第九章 电磁感应 电磁场(一)

9-1两个半径分别为R 和r 的同轴圆形线圈相距x ，且R >>r ，x >>R ．若大线圈通有电流I 而小线圈沿x 轴方向以速率v 运动，试求小线圈回路中产生的感应电动势的大小． 解：在轴线上的磁场()()22003322222IR IR B x R x R xμμ=≈>>+32202xr IR BS πμφ==v xr IR dt dx x r IR dt d 422042202332πμπμφε=--=-=9-2如图所示，有一弯成θ 角的金属架COD 放在磁场中，磁感强度B ϖ的方向垂直于金属架COD 所在平面．一导体杆MN 垂直于OD 边，并在金属架上以恒定速度v ϖ向右滑动，v ϖ与MN 垂直．设t =0时，x = 0．求当磁场分布均匀，且B ϖ不随时间改变，框架内的感应电动势i ε．解：12m B S B xy Φ=⋅=⋅,θtg x y ⋅=,vt x =22212/()/i d dt d Bv t tg dt Bv t tg εϕθθ=-=-=⋅，电动势方向：由M 指向N9-3 真空中，一无限长直导线，通有电流I ，一个与之共面的直角三角形线圈ABC 放置在此长直导线右侧。

已知AC 边长为b ，且与长直导线平行，BC 边长为a ，如图所示。

若线圈以垂直于导线方向的速度v 向右平移，当B 点与直导线的距离为d 时，求线圈ABC 内的感应电动势的大小和方向。

解：当线圈ABC 向右平移时，AB 和AC 边中会产生动生电动势。

当C 点与长直导线的距离为d 时，AC 边所在位置磁感应强度大小为：02()IB a d μπ=+AC 中产生的动生电动势大小为：xr IRx vC DOxMθBϖv ϖ02()AC AC IbvBl v a d μεπ==+，方向沿CA 方向如图所示，在AB 边上取微分元dl ，微分元dl 中的动生电动势为，()AB d v B dl ε=⨯⋅v v v其方向沿BA 方向。

