为零，感应 电动势为零；
②线圈平面每次转过中性面时，线圈中 感应电流方向改变一次，线圈转动一周 两次通过中性面，故线圈转动一周，线 圈中电流方向改变两次
• 3、交流电的图象
练习１．一个按正弦规律变化的交流电流，如图 所示，根据图像可以知道
瞬时值 有效值
周期、频率 电感、电容的作用
交流电路
变压器
远距离输电
专题一 交变电流的产生及其变化规律
一、交变电流的产生
1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直 于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就 有交流电产生
A
L1
L2
D
B
C
L2
线圈平面 与磁感线 垂直位置 开始计时
e=NBωSsinωt
d
上海高考题例４：在绕制变压器时，某人误将两个线圈
一、感应电动势
（影响感应电动势大小的因素）
⒈在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。
说明
①电路闭合时有感应电动势，感应电流。 ②电路断开时有感应电动势，但无感应电流。
问2、题大2量：试影验响表感明应：电穿动过线势圈大的小磁的通因量素变？化越快感
应电动势越大
实验结论：感应电动势ΔE的φ大小与磁通量的变化快慢 有3、关。磁通量的变化率Δt
问题3：磁通量大，磁通量变化一定大吗？ 磁通量变化大，磁通量的变化率一定大吗？
磁通量的变化率和磁通量、磁通量的变化不 同。磁通量为零，磁通量的变化率不一定为零;磁 通量的变化大，磁通量的变化率也不一定大。
（可以类比速度、速度的变化和加速度.）
交变电流的产生及其变化规律
高中物理交变电流——知识点总结及五年真题详解(理论知识及真题两部分)
交变电流、电磁学第一部分（理论知识点、重点）一、知识网络二、重、难点知识归纳1．交变电流产生(产生: 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动而产生的描 述瞬时值:I=I m sin ωt 峰值:I m = nsB ω/R有效值:2/m I I = 周期和频率的关系:T=1/f 图像：正弦曲线电感对交变电流的作用：通直流、阻交流，通低频、阻高频应用交变电流电容对交变电流的作用：通交流、阻直流，通高频、阻低频 变压器变流比：电能的输送原理：电磁感应 变压比：U 1/U 2=n 1/n 2只有一个副线圈：I 1/I 2=n 2/n 1有多个副线圈：I 1n 1= I 2n 2= I 3n 3=……功率损失：线损R UP （P 2= 电压损失：线损R UPU =远距离输电方式：高压输电交流。
如图（b ）所示。
而（a ）、(d)为直流其中（a ）为恒定电流。
（二）、正弦交流的产生及变化规律。
(1)、产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。
即正弦交流。
(2)、中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。
这一位置穿过线圈的磁通量最大，但切割边都未切割磁感线，或者说这时线圈的磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。
(3)、规律：从中性面开始计时，则e=NBS ωsin ωt 。
用εm表示峰值NBS ω则e=εm sinωt 在纯电阻电路中,电流I=RR e mε=sin ωt=I m sin ωt ，电压u=U m sin ωt 。
2、表征交变电流大小物理量(1)瞬时值：对应某一时刻的交流的值 用小写字母x 表示，e i u (2)峰值：即最大的瞬时值。
大写字母表示，U m Ｉm εmεm = nsB ωＩm =εm / R注意：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为εm =NBS ω，即仅由匝数N ，线圈面积S ，磁感强度B 和角速度ω四个量决定。
高中物理交变电流知识点归纳
《交变电流》第一节交变电流的产生和描述【基本概念、规律】一、交变电流的产生和变化规律1．交变电流大小和方向随时间做周期性变化的电流．2．正弦交流电(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．(2)中性面①定义：与磁场方向垂直的平面．②特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．(3)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线．二、描述交变电流的物理量1．交变电流的周期和频率的关系：T＝1 f.2．峰值和有效值(1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的最大值．(2)有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值．(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I＝I m2，U＝U m2，E＝E m2.3．平均值：E＝n ΔΦΔt＝BL v.【重要考点归纳】考点一交变电流的变化规律1．