2019-2020年高三物理静悟导读提纲 （八）电磁感应、交变电流 新人教版.doc

2019-2020年高三物理静悟导读提纲 （八）电磁感应、交变电流 新人教版【考试说明】电磁感应电磁感应现象磁通量法拉第电磁感应定律楞次定律自感、涡流交变电流交变电流 交变电流的图像正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值理想变压器远距离输电【知识网络】【考试说明解读】一、电磁感应（一）磁通量概念：1磁通量的实质就是穿过某面积的磁感线的条数。如图1所示，面积大小不等的两个圆形线圈A和B共轴套在一条形磁铁上，磁铁内部向上的磁感线的总条数是相同的，但由于线圈的面积大于的，外部穿过线圈向下的磁感线的条数的大于的，所以。2磁感线除了有大小以外，还有方向，但它是个标量。磁通量的方向仅仅表示磁感线沿什么方向穿过某面积，其运算不满足矢量合成的平行四边形定则，只满足代数运算。3由磁通量的定义可得：，此式表示“磁感应强度大小等于穿过垂直于磁场方向的单位面积的磁感线条数”，所以磁感应强度又被叫做“磁感密度”。【例1】如图2所示，边长为100cm的正方形闭合线圈置于磁场中，线圈的ad、bc两边中点连线OO的左右两侧分别存在着方向相同、磁感应强度大小各为B1=0.60T、B2=0.40T的匀强磁场。开始时，线圈平面与磁场垂直，若从上往下看，线圈逆时针转37和180角时，穿过线圈的磁通量分别改变了多少？ 【答案】0.1Wb，1.0Wb（二）感应电流的产生条件1产生感应电流的条件是“穿过闭合电路的磁通量发生变化”，即，要产生感应电流，必须同时满足两个条件，一个是电路闭合，另一个则是穿过电路的磁通量发生变化。2磁通量的计算公式是：=BSsin，式中的Ssin应是磁场区域内线框平面在垂直于磁场方向上的投影（面积）大小。所以此题的讨论中，千万不要误认为线框从开始运动就有感应电流产生。一定要记住：磁通量的实质是穿过某一面的磁感线的条数！【例2】如图3所示，闭合的矩形金属线框abcd仅有一半置于范围足够大的匀强磁场中，开始时线框平面与磁场垂直，现从图示位置绕轴OO按图示方向转动，线框中有感应电流产生吗？试加以分析。来源:【答案】只有线框全部转入磁场中时，才会有感应电流产生，否则没有。（三）感应电流方向的判断感应电流方向的判断，既可用右手定则，也可用楞次定律。1右手定则：适合于判断导线切割磁感线的情形。用右手定则判断感应电流的方向不要仅仅停留在应用上，还要对电流的形成理解其实质，即导线中的自由电子随导线一起做定向运动，于是在洛仑兹力的作用下就会发生定向移动形成电流。即，在利用右手定则的同时，也要和左手定则进行联系。2楞次定律：适合于判断磁通量发生变化时的情形。应用次定律时，一定要正确理解定律中“阻碍”二字的深刻含义，“阻碍”的并不是磁通量，而是磁通量的变化！即，感应电流的磁场方向并不总是和“引起感应电流的磁场方向”相反的！当“穿过电路的磁通量增加时”，感应电流的磁场方向就和“引起感应电流的磁场方向”相反，否则就相同。图4【例3】如图4所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形线框，当滑动变阻器的滑片自左向右滑动时，从纸外向纸内看，线框ab将A保持不动B逆时针转动C顺时针转动D发生转动，但因电源极性不明确，无法判断转动方向【答案】C（四）感应电动势大小的计算1导体切割磁感线时，一般用公式计算感应电动势大小。最适宜的情况是整个过程中切割磁感线的速度不变，若速度是随时变化的，可以把某一瞬时的速度代入求出那一瞬时的感应电动势。2切割磁感线产生感应电动势的导体相当于电源，象本题中的金属棒，它与几个定值电阻、电容器构成闭合电路，这样就可以利用闭合电路的欧姆定律计算电路中的电流、电量、电热、电功等。3在这道题目中，感应电动势大小恒定，使得感应电流的大小也恒定不变，计算电量、电热或电功都可以用同一个值。如果电流是随时变化的，象交流电部分，那就要区分了，计算电量用的时电流的平均值，而计算电热、电功等用的则是交流电的有效值。图5【例4】（07天津理综）两根光滑的长直导轨MN、MN平行置于同一水平面内，导轨间距为l，其电阻不计，M、M处接有如图5所示所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C。长度也为l、电阻同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。金属棒ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q。试求：金属棒ab运动速度的大小；电容器所带的电荷量。【答案】，图6【例5】如图6所示，平行的光滑金属导轨EF和GH相距l，处于同一竖直平面内，EG间接有阻值为R的电阻，轻质金属杆ab长为2l，紧贴导轨竖直放置，离b端处固定有质量为m的小球。整个装置处于磁感应强度为b并于导轨平面垂直的匀强磁场中，当金属杆ab由静止开始竖贴导轨并饶b端向右倒下至水平位置时，小球的速度为v。