电磁感应现象及其应用第九章电磁感应现象及其应用本章以磁场及电场等知识为基础,研究电磁感应的一系列现象,总结出产生感应电流的条件,形成了导体做切割磁感线运动而产生的感应电动势的计算公式,应用右手定则判断感应电动势的方向也是解决问题的关键.[基本规律与概念]一．电磁感应现象1．感应电动势2．感应电流产生的条件及方向的判断二．电磁感应现象的应用1．自感现象2．交变电流①交变电流的定义②正弦交流电的产生及规律a．产生b．规律:函数形式:e＝NBSωsinωt(从中性面开始计时)图象c．表征交流电的物理量(1)瞬时值(2)峰值(3)有效值(4)周期和频率③应用:(1)变压器(2)远距离输电3．电磁场和电磁波a．麦克斯韦电磁场理论b．电磁波[应用]1．用丝线悬挂闭合金属环,悬于O点,虚线左边有匀强磁场,右边没有磁场.(1)金属环的摆动会很快停下来,试解释这一现象.(2)若整个空间都有向外的匀强磁场,会有这种现象吗?2．如图所示,矩形线圈abcd质量为m,电阻为R,宽为d,长为L,在竖直平面内由静止开始自由下落,其下方存在如图示方向的磁感强度为B的匀强磁场,磁场上.下边界水平,宽度也为d.(1)线圈ab进入磁场时,感应电流的方向?(2)如果矩形线圈在ab边刚进入磁场就开始做匀速直线运动,那么,矩形线圈的ab 边应该距离磁场的上边界多高的位置开始下落?3．上海的部分交通线路上已开始使用〝非接触式IC卡〞.该卡应用到物理学上的电磁感应原理.持卡者只要将卡在车门口的一台小机器前一晃,机器就能发出通过的信号.(1)电磁感应现象的最早发现者是(A )A.法拉第B.格拉姆C.西门子D.爱迪生(2)与这一发现有关的科技革命的突出成就不包括( D )A.电力的广泛应用B.内燃机和新交通工具的创新C.新的通讯手段的发明D.计算机信息技术的出现4．照明电路中,为了安全,一般在电能表后面电路上按接一个漏电保护器,如右图所示,当漏电保护器的ef两端未有电压时,脱扣开关K能始终保持接通.当ef两端一有电压时,脱扣开关K立即会断开,下列说法正确的是A．当用户家的电流超过一定值时,脱扣开关会自动断开,即有过流保护作用B．当相线和零线间电压太高时,脱扣开关会自动断开,即有过压保护作用C．站在地面上的人触及b线时(单线触电),脱扣开关会自动断开,即有触电保护作用D．当站在绝缘物上的带电工作的人两手分别触到b线和d线时(双线触电),脱扣开关会自动断开,即有触电保护作用【分析与解答】漏电保护器是家庭生活中常见的电学仪器,通过变压器的互感原理进行开关控制,达到保护线路,防止漏电作用.观察工作原理图可知:相线ab与零线cd双线同向绕制构成原线圈.线路接通时,b与d相连,双线反向连接,磁场相反,无论用户电流的大小及相线和零线间电压高低如何变化,在副线圈中的磁通量变化率始终为零,因此ef两端未有电压,脱扣开关始终闭合.当人站在地面上单线触电时,电流不再经过零线而是通过人体流向大地,此时相线ab单线绕制,原副线圈中磁通量发生变化,ef两端出现电压,脱扣开关断开,当人站在绝缘物上双线触电时,人体形如用电器,电流通过人体流经零钱,此时相线与零线同样双线绕制,所以ef两端电压亦为零.正确选项为C.5．家用微波炉是利用微波电磁能加热食物的新型灶具,主要由磁控管.波导管.微波加热器.炉门.直流电源.冷却系统.控制系统.外壳等组成,接通电源后,220V交流电经一变压器,一方面在次级产生3.4V交流对磁控管加热,同时在次级产生2000V高压经整流加到磁控管的阴.阳两极之间,使磁控管产生频率为2450MHz的微波,微波输送至金属制成的加热器(炉腔),被来回反射,微波的电磁作用使食物内分子高额地振动而内外同时迅速变热,并能最大限度地保存食物中的维生素.(1)试计算微波输出功率为700W的磁控管每秒内产生的光子数.(2)试计算变压器的高压变压比.(3)导体能反射微波,绝缘体可使微波透射,而食物通常含有的成分是,较易吸收微波能而转换成热.故在使用微波炉时应A．用金属容器盛放食物放火炉内加热B．用陶瓷容器盛放食物火炉内加热C．将微波炉置于磁性材料周围D．将微波炉远离磁性材料周围6．图为一表示交变电流随时间变化的图象,此交变电流的有效值是A．A B．5AC．A D．3.5A7．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电动势的图象如图所示,则A．交变电流的频率是4πHzB．交变电的周期是0.5sC．当t＝0时线圈平面与磁感线平行D．当t＝0.5时,e有最大值8．现代家庭电器化程度越来越高,用电安全是一个十分突出的问题.