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第十讲电磁感应、交流电、电磁波第十讲电磁感应、交流电、电磁波重点知识归纳重点知识归纳定则与定律定则与定律应用应用安培定则安培定则判断电流判断电流(运动电荷运动电荷)产生磁场的方向产生磁场的方向左手定则左手定则判断磁场对电流、判断磁场对电流、运动电荷作用力的方向运动电荷作用力的方向右手定则右手定则判断导体切割磁感线时判断导体切割磁感线时产生感应电流的方向产生感应电流的方向楞次定律楞次定律判断回路中感应电流的方向判断回路中感应电流的方向EnEBLvsin研究对象研究对象一个回路一个回路(不一定闭合不一定闭合)一段直导线一段直导线(或可等或可等效成直导线效成直导线)适用范围适用范围无论什么方式引起无论什么方式引起的变化都可以的变化都可以只适于一段导体切只适于一段导体切割磁感线割磁感线磁场情况磁场情况任意磁场任意磁场只能是匀强磁场只能是匀强磁场EnEBLvsin物理意义物理意义t为一段时间为一段时间,则则E为平均值为平均值t0时时,则则E为为瞬时值瞬时值v是平均速度是平均速度,则则E为平均值为平均值v是瞬时速度是瞬时速度,则则E为瞬时值为瞬时值各字母各字母含义含义 是是的变化率的变化率,与与、无必然联无必然联系系L:有效切割长度有效切割长度v:有效切割速度有效切割速度是是B与与v的夹角的夹角二、交流电二、交流电“四值四值”的比较的比较瞬时值瞬时值最大值最大值平均值平均值有效值有效值物物理理意意义义反映不反映不同时刻同时刻交流电交流电的大小的大小和方向和方向也叫峰值也叫峰值,它它是瞬时值的是瞬时值的最大值最大值,它反它反映的是交流映的是交流电大小的变电大小的变化范围化范围是指交流是指交流电图象中电图象中图线与时图线与时间轴所围间轴所围成的面积成的面积跟时间的跟时间的比值比值交流电和直交流电和直流电通过相流电通过相同阻值的电同阻值的电阻阻,在相同的在相同的时间内产生时间内产生的热量相等的热量相等瞬时值瞬时值最大值最大值平均值平均值有效值有效值应用应用范围范围计算闪光计算闪光电器电器(如霓如霓虹灯虹灯)的闪的闪光时间等光时间等计算电计算电容器的容器的耐压值耐压值计算通过计算通过导体的电导体的电荷量荷量q计算交流计算交流电通过导电通过导体产生的体产生的热量、电热量、电功以及确功以及确定熔丝的定熔丝的熔断电流熔断电流特别提醒：特别提醒：(1)平移转轴平移转轴,改变线圈形状改变线圈形状,不会改不会改变产生交流电的最大值变产生交流电的最大值.(2)交流电的瞬时值有时写成交流电的瞬时值有时写成eEmcost,不是不是交流电变了交流电变了,而是计时位置发生了改变而是计时位置发生了改变.三、理想变压器原、副线圈基本量的关系三、理想变压器原、副线圈基本量的关系因果因果关系关系(n1、n2不变不变)(1)U1决定了决定了U2(2)I2决定了决定了I1(3)P2决定了决定了P1四、电磁场与电磁波四、电磁场与电磁波1.对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解(1)恒定的磁场恒定的磁场(电场电场)不能产生电场不能产生电场(磁场磁场)(2)周期性变化的电场周期性变化的电场(磁场磁场)产生同频率的周期性产生同频率的周期性变化的磁场变化的磁场(电场电场)，才能形成电磁波，才能形成电磁波(3)变化的磁场能够在周围空间产生电场变化的磁场能够在周围空间产生电场,这种电场这种电场与电荷激发的静电场不同与电荷激发的静电场不同,它的电场线是闭合的它的电场线是闭合的,它它的存在与空间有无导体或者有无闭合电路无关的存在与空间有无导体或者有无闭合电路无关.2对电磁波的理解对电磁波的理解(1)电磁波的传播不需要介质电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播可在真空中传播,在真空中在真空中,不同频率的电磁波传播速度是相同的不同频率的电磁波传播速度是相同的(都等于光速都等于光速).(2)不同频率的电磁波不同频率的电磁波,在同一介质中传播在同一介质中传播,其速其速度是不同的度是不同的,频率越高频率越高,波速越小波速越小.热点题型示例热点题型示例电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、磁通量、感、感应电动势应电动势E、感应电流、感应电流I、安培力、安培力F安安或外力或外力F外外随时随时间间t变化的图象变化的图象,即即Bt图、图、t图、图、Et图、图、It图、图、Ft图图.