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)2.(1)线圈平面与中性面重合时，S ⊥B ，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变． (2)线圈平面与中性面垂直时，S ∥B ，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变． 3.解决交变电流图象问题的三点注意(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关．(2)注意峰值公式E m ＝nBSω中的S 为有效面积．(3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解．考点二 交流电有效值的求解 1．正弦式交流电有效值的求解 利用I ＝I m 2，U ＝U m 2，E ＝E m2计算． 2．非正弦式交流电有效值的求解交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．注意“三同”：即“相同电阻”，“相同时间”内产生“相同热量”．计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期．考点三 交变电流的“四值”的比较I ＝I m2 电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值E ＝ΔΦΔt I ＝ER ＋r计算通过电路截面的电荷量1.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 (1)求出角速度ω，ω＝2πT＝2πf . (2)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式E m ＝nBSω求出相应峰值． (3)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．①线圈从中性面位置开始转动，则i －t 图象为正弦函数图象，函数式为i ＝I m sin ωt .②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i －t 图象为余弦函数图象，函数式为i ＝I m cos ωt第二节 变压器 远距离输电【基本概念、规律】一、变压器原理1．工作原理：电磁感应的互感现象． 2．理想变压器的基本关系式 (1)功率关系：P 入＝P 出． (2)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2，若n 1>n 2，为降压变压器；若n 1<n 2，为升压变压器． (3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1；有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n . 二、远距离输电 1．输电线路(如图所示)2．输送电流 (1)I ＝P U .(2)I ＝U －U ′R .3．电压损失 (1)ΔU ＝U －U ′.(2)ΔU ＝IR . 4．功率损失 (1)ΔP ＝P －P ′.(2)ΔP ＝I 2R ＝⎝⎛⎭⎫P U 2R ＝ΔU2R. 【重要考点归纳】考点一 理想变压器原、副线圈关系的应用 1．基本关系(1)P 入＝P 出，(有多个副线圈时，P 1＝P 2＋P 3＋……) (2)U 1U 2＝n 1n 2，有多个副线圈时，仍然成立． (3)I 1I 2＝n 2n 1，电流与匝数成反比(只适合一个副线圈) n 1I 1＝n 2I 2＋n 3I 3＋……(多个副线圈)(4)原、副线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同． 2．制约关系(1)电压：副线圈电压U 2由原线圈电压U 1和匝数比决定． (2)功率：原线圈的输入功率P 1由副线圈的输出功率P 2决定． (3)电流：原线圈电流I 1由副线圈电流I 2和匝数比决定． 3.关于理想变压器的四点说明： (1)变压器不能改变直流电压．(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率． (3)理想变压器本身不消耗能量．(4)理想变压器基本关系中的U 1、U 2、I 1、I 2均为有效值． 考点二 理想变压器的动态分析 1.匝数比不变的情况(如图所示) (1)U 1不变，根据U 1U 2＝n 1n 2可以得出不论负载电阻R 如何变化，U 2不变．(2)当负载电阻发生变化时，I 2变化，根据I 1I 2＝n 2n 1可以判断I 1的变化情况．(3)I 2变化引起P 2变化，根据P 1＝P 2，可以判断P 1的变化． 2.负载电阻不变的情况(如图所示) (1)U 1不变，n 1n 2发生变化，U 2变化．(2)R 不变，U 2变化，I 2发生变化． (3)根据P 2＝U 22R和P 1＝P 2，可以判断P 2变化时，P 1发生变化，U 1不变时，I 1发生变化．3.变压器动态分析的思路流程考点三 关于远距离输电问题的分析 1．远距离输电的处理思路对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步进行分析．2．