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文檔簡介
2025年高二物理下學(xué)期復(fù)習(xí)卷四(電磁感應(yīng))一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象與感應(yīng)電流產(chǎn)生條件電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指通過磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象,其本質(zhì)是磁通量變化引發(fā)的能量轉(zhuǎn)化過程。產(chǎn)生感應(yīng)電流需滿足兩個(gè)條件:閉合電路和穿過電路的磁通量發(fā)生變化。磁通量Φ的定義式為Φ=BSsinθ(θ為磁場B與回路面積S的夾角),其變化量ΔΦ可通過以下三種方式實(shí)現(xiàn):B變化(如條形磁鐵插入線圈時(shí)磁場增強(qiáng));S變化(如導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)回路面積改變);θ變化(如線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)夾角改變)。例題1:如圖所示,閉合線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng),判斷線圈中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流?解析:線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),θ角隨時(shí)間周期性變化,導(dǎo)致Φ=BSsinθ周期性變化,滿足感應(yīng)電流產(chǎn)生條件,因此有感應(yīng)電流產(chǎn)生。二、楞次定律與右手定則1.楞次定律感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化,可概括為“增反減同”“來拒去留”“增縮減擴(kuò)”。應(yīng)用步驟為:(1)確定原磁場方向;(2)判斷磁通量變化趨勢(增或減);(3)根據(jù)“阻礙”原則確定感應(yīng)電流磁場方向;(4)用安培定則判斷感應(yīng)電流方向。2.右手定則適用于導(dǎo)體切割磁感線的情景:伸右手,磁感線垂直穿入掌心,拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向,四指所指方向即為感應(yīng)電流方向。例題2:水平放置的光滑導(dǎo)軌上有導(dǎo)體棒ab,在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中向右運(yùn)動(dòng),判斷ab中感應(yīng)電流方向。解析:用右手定則,掌心向上(磁感線向下穿入),拇指向右(運(yùn)動(dòng)方向),四指指向a→b,故電流方向?yàn)閍→b。三、法拉第電磁感應(yīng)定律與電動(dòng)勢計(jì)算1.法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動(dòng)勢大小E與磁通量變化率成正比,公式為:[E=n\frac{\Delta\Phi}{\Deltat}]其中n為線圈匝數(shù),(\frac{\Delta\Phi}{\Deltat})為磁通量變化率。該公式適用于感生電動(dòng)勢(由B變化產(chǎn)生)和動(dòng)生電動(dòng)勢(由切割磁感線產(chǎn)生)的計(jì)算。2.動(dòng)生電動(dòng)勢平動(dòng)切割:E=BLv(B、L、v兩兩垂直,L為有效切割長度);轉(zhuǎn)動(dòng)切割:E=(\frac{1}{2}BL^2\omega)(導(dǎo)體棒以一端為軸轉(zhuǎn)動(dòng),ω為角速度);線圈轉(zhuǎn)動(dòng):E=NBSωsinωt(正弦式交變電動(dòng)勢,峰值Em=NBSω)。3.電荷量計(jì)算通過回路的電荷量q僅與磁通量變化量ΔΦ、匝數(shù)n及總電阻R有關(guān),公式為:[q=n\frac{\Delta\Phi}{R_{\text{總}}}]例題3:匝數(shù)為100的線圈,面積0.1m2,在0.5s內(nèi)磁場從0.2T均勻增至0.8T,回路總電阻5Ω,求平均電動(dòng)勢E及通過線圈的電荷量q。解析:[\Delta\Phi=S\DeltaB=0.1\times(0.8-0.2)=0.06,\text{Wb}][E=n\frac{\Delta\Phi}{\Deltat}=100\times\frac{0.06}{0.5}=12,\text{V}][q=n\frac{\Delta\Phi}{R}=100\times\frac{0.06}{5}=1.2,\text{C}]四、電磁感應(yīng)中的電路問題1.等效電路分析將產(chǎn)生電動(dòng)勢的部分(如切割磁感線的導(dǎo)體棒、磁通量變化的線圈)視為電源,其電阻為內(nèi)阻r,外電路由電阻、電容等元件組成。關(guān)鍵步驟:(1)確定電源(電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r);(2)畫出等效電路圖;(3)應(yīng)用閉合電路歐姆定律計(jì)算電流、電壓等。2.兩類典型模型純電阻電路:E=I(R+r),電能轉(zhuǎn)化為焦耳熱;含容電路:導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí),電容器充電至U=E=BLv,電荷量Q=CU=CBLv。例題4:如圖,導(dǎo)體棒ab長L=0.5m,在B=0.4T的勻強(qiáng)磁場中以v=10m/s向右勻速運(yùn)動(dòng),導(dǎo)軌電阻不計(jì),ab電阻r=1Ω,外電阻R=3Ω,求:(1)ab兩端電壓Uab;(2)R上的電功率P。