对于切割磁感线产生感应电动势和感对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况应电流的情况,还常涉及感应电动势还常涉及感应电动势E和感应电流和感应电流I随位移随位移s变化的图象变化的图象,即即Es图、图、Is图等图等.图象问题大体上可分为两类：图象问题大体上可分为两类：1.由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象,此类问题要注意以下几点：此类问题要注意以下几点：(1)定性或定量地表示出所研究问题的函数关系定性或定量地表示出所研究问题的函数关系;(2)在图象中在图象中E、I、B等物理量的方向通过正负值等物理量的方向通过正负值来反映来反映;(3)画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义画图象时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达或表达.2.由给定的有关图象分析电磁感应过程由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相求解相应的物理量应的物理量不管是何种类型不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电用右手定则、左手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律进行分析解决磁感应定律等规律进行分析解决. (2010年高考上海卷年高考上海卷)如图如图101所示所示,一有界区域内一有界区域内,存在着磁感应强存在着磁感应强度大小均为度大小均为B,方向分别垂直于光滑方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场水平桌面向下和向上的匀强磁场,磁磁场宽度均为场宽度均为L.边长为边长为L的正方形线框的正方形线框abcd的的bc边紧靠磁场边缘置于桌面上边紧靠磁场边缘置于桌面上.使线框使线框从静止开始沿从静止开始沿x轴正方向匀加速通过磁场区域轴正方向匀加速通过磁场区域,若若以逆时针方向为电流的正方向以逆时针方向为电流的正方向,能反映线框中感能反映线框中感应电流变化规律的是应电流变化规律的是()例例1图图101【答案】【答案】AC强化训练强化训练1(2011年高考江苏卷年高考江苏卷)如图如图103所示所示,水平面内有一平水平面内有一平行金属导轨行金属导轨,导轨光滑且电阻不导轨光滑且电阻不计计,匀强磁场与导轨平面垂直匀强磁场与导轨平面垂直.阻阻值为值为R的导体棒垂直于导轨静止的导体棒垂直于导轨静止放置放置,且与导轨接触良好且与导轨接触良好.t0时时,将开关将开关S由由1掷到掷到2.q、i、v和和a分别表示电容器所带的电荷量、棒分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度中的电流、棒的速度和加速度.下列图象正确的是下列图象正确的是() 图图103解析解析:选选D.导体棒做加速度减小的加速运动导体棒做加速度减小的加速运动,直至直至匀速匀速.故故q t图象应如图甲所示图象应如图甲所示,A错；错；it图象应图象应如图乙所示如图乙所示,B错错;vt图象应如图丙所示图象应如图丙所示,C错错.D对对.1动力学问题的研究对象动力学问题的研究对象电磁感应中的动力学问题电磁感应中的动力学问题2解决电磁感应中动力学问题的具体思路解决电磁感应中动力学问题的具体思路电源电源电路电路受力情况受力情况功、能问题功、能问题具体步骤为：具体步骤为：(1)明确哪一部分电路产生感应电动势，则这部明确哪一部分电路产生感应电动势，则这部分电路就是等效电源；分电路就是等效电源；(2)正确分析电路的结构，画出等效电路图；正确分析电路的结构，画出等效电路图；(3)分析所研究的导体受力情况；分析所研究的导体受力情况；(4)列出动力学方程或平衡方程并求解列出动力学方程或平衡方程并求解 (2010年高考福建理综卷年高考福建理综卷)如图如图105所示所示,两两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面的绝缘斜面上上,导轨上端连接一个定值电阻导轨上端连接一个定值电阻R.