远距离高压输电的几个基本关系(以下图为例)：(1)功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 损＋P 3. (2)电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线． (3)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线. (4)输电线上损耗的电功率： P 损＝I 线ΔU ＝I 2线R 线＝⎝⎛⎭⎫P 2U 22R 线．3.解决远距离输电问题应注意下列几点 (1)画出输电电路图．(2)注意升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流相等． (3)输电线长度等于距离的2倍． (4)计算线路功率损失一般用P 损＝I 2R 线．【思想方法与技巧】特殊变压器问题的求解一、自耦变压器高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用．分为：电压互感器和电流互感器，比较如下：电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在大电流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变为小电流利用的公式U1U2＝n1n2I1n1＝I2n2三、多副线圈变压器对于副线圈有两个及以上的理想变压器，电压与匝数成正比是成立的，而电流与匝数成反比的规律不成立．但在任何情况下，电流关系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率即P入＝P出进行求解．实验十一传感器的简单使用一、实验目的1．了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性．2．学会传感器的简单使用．二、实验原理闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．三、实验器材热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、温度计、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．1．研究热敏电阻的热敏特性(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如实验原理图甲所示)．(2)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中．2．研究光敏电阻的光敏特性(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器连接好(如实验原理图乙所示)，其中多用电表置于“×100”挡．(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据．(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．一、数据处理1．热敏电阻的热敏特性(1)画图象在右图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．(2)得结论热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大．2．光敏电阻的光敏特性(1)探规律根据记录数据定性分析光敏电阻的阻值与光照强度的关系．(2)得结论①光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；②光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．二、误差分析本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数．三、注意事项1．在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．2．光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少．3．欧姆表每次换挡后都要重新调零．。
高中物理交变电流
高中物理：交变电流一、正弦式电流的产生和变化规律1、交流电产生的条件：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，在线圈中将产生按正弦规律变化的交变电流。
2、交流电的变化规律（1）感应电动势瞬时值的表达式：如果线圈从中性面开始时，在匀强磁场中以角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生感应电动势的最大值为，则在时刻，线圈中产生的感应电动势的瞬时值是；由于电流与电动势的同步性，若感应电流的最大值为，感应电流的瞬时值的表达式为（2）感应电动势的最大值是；式中N为线圈匝数，S为线圈面积。
（3）从感应电动势的表达式可以看出，当时，即线圈平面垂直于中性面时，感应电动势最大；而当线圈平面与中性面平行时，即或时，感应电动势为零。
要注意的是线圈平面垂直于中性面时，即时，穿过线圈的磁通量为零，但这时其变化率却最大。