若导轨足够长，导轨及金属杆电阻不计，试求此过程中通过电阻R的电量；R中的最大电流。【答案】，（五）自感现象1自感现象是导体自身电流发生变化时而产生的一种电磁感应现象，分为通电自感和断电自感两种。2电感线圈对变化的电流只是起到一种“阻碍电流变化”的作用，最终还是要达到“该达到的状态”，只是使该过程的时间“拉长”，通过做题要反复的理解这一点。图7【例6】如图7所示，A、B是两个完全相同的白炽灯泡，L时是直流电阻不计的电感线圈，如果断开开关S1，而闭合开关S2，A、B两灯都能同样发光。最初开关S1是闭合的，而S2是断开的，则可能出现的情况是A刚闭合S2时，A灯立即发光，而B灯则延迟一段时间才发光B刚闭合S2时，电感线圈中的电流为零C闭合S2以后，A灯立即发光并最终达到稳定，B灯则由亮变暗直到熄灭D闭合S2一段时间后，再断开S2时，A灯立即熄灭，而B灯是亮一下再熄灭来源:Z_xx_k【答案】BCD二、交变电流（一）交变电流定义1大小和方向均随时间而作周期性变化的电流叫做交变电流。2随时间按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电。这里需要注意的问题就是，正弦交流电的图象也并非一定是正弦曲线，余弦曲线反映的也是正弦交流电的变化规律，也叫正弦交流电。其实，正弦曲线和余弦曲线只是坐标原点选取的不同而已。（二）交变电流的产生：1线圈在匀强磁场中匀速转动时产生按正弦规律变化的交变电流。2线圈处在中性面时，虽然穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率最小为零，从而感应电动势的瞬时值也为零；3当线圈处在与中性面垂直的位置上时，虽然穿过它的磁通量最小，为零，但磁通量的变化率却是最大的，所以这时感应电动势的瞬时值最大。需要弄清楚的一个问题就是感应电动势是与磁通量的变化率成正比的！【例7】一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，在转动过程中，线框中的最大磁通量为，最大感应电动势为，则下列说法中正确的是A当穿过线框的磁通量为零时，感应电动势也为零B当穿过线框的磁通量减小时，感应电动势在增大C当穿过线框的磁通量等于时，感应电动势等于D线框转动的角速度【答案】BD（三）描述交变电流的物理量：1描述交变电流的物理量有瞬时值、最大值、有效值、平均值，这是描述交变电流强弱的物理量；另外还有角速度、转速、周期和频率等，这几个是描述交变电流变化快慢的物理量。电动势的瞬时值：电动势的最大值： 电动势的平均值：（求电量时用）有效值：由电流的热效应求得。2交流电的有效值是根据电流的热效应定义的，解题时要牢牢地记住这一点。列式计算时，时间的选取显得很关键，一般取一个周期为宜。对于正弦交流电来说，有效值与最大值之间有如下的关系：，。3要弄清楚上述几个物理量之间的关系及各自的用途，瞬时值是随时而变的，最大值就是最大的瞬时值，计算电热、电功等物理量、考虑保险丝的熔断电流时用的都是交变电流的有效值，计算电荷量时用的是平均值，而考虑电容器等的击穿电压时用的则是交变电流的最大值。4常识性问题：各种用电器的铭牌上所标的电压、电流值以及交流电表所测量的电压、电流值，还有我们平常所说的交变电流的电压、电流值，以及保险丝的熔断电流值等等，都是指的有效值。来源:【例8】如图3所示是一交变电压随时间的变化图象，某些数据已在图中标出，试求此交变电压的有效值。【答案】（四）变压器和远距离输电问题：对理想变压器，应理解以下几个方面的问题: 1理想变压器原、副线圈的电压和电流与原、副线圈的匝数分别成正比和反比，公式分别为： P出P入。要注意，上面两式适用的前提是原、副必须是绕在同一个铁芯上，即要保证穿过原、副线圈的磁通量时刻是相同的。2在原、副线圈的匝数比不变的情况下：原线圈所加交变电压的有效值发生变化时，副线圈的输出电压也要随之变化。即，副线圈的输出电压是由原线圈电压决定的；若原线圈所加电压不变，而改变副线圈所接负载的阻值时，则副线圈中电流会发生变化，这时随之而改变的是副线圈的输出功率、原线圈中的电流和原线圈的输入功率。即，原线圈中的电流和输入功率分别是由副线圈中的电流和功率决定的。3远距离输电（）P恒UI P线I2R线线 所以高压输电。【例9】在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图8所示的变压器铁芯的左、右两个臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半则通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数之比为，则在不接负载的情况下A当线圈1输入电压为时，线圈2的输出电压为B当线圈1输入电压为时，线圈2的输出电压为C当线圈2输入电压为时，线圈1的输出电压为D当线圈2输入电压为时，线圈1的输出电压为【答案】BD