导体棒导体棒a和和b放在放在导轨上导轨上,与导轨垂直并良好接触与导轨垂直并良好接触.斜面上水平虚线斜面上水平虚线PQ以下区域内以下区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场磁场.现对现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力棒施以平行导轨斜向上的拉力F,使它使它沿导轨匀速向上运动沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的此时放在导轨下端的b棒恰棒恰好静止好静止.例例2当当a棒运动到磁场的上边界棒运动到磁场的上边界PQ处时处时,撤去拉力撤去拉力,a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动动,此时此时b棒已滑离导轨棒已滑离导轨.当当a棒再次滑回到磁场上棒再次滑回到磁场上边界边界PQ处时处时,又恰能沿导轨匀速向下运动又恰能沿导轨匀速向下运动.已知已知a棒、棒、b棒和定值电阻的阻值均为棒和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为棒的质量为m,重力加速度为重力加速度为g,导轨电阻不计导轨电阻不计.求求:图图105(1)a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中棒中的电流强度的电流强度Ia与定值电阻与定值电阻R中的电流强度中的电流强度IR之比之比;(2)a棒质量棒质量ma；(3)a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F.强化训练强化训练2(2010年高考江苏理综卷年高考江苏理综卷)如图如图106所示所示,两足够长的光滑金属两足够长的光滑金属导轨竖直放置导轨竖直放置,相距为相距为L,一理想电流表一理想电流表与两导轨相连与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂匀强磁场与导轨平面垂直直.一质量为一质量为m、有效电阻为、有效电阻为R的导体的导体棒在距磁场上边界棒在距磁场上边界h处静止释放处静止释放.导体导体棒进入磁场后棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小流经电流表的电流逐渐减小,最终最终稳定为稳定为I.整个运动过程中整个运动过程中,导体棒与导轨接触良导体棒与导轨接触良好好,且始终保持水平且始终保持水平,不计导轨的电阻不计导轨的电阻.求求:图图106(1)磁感应强度磁感应强度B的大小；的大小；(2)电流稳定后，导体棒运动速度电流稳定后，导体棒运动速度v的大小；的大小；(3)流经电流表电流的最大值流经电流表电流的最大值Im.电磁感应中的电路、电磁感应中的电路、能量转化问题能量转化问题1电路问题电路问题(1)将切割磁感线导体或磁通量发生变化的回路作将切割磁感线导体或磁通量发生变化的回路作为电源，确定感应电动势和内阻为电源，确定感应电动势和内阻(2)画出等效电路画出等效电路(3)运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点，运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点，电功率公式，焦耳定律公式等求解电功率公式，焦耳定律公式等求解2能量转化问题能量转化问题(1)安培力的功是电能和其他形式的能之间相互安培力的功是电能和其他形式的能之间相互转化的转化的“桥梁桥梁”，用框图表示如下：，用框图表示如下：(2)明确功能关系明确功能关系,确定有哪些形式的能量发生了确定有哪些形式的能量发生了转化转化.如有摩擦力做功如有摩擦力做功,必有内能产生必有内能产生;有重力做有重力做功功,重力势能必然发生变化重力势能必然发生变化;安培力做负功安培力做负功,必然必然有其他形式的能转化为电能有其他形式的能转化为电能.