(1)下表提供了一组部分人的人体电阻平均值数据.测量项目完全干燥时出汗或潮湿时电阻电流(加220V)电阻电流(加220V)手与手之间200kΩ5kΩ手与脚之间300kΩ8kΩ手与塑料鞋底之间8000kΩ10kΩ①从表中可看出干燥时电阻大约是潮湿时电阻的倍.②在空格中填入,对人体加220伏电压后的电流值.③若对人的安全电流是25mA以下,上述哪几项是十分危险的.(2)大家知道,洗衣机的插头上有三个金属片,插座也是三眼的,其中有一个较长而粗的是接地金属片,由导线将它与洗衣机的金属外壳连接,一旦插入插座,也就将洗衣机外壳与大地相连通.洗衣机的外壳是金属的(有许多地方没有油漆),左上图表示插头没有接地线,外壳与相线(俗称火线)接触漏电,手触及外壳.右上图表示插头中有接地线,接在洗衣机外壳,此时发生漏电.通过讨论说明为什么三眼插头比两眼插头更安全?(试在下图中画出电流经过的路线,假设此时M为正,N为负,并画出简单的电路模型加以分析)(3)．电路上有规格为10A的熔丝(俗称保险丝),如右图所示用电器R的功率是1500W,这时通过熔丝实际电流是多少?一个潮湿的人,手脚触电,为什么熔丝不会断(即熔丝不能救人命).(4)如下图所示是一种触电保安器,变压器A处用相线和零线双股平行绕制成线圈,然后接到用电器.B处有一个输出线圈.一旦线圈中有电流,经放大后便能推动继电器J切断电源.试说明:①为什么多开灯不会使保安器切断电源.②为什么有人〝手—地〞触电保安器会切断电源③该保安器能不能为双手〝相线—零线〞触电保安?为什么?【参考答案】1:①40～80倍②干燥时电流分别为lmA,0.7mA,0.28mA,潮湿时电流分别为:44mA,27.5mA,22Ma③潮湿时各种情况均有危险2．电流路径如下图所示三眼插头比两眼插头安全.左图为二眼插头,一旦漏电,电流将流经人体;右图为三眼插头,一旦漏电,电流将通过接地板流入地下,(相当于一个短路导线),几乎没有电流通过人体.3．通过熔丝的实际电流是6.8A人的手脚触电时,通过人体电流是0.0275A熔丝点电流为6.828A,小于10A,故熔丝不会断去4．①变压器A线臼因双股并绕,正向电流与反向电流产生的磁性相互抵消,多开灯.少开灯都如此.所以线圈B中无感应电流,保安器的控制开关J不工作,不会自动切断电源.③当人〝手—地〞触电时,相线中电流有一部分直接通过人体,流入大地,不从A线圈中回流,保安器铁芯中有磁通量变化,B线圈有电流输出,保安器开关J工作,自动切断电源.③〝相线—零线〞触电时,与多打开几盏电灯情况相似,A线圈中正.反向电流总是相等,不引起磁通量变化,保安器不能自动切断电源,不起保安作用.综合点:本题首先是物理知识内部电流.电路.电磁感应等各部分的综合.它还涉及人身用电安全的问题,有较重要的现实意义.解答本题在一定程度能考查解答者所学知识联系实际问题的能力.有几点说明:本题中洗衣机的底部有塑料垫脚,因此它的外壳是不直接接地的,保安器的控制开关J应带有电流放大装置.因为变压器感应人体电流的功率是很小的,电流也是很小的,通常不经放大不能推动开关做功.9．如图所示带电的平行板电容器C的两个极板,在用绝缘工具将两板间距离匀速增大的过程中,电容器周围空间将( A )A.会产生变化的磁场B.会产生稳定的磁场C.不会产生磁场D.会产生周期性振荡的磁场10．对于〝超导体〞和〝空间技术〞的名字,人们可能并不陌生.所谓〝超导体〞是指电阻值几乎为零(10－5Ω)的导体.超导体在电力领域里,必将成为人们的理想材料.(1)以下关于超导体的说法中正确的是( B )A.超导体是没有电阻的导体B.超导体是电阻值很小的导体C.超导体内部电流可以任意大D.超导体内部电流必需大于某一特定值(2)．我们把当温度降低到一定程度时,导体的电阻突然降低到很小(10－5Ω)的现象称为超导现象;而材料超导性的实现,除了需要将温度降低到临界温度以下外,还需要使其周围磁场低于某一临界值.另据实验表明,超导体内部电流必需小于某一特定值.其原因是(B)A.超导体虽然电阻很小,但是仍然有电阻,电流流过时要产生焦耳热,所以电流不能太大B.由于导线通过电流后,电流要在导线周围产生磁场,电流越大,磁场越强;而超导体周围磁场不能大于临界值,所以通过超导体的电流必需小于某一特定值C.超导体对电流有阻碍作用,所以电流不能太大D.以上说法均不对11．变压器是供电网络中的重要器件,它可以根据需要改变电压.(1)某理想变压器原副线圈匝数之比为10:1,正常工作时输入功率与输出功率之比是多少?(2)在传送一定电功率的输电线路中,若升压变压器输出电压提高1倍,则输电线上的电功率损失将变为原来的多少?。