解析:(1)E=BLv=0.4×0.5×10=2V,I=E/(R+r)=2/(3+1)=0.5A,Uab=IR=0.5×3=1.5V;(2)P=I2R=0.52×3=0.75W。五、電磁感應(yīng)中的圖像問題常見圖像類型包括Φ-t、B-t、E-t、I-t、v-t等,分析方法為:明確坐標(biāo)軸含義,確定物理量間的函數(shù)關(guān)系;根據(jù)規(guī)律列式,如E=(\frac{\Delta\Phi}{\Deltat})=S(\frac{\DeltaB}{\Deltat})(感生)或E=BLv(動(dòng)生);分析斜率、截距、面積的物理意義,例如Φ-t圖的斜率表示(\frac{\Delta\Phi}{\Deltat}),與E成正比。例題5:一閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng),Φ-t圖像如圖所示,判斷0~t1、t1~t2時(shí)段是否有感應(yīng)電流,并比較t0時(shí)刻與t3時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢大小。解析:0~t1:Φ均勻增大,(\frac{\Delta\Phi}{\Deltat})為常數(shù),有恒定感應(yīng)電流;t1~t2:Φ不變,(\frac{\Delta\Phi}{\Deltat})=0,無感應(yīng)電流;t0時(shí)刻斜率大于t3時(shí)刻,故E0>E3。六、動(dòng)力學(xué)與能量綜合問題1.動(dòng)力學(xué)分析導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)受安培力(F_A=BIL=\frac{B^2L^2v}{R_{\text{總}}}),其方向與運(yùn)動(dòng)方向相反(阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng))。分析步驟:(1)受力分析(重力、支持力、安培力、拉力等);(2)根據(jù)牛頓第二定律列方程:F合=ma;(3)分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(勻速、加速、減速),當(dāng)a=0時(shí)速度達(dá)到最大(v_m=\frac{F(R+r)}{B^2L^2})(F為外力)。2.能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)過程中,其他形式的能(如機(jī)械能)轉(zhuǎn)化為電能,再通過電阻轉(zhuǎn)化為焦耳熱。由能量守恒得:[W_{\text{外力}}=Q_{\text{焦耳熱}}+\DeltaE_k]其中Q可通過(Q=I^2Rt)或功能關(guān)系計(jì)算。例題6:質(zhì)量m=0.1kg的導(dǎo)體棒在水平導(dǎo)軌上,B=0.5T,L=1m,R=2Ω,在水平拉力F=0.5N作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng),求:(1)最大速度vm;(2)速度v=2m/s時(shí)的加速度a。解析:(1)勻速時(shí)F=F安,即(F=\frac{B^2L^2v_m}{R}),解得(v_m=\frac{FR}{B^2L^2}=\frac{0.5\times2}{0.5^2\times1^2}=4,\text{m/s});(2)由牛頓第二定律:F-(\frac{B^2L^2v}{R})=ma,代入數(shù)據(jù)得(0.5-\frac{0.5^2\times1^2\times2}{2}=0.1a),解得a=2.5m/s2。七、自感與渦流1.自感現(xiàn)象由于線圈自身電流變化產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,自感電動(dòng)勢(E_L=L\frac{\DeltaI}{\Deltat}),L為自感系數(shù),與線圈匝數(shù)、形狀、鐵芯有關(guān)。通電自感中線圈“阻礙電流增大”,斷電自感中線圈“阻礙電流減小”,相當(dāng)于臨時(shí)電源。2.渦流塊狀導(dǎo)體在變化磁場中產(chǎn)生的閉合感應(yīng)電流,應(yīng)用于電磁爐(熱效應(yīng))、金屬探測器(磁效應(yīng)),需減小變壓器鐵芯渦流損耗(采用硅鋼片疊合)。例題7:如圖所示,L為自感系數(shù)較大的線圈,閉合S后燈泡A正常發(fā)光,斷開S瞬間,燈泡A的亮度變化情況是?解析:斷開S時(shí),線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢阻礙電流減小,與燈泡A組成回路,電流方向不變,A先閃亮后逐漸熄滅(若線圈電阻小于A電阻,電流增大導(dǎo)致閃亮)。八、綜合應(yīng)用題例題8:邊長L=0.2m的正方形線框質(zhì)量m=0.1kg,電阻R=0.4Ω,從高h(yuǎn)=5m處自由下落,進(jìn)入B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(方向垂直紙面向里),線框平面始終與磁場垂直,求:(1)線框進(jìn)入磁場時(shí)的速度v;(2)進(jìn)入磁場過程中通過線框的電荷量q;(3)若線框勻速進(jìn)入磁場,求磁場寬度d。解析:(1)自由下落階段:v2=2gh,得v=√(2×10×5)=10m/s;(2)進(jìn)入磁場過程中ΔΦ=BL2=0.5×0.22=0.02Wb,q=ΔΦ/R=0.02/0.4=0.05C;(3)勻速時(shí)mg=F安,即(mg=\frac{B^2L^2v}{R}),解得v=mgR/B2L2=0.1×10×0.4/(0.52×0.22)=40m/s,與(1)中v=10m/s矛盾,故需線框先加速下落至v=40m/s再勻速進(jìn)入,下落高度H=v2/(2g)=80m,磁場寬度d=vt=v×(L/v)=L=0.2m(若磁場足夠?qū)挘?。九、易錯(cuò)點(diǎn)與解題技巧磁通量變化的判斷:注意有效面積(僅磁場中的部分)和夾角
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