3、交变电流的图象：交变电流、电压、电动势的图象都是正弦函数图象。
二、表征交流电的物理量1、表征交流电的物理量主要有：瞬时值、最大值和有效值；周期、频率和角频率。
2、交流电的有效值：（1）根据电流的热效应规定的，即交流电和直流电通过同样阻值的两个电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，则这个直流电的数值为交流电的有效值；（2）对正弦式电流而言，其最大值是有效值的倍，即：，，（3）通常所说的交流电的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流等都是指有效值；电容器的耐压值是交流电的最大值；计算通过电路某一截面的电量，需用交流电的平均值。
3、交流电的周期、频率和角频率都是用来表征交流电的物理量，三者之间的关系是：我国工农业生产和生活用的交流电，频率50Hz，周期0.02s，电流方向每秒钟改变100次。
注意问题：1、交变电流的产生过程及电动势和磁通量的变化情况以上反映线圈上感应电动势瞬时值的图象都是当线圈平面恰通过中性面时开始计时作出的。
线圈通过中性面的瞬时，线圈导体不切割磁感线，感应电动势为零，磁通量的变化率为零，但穿过线圈平面的磁通量最大。
高中物理选修1-1第三章3.3交变电流讲解
课堂练习
1．下列表示交变电流的有（CE ） 表示正弦交变电流的有（ E ）
i
u
i
0
t0
t0
t
(A)
(B)
(C)
i
e
0
t0
t
(D)
(E)
2．我国生产和生活用交流电的周期T ＝_0_._0_2_s，频率f= __5_0___Hz，角速度ω＝ _1_0_0_π____rad/s，在1s内电流的方向变化 _1_0_0____次。
2．答：照明、动力电路的电压有效值分别 为220V、380V；峰值分别为
220 2V 311V 380 2V 538V
3．答：220V，311V。
4．答：当电阻丝中同故宫50Hz的交流电时， 尽管铜焊头与电阻丝是绝缘的，但由于电磁感 应现象在铜焊头中可以感应出50Hz感应电流。 再通过收录机中放大装置的放大，就会产生很 强的交流声。
3．交变电流的种类 (1)正弦交流电 (2)示波器中的锯齿波扫描电压 (3)电子计算机中的矩形脉冲 (4)激光通信中的尖脉冲
1．电容器主要应用： 隔直流，通交流。
【解析】电容器的充电和放电表现为交流 通过了电容器。金属中的电流时由于负电荷的 定向移动形成的，它等效于正电荷向相反方向 的移动。上图用到了这样的等效画法。
知识回顾
一、感应电动势 1．感应电动势： 电磁感应现象中产生的电动势 2．实验表明： 感应电动势的大小跟磁通变化的快慢有关。 3．磁通量的变化率： 设时刻t1的磁通量是Φ1，时刻t2的磁通量变 为Φ2，则： 磁通量的变化量： △Φ ＝Φ2－Φ1 磁通量的变化率： △Φ/t=(Φ2－Φ1)/(t2－t1)
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时针方向时的电动势E为正,磁感线垂直纸面向里时
磁通量Φ的方向为正,外力F向右为正.则以下关于线
框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随
时间变化的图象正确的是
（）
图7-1-2
对于线圈穿越磁场产生感应电流的图象问题,应 注意以下几点:
1.要划分不同的运动阶段,对每一过程应用楞次 定律和法拉第电磁感应定律进行分析.
(1)常规法:据原磁场(B原方向及ΔΦ情况)
确定感应磁场(B感方向)
判断感应电流(I感
方向)
导体受力及运动趋势.
(2)效果法:由楞次定律可知,感应电流的“效果”总
是阻碍引起感应电流的“原因”.即阻碍物体间的
相对运动 来作出判断. 2.
(1)明确研究对象、研究过程. (2)进行正确的受力分析、运动分析、感应电路分 析(E感和I感的大小、方向、变化)及相互制约关系. (3)明确各力的做功情况及伴随的 能量转化 情况. (4)利用动能定理、能量守恒定律或功能关系列方
(1分) (1分) (1分)
(2)根据Q=I2Rt∝R
Q2=
r R
Q1=0.4J
(1分)
设棒到达底端时的速度为vm,根据能的转化和守恒定
律,
mgLsinθ=
1 2
mvm 2
+Q1+Q2
解得vm=4m/s
(2分) (1分)
(3)
Im=
Bdvm Rr
=2A
根据牛顿第二定律有mgsinθ-BImd=ma
(3)动生电动势:由于导体运动而产生的感应电动势
称为动生电动势.产生动生电动势的那部分导体相当
于 电源 .
3.感应电动势的计算
(1)法拉第电磁感应定律:E= n .若B变,而S不变,则 t
E=
;若S变而B不变,则E=
.常用于计算
平均 电动势.
(2)导体垂直切割磁感线:E=Blv,主要用于求电动势
程求解. 3.解决感应电路综合问题的一般思路是“先电后
力”,即: 先作“源”的分析——分离出电路中由电磁感应 所产生的电源,求出电源参数E和r;
再进行“路”的分析——分析电路结构,弄清串并联 关系,求出相关部分的电流大小,以便安培力的求解; 然后是“力”的分析——分析力学研究对象(常是金 属杆、导体线圈等)的受力情况,尤其注意其所受的 安培力; 接着进行“运动”状态的分析——根据力和运动的 关系,判断出正确的运动模型; 最后是“能量”的分析——寻找电磁感应过程和力 学对象的运动过程中其能量转化和守恒的关系.