一。

选择题[ D ]1.（基础训练3）在一自感线圈中通过的电流I 随时间t 的变化规律如图(a)所示，若以I 的正流向作为 的正方向，则代表线圈内自感电动势 随时间t 变化规律的曲线应为图(b)中(A)、(B)、(C)、(D)中的哪一个？ 【分析】dt dI LL -=ε，在每一段都是常量。

dtdI[ D ]2. （基础训练5）在圆柱形空间内有一磁感强度为B的均匀磁场，如图所示．B的大小以速率d B /d t 变化．在磁场中有A 、B 两点，其间可放直导线AB 和弯曲的导线AB ，则 (A) 电动势只在导线AB 中产生． (B) 电动势只在AB 导线中产生． (C) 电动势在AB 和AB 中都产生，且两者大小相等．(D) AB 导线中的电动势小于导线中的电动势 【分析】连接oa 与ob ，ob ab ob oab εεεε++=。

因为涡旋电场总是与圆柱截面垂直，所以oa 和ob 上的涡旋电场方向处处垂直于oa 、ob ，即0=⋅==⎰→→l d E ob ob εεoab ob d dB S dt dtφεε==-=- o ab oabd d dtdtϕϕ∴<[ B ]3.（基础训练6）如图12-16所示，直角三角形金属框架abc 放在均匀磁场中，磁场B平行于ab 边，bc 的长度为l ．当金属框架绕ab 边以匀角速度ω转动时，abc 回路中的感应电动势和a 、c 两点间的电势差U a – U c 为(A) 0ε= 221l B U U c a ω=- (B) 0ε= 221l B U U c a ω-=-(C)2B l εω=221l B U U c a ω=- (D) 2B l εω= 221l B U U c a ω-=-【分析】ab 边以匀速转动时 0=-=dtd abc φε 22l B l d B v U U U U L c b c a ω-=∙⎪⎭⎫⎝⎛⨯=-=-⎰→→→ t t tt t (b)(a)Bab clω图12-16[ B ]4.（自测提高2）真空中一根无限长直细导线上通电流I ，则距导线垂直距离为a 的空间某点处的磁能密度为(A) 200)2(21a I πμμ (B) 200)2(21a I πμμ (C) 20)2(21I a μπ (D) 200)2(21aI μμ【分析】距离为a 的空间该点的磁感应强度大小为：aIB πμ20=磁能密度为 200022212⎪⎭⎫ ⎝⎛==a I B w m πμμμ [ B ]5.（自测提高5）用导线围成的回路(两个以O 点为心半径不同的同心圆，在一处用导线沿半径方向相连)，放在轴线通过O 点的圆柱形均匀磁场中，回路平面垂直于柱轴，如图12-26所示．如磁场方向垂直图面向里，其大小随时间减小，则(A)→(D)各图中哪个图上正确表示了感应电流的流向？ 【分析】根据公式S dt B d l E S Ld d ⋅-=⋅⎰⎰⎰感，因为0<dtB d 且磁场方向垂直图面向里，所以感应电流为顺时针方向，再由于感应电流是涡电流，故选B 图。

高二物理第九章总结知识点本文总结了高二物理第九章的重要知识点，旨在帮助同学们复习和回顾所学内容。

第九章主要涉及电磁感应、电磁场和电磁波三个方面的内容，并介绍了电磁振荡、交流电路和光的波动性等相关知识。

以下是本章的重点知识总结。

一、电磁感应1. 法拉第电磁感应定律：当导体相对于磁场运动或磁场发生变化时，导体中就会感应出感应电动势，其大小与导体运动速度、导体长度以及磁感应强度有关。

2. 楞次定律：感应电流的方向总是阻碍磁场发生变化的方式。

二、电磁场1. 电场和磁场：电场和磁场是相互关联的，当电场发生变化时，会产生磁场；当磁场发生变化时，会产生电场。

2. 磁场的性质：磁场有方向和大小之分，用磁感应强度表示，单位是特斯拉(T)。

3. 磁感线：磁感线是用来表示磁场方向的虚拟曲线，其方向是磁力线的方向。

三、电磁波1. 电磁波的概念：电磁波是通过自由空间以及一些介质传播的，由电场和磁场交替变化所产生的波动现象。

2. 光的电磁波性质：光既具有电磁波的特性，也具有粒子性质。

光的波长和频率之间有着确定的关系，即c=λν，其中c是光速。

3. 光的折射和反射：当光从一种介质射入另一种介质时，会发生折射现象；当光从一种介质射入另一种介质的界面上时，会发生反射现象。

四、电磁振荡和交流电路1. 电磁振荡：由于电容器和电感器之间的能量交换，电荷量和电流会周期性地发生变化。

这种周期性的变化称为电磁振荡，其频率由电容器和电感器的参数决定。

2. 交流电路：交流电路中的电压和电流大小和方向都周期性地变化，其频率通常为50Hz或60Hz，根据Ohm定律和功率公式可以计算电阻、电容和电感器上的电流和功率。