(3)根据不同物理情景选择动能定理根据不同物理情景选择动能定理,能量守恒定能量守恒定律律,功能关系功能关系,列方程求解问题列方程求解问题. (14分分)(2010年高考上海单科卷年高考上海单科卷)如图如图107,宽度宽度L0.5 m的光滑金的光滑金属框架属框架MNPQ固定于水平面内固定于水平面内,并并处在磁感应强度大小处在磁感应强度大小B0.4 T,方方向竖直向下的匀强磁场中向竖直向下的匀强磁场中,框架的电阻非均匀分布框架的电阻非均匀分布.将质量将质量m0.1 kg,电阻可忽略的金属棒电阻可忽略的金属棒ab放置在框放置在框架上架上,并与框架接触良好并与框架接触良好.以以P为坐标原点为坐标原点,PQ方向为方向为x轴正方向建立坐标系轴正方向建立坐标系.金属棒从金属棒从x01 m处以处以v02 m/s的初速度的初速度,沿沿x轴负方向做轴负方向做a2 m/s2的匀减速直的匀减速直线运动线运动,运动中金属棒仅受安培力作用运动中金属棒仅受安培力作用.求求:例例3图图107强化训练强化训练3(2011年高考上海卷年高考上海卷)电阻可忽略的电阻可忽略的光滑平行金属导轨长光滑平行金属导轨长S1.15 m,两导轨间距两导轨间距L0.75 m,导轨倾角为导轨倾角为30,导轨上端导轨上端ab接一阻值接一阻值R1.5 的电阻的电阻,磁感应强度磁感应强度B0.8 T的匀强磁场的匀强磁场垂直轨道平面向上垂直轨道平面向上.阻值阻值r0.5 ,质量质量m0.2 kg的金属棒与轨道垂直且接触良好的金属棒与轨道垂直且接触良好,从轨道上端从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端处由静止开始下滑至底端,在此过程中金属棒产在此过程中金属棒产生的焦耳热生的焦耳热Q10.1 J.(取取g10 m/s2)求求:图图108答案：答案：(1)0.4 J(2)3.2 m/s2(3)见解析见解析变压器与远距离输电变压器与远距离输电解答远距离输电的题目时，要注意以下几点：解答远距离输电的题目时，要注意以下几点：1明确输电的流程：交流发电机明确输电的流程：交流发电机升压变压器升压变压器输电线输电线降压变压器降压变压器用户用户2明确功率关系：明确功率关系：P1P2，P3P4，P2P3P.P为输电线上损失的功率，且为输电线上损失的功率，且PI2R线线 (2010年高考浙江理综卷年高考浙江理综卷)某水电站某水电站,用总电用总电阻为阻为2.5 的输电线输电给的输电线输电给500 km外的用户外的用户,其输其输出电功率是出电功率是3106 kW,现用现用500 kV电压输电电压输电,则下则下列说法正确的是列说法正确的是()A.输电线上输送的电流大小为输电线上输送的电流大小为2.0105 AB.输电线上由电阻造成的损失电压为输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC.若改用若改用5 kV电压输电电压输电,则输电线上损失的功率则输电线上损失的功率为为9108 kWD.输电线上损失的功率为输电线上损失的功率为PU2/r,U为输电电为输电电压压,r为输电线的电阻为输电线的电阻例例4【答案】【答案】B强化训练强化训练4(2010年高考江苏卷年高考江苏卷)在如图在如图109所示的远距离输电电路中，升压变压器和降压所示的远距离输电电路中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变随着发电厂输出功率的输电线的电阻均不变随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有增大，下列说法中正确的有()图图109A升压变压器的输出电压增大升压变压器的输出电压增大B降压变压器的输出电压增大降压变压器的输出电压增大C输电线上损耗的功率增大输电线上损耗的功率增大D输电线上损耗的功率占总功率的比例增大输电线上损耗的功率占总功率的比例增大解析解析:选选CD.对升压对升压(或降压或降压)变压器而言变压器而言,由变压由变压器电压比器电压比U1 U2n1 n2知知,输入电压不变输入电压不变,匝数匝数不变不变,输出电压不变输出电压不变,故故A选项不正确选项不正确;知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束按按ESC键退出全屏播放键退出全屏播放
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