间无关.
4.
(1)在匀强磁场里,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的
线圈里产生的是正弦交变 电流.
(2)若N匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向
的轴匀速转动,从中性面开始计时,其函数形式为:e
= NBSωsinωt ,用Em=NBSω表示电动势最大值,则有
e= Emsinωt
.其电流大小为i=
e R
I最大→v最大→cd边刚进入右侧磁场时,此 时ab边与cd边都受到向左的安培力.
解析 (1)MN与PQ重合时,穿过线框的磁通量为零,
ΔΦ=BS=BL2=1×0.52Wb=0.25Wb
(2)cd边刚过PQ的瞬间,
E=2BLv0=2×1×0.5×2V=2V
感应电流的大小为I=
E R
2 A =4A
0.5
线框的ab边水平,距其下方L处存在两个方向垂直斜 面的匀强磁场区域,Ⅰ区域上下边界间的距离
为L,磁感应强度大小为B,Ⅱ区域上下边界间的距离 为2L,磁感应强度大小为2B.由静止释放线框,当ab边 刚穿过两磁场的分界线QQ′进入磁场Ⅱ时,线框做 匀速运动.求:
题型1 楞次定律和图象的应用
例1 (诸暨市质量检测)如图7-1-2所示为两个有界
匀强磁场,磁感应强度大小均为B,方向分别垂直纸面
向里和向外,磁场宽度均为L,距磁场区域的左侧L处,
Байду номын сангаас
有一边为L的正方形导体线框,总电阻为R,且线框平
面与磁场方向垂直,现用外力F使线框以速度v匀速穿
过磁场区域,以初始位置为计时起点.规定:电流沿逆
预测演练3 如图7-1-6甲所示,空间存在竖直向上的 磁感应强度为B的匀强磁场,ab、cd是相互平行的间 距为l的长直导轨,它们处于同一水平面内,左端由金 属丝bc相连,MN是跨接在导轨上质量为m的导体棒, 已知MN与bc的总电阻为R,ab、cd的电阻不计.用水 平向右的拉力使导体棒沿导轨做匀速运动,并始终保 持棒与导轨垂直且接触良好.图乙是棒所受拉力和安 培力与时间关系的图象,已知重力加速度为g.
解析 (1)根据导体棒MN匀速运动可知它受牵引力、
安培力和摩擦力Ff三力平衡,由图象可知拉力大小为
F0,安培力大小为
F0-
1 2
F0
-Ff=0
1 2 F0
,根据牛顿第二定律有:
Ff=μFN
FN=mg
解得μ= F0
2mg
(2)根据功能关系可知导体棒MN克服安培力做功将
机械能转化为电能,在电路中电能转化为电热,电路 中的总电热Q12总F=0 x 设导体棒的电阻值为r,根据电路串联关系可知
vv
为顺时针方向.
答案 A
预测演练2 (三明市质检)如图7-1-4所示,正三角形 导线框abc放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线 框平面垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙 所示,t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里,下图 中能表示线框的ab边受到的磁场力F随时间t的变化关 系的是(规定水平向左为力的正方向)( )
E12 R
• L =0.5J
2v1
故在整个运动过程中,
Q=Q1+Q2=1.25J 答案 (1)0.25 Wb (2)8 m/s2 (3)1.25 J
本题是与电磁感应有关的力电综合题,涉及到法 拉第电磁感应定律、安培力、牛顿运动定律、能的
转化与守恒定律. 1.利用动能关系的观点分析电磁感应问题,首先
图7-1-6
(1)求导体棒与导轨间的动摩擦因数μ.