以上是本节内容的主要知识点总结。

通过对这些知识点的复习，同学们可以更好地理解和掌握高二物理第九章的内容，为进一步学习打下坚实的基础。

希望本文对同学们的学习有所帮助，祝大家学业进步！。

人教版高二物理必修第三册第九章电磁场及其应用全章知识点梳理1. 电磁场的概念和性质- 电磁场是由电荷静电场和电流产生的磁场相互作用形成的。

- 电磁场有电场强度、电场线、磁感应强度、磁感线等性质。

2. 静电场的描述和计算- 静电场的描述需要用到电势、电位能、电场强度等概念。

- 静电场的计算可以利用库仑定律、电场强度叠加原理等方法。

3. 静电场中电势的性质和计算方法- 静电场中的电势随距离的变化遵循电势线的分布。

- 计算静电场中的电势可以利用电势差和电势公式进行。

4. 静电场中的带电粒子的运动规律- 静电场中带电粒子会受到电场力的作用而产生运动。

- 带电粒子在静电场中的运动规律可以描述为受力分析和加速度公式。

5. 磁场的概念和性质- 磁场是由电流产生的磁感应强度和磁感线组成的。

- 磁场有磁感应强度、磁场线、磁感应力等性质。

6. 磁场中带电粒子的运动规律- 磁场中带电粒子会受到磁场力的作用而产生运动。

- 带电粒子在磁场中的运动规律可以描述为洛伦兹力和离心力。

7. 电磁感应现象和法拉第电磁感应定律- 电磁感应是指磁场变化或电流变化产生感应电动势的现象。

- 法拉第电磁感应定律描述了感应电动势与磁通量变化的关系。

8. 自感和互感- 自感是导体中电流自身的感应现象。

- 互感是导体中电流与相邻导体之间的感应现象。

9. 变压器的原理和应用- 变压器利用电磁感应原理实现输入输出电压的变化。

- 变压器广泛应用于电力传输和家用电器。

10. 电磁波的性质和产生- 电磁波是由变化的电场和磁场相互作用产生的。

- 电磁波有频率、波长、速度等性质。

11. 光的干涉和衍射现象- 光的干涉是指两个或多个光波相遇产生的共振和抵消现象。

- 光的衍射是指光通过物体边缘或孔隙产生的偏折现象。

12. 光的偏振现象- 光的偏振是指光波振动方向通过偏振器限制后变得单一方向的现象。

- 光的偏振有线偏振和圆偏振两种形式。

13. 光的多普勒效应- 光的多普勒效应是指光源或观察者相对运动时光的频率发生变化的现象。

第9章 电稳感应和电磁场 习题及答案1. 通过某回路的磁场与线圈平面垂直指向纸面内，磁通量按以下关系变化：23(65)10t t Wb -Φ=++⨯。

求2t s =时，回路中感应电动势的大小和方向。

解：310)62(-⨯+-=Φ-=t dtd ε当s t 2=时，V 01.0-=ε由楞次定律知，感应电动势方向为逆时针方向2. 长度为l 的金属杆ab 以速率υ在导电轨道abcd 上平行移动。

已知导轨处于均匀磁场B中，B 的方向与回路的法线成60°角，如图所示，B 的大小为B =kt (k 为正常数)。

设0=t 时杆位于cd 处，求：任一时刻t 导线回路中感应电动势的大小和方向。

解：任意时刻通过通过回路面积的磁通量为202160cos t kl t Bl S d B m υυ==⋅=Φ导线回路中感应电动势为 t kl tmυε-=Φ-=d d 方向沿abcda 方向。

3. 如图所示，一边长为a ，总电阻为R 的正方形导体框固定于一空间非均匀磁场中，磁场方向垂直于纸面向外，其大小沿x 方向变化，且)1(x k B +=，0>k 。

求： （1）穿过正方形线框的磁通量；（2）当k 随时间t 按t k t k 0)(=(0k 为正值常量)变化时，线框中感生电流的大小和方向。

解：（1）通过正方形线框的磁通量为⎰⎰=⋅=Φa S Badx S d B 0 ⎰+=a dx x ak 0)1()211(2a k a +=（2）当t k k 0=时，通过正方形线框的磁通量为)211(02a t k a +=Φ 正方形线框中感应电动势的大小为dt d Φ=ε)211(02a k a += 正方形线框线框中电流大小为)211(02a R k a R I +==ε，方向：顺时针方向4.如图所示，一矩形线圈与载有电流t I I ωcos 0=长直导线共面。

设线圈的长为b ，宽为a ；0=t 时，线圈的AD 边与长直导线重合；线圈以匀速度υ垂直离开导线。