(2)已知导体棒发生位移x的过程中bc边上产生的焦耳 热为Q,求导体棒的电阻值. (3)在导体棒发生位移x后轨道变为光滑轨道,此后水 平拉力的大小仍保持不变,图7-1-7 中Ⅰ、Ⅱ是两位同学画出的导体棒 所受安培力随时间变化的图线.判 断他们画的是否正确,若正确请说 明理由;若都不正确,请你在图中定 图7-1-7 性画出你认为正确的图线,并说明理由.(要求:说理 过程写出必要的数学表达式)
2.要根据有关物理规律找到物理量间的函数关 系,以便确定图象的形状.
3.线圈穿越方向相反的两磁场时,要注意有两条 边都切割磁感线产生感应电动势.
预测演练1 如图7-1-3所示,在MM′、NN′区域中
存在垂直纸面向里,宽为2L的匀
强磁场.一导线框abcdefg位于纸
面内,总电阻为R,其中ab、bc、
的速度v1=1m/s,此时立刻对线框施加一沿运动方向的 水平拉力,使线框匀速运动直至完全进入右侧匀强磁 场区域.求: (1)线框由图示位置运动到MN与PQ重合的过程中磁 通量的变化量. (2)线框运动过程中最大加速度的大小. (3)在上述运动过程中,线框中产生的焦耳热.
思路导引 最大加速度a→线框受到的安培力Fmax
F=2BIL=2×1×4×0.5N=4N
线框加速度的大小为 a= F 4 m/s2=8m/s2
m 0.5
(3)MN到达PQ前,由能量守恒可知,线框中产生的焦
耳热为
Q1=
1 2
mv02
1 2
mv12
=0.75J
MN与PQ重合的时刻,
E1=2BLv1=2×1×0.5×1V=1V
MN经过PQ后,
Q2=
答案 (1) F0 2mg
(3)见解析
(2) R(1 2Q ) F0 x
题型3 电磁感应中能量转化问题 例3 (徐州市第三次调研)如图7-1-8所示, 正方形
线框abcd放在光滑绝缘的 水平面上,其边长L=0.5m、质量m =0.5kg、电阻R=0.5Ω,M、N分别 为线框ad、bc边的中点.图示两个 图7-1-8 虚线区域内分别有竖直向下和向上的匀强磁场,磁感 应强度均为B=1T,PQ为其分界线,线框从图示位置以 速度v0=2m/s匀速向右滑动,当MN与PQ重合时,线框
端脱离轨道时,电阻R上产生的热量Q1=0.6J,取 g=10m/s2,试求: (1)当棒的速度v=2m/s时,电阻R两端的电压. (2)棒下滑到轨道最底端时的速度大小. (3)棒下滑到轨道最底端时的加速度大小.
解答 (1)速度v=2m/s时,
E=Bdv=1V 电路中的电流I= E =1A
Rr
所以电阻R两端的电压U=IR=0.6V
图7-1-4
解析 在0~3s内, B 恒定,E恒定,则I恒定,方向沿顺
t
时针.0~1s内,F=ILab·B,方向向左,1~3s内,B改变方向, 所以F方向向右.因此F的变化与B的变化一致,同理 3~6s内与0~3s内相同.
答案 A
题型2 电磁感应中的动力学分析
例2 (威海市5月模拟) (10分)光滑的平行金属
专题七 电磁感应和电路
第1课时 电磁感应与交变电流
基础回扣 1.感应电流
磁通量
2.感应电动势的产生 (1)感生电场:英国物理学家麦克斯韦的电磁场理论 认为,变化的磁场能在周围空间激发电场,这种电场 叫感生电场.感生电场是产感生生电动势 的原因. (2)感生电动势:由感生电场产生的电动势称为感生 电动势.如果在感生电场所在的空间存在导体,在导 体中就能产生感生电动势,感生电动势在电路中的作 用就电是源 .
de、ga四边长度均为L,fg、cd
图7-1-3
边长度为 1 L ,ab边与磁场边界MM′重合.从t=0时