初中物理竞赛第14讲 磁场和电磁感应
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物理九年级第十四章知识点在物理九年级的教学中,第十四章是一个重要的章节,主要涵盖了几个重要的物理知识点。
这些知识点涉及到磁性和电磁感应两个方面,是物理学习中的基础,并且在实际生活中也有着广泛的应用。
第一部分:磁性磁性是物质的一种特性,即物质对磁场的相互作用。
人们早在古代就对磁性有所了解,古代罗马人发现某种特殊石矿可以吸引小铁钉,这就是最早的磁铁。
现代物理学对磁性进行了更深入的研究,揭示了磁性背后的科学原理。
磁铁是最常见的磁性物质,它有两个极,即南极和北极。
不同的磁极之间会相互吸引,相同的磁极则会相互排斥。
这种磁力的作用是由磁场引起的。
磁场是指在某一空间范围内具有磁性的物体周围所产生的力场。
磁场可以用磁力线表示,磁力线由北极到南极,形成闭合曲线。
除了磁铁,还有一些物质也具有磁性,例如镍、钴等。
而一些物质则不具有磁性,例如铜、铝等。
这是因为具有磁性的物质的原子结构特殊,其中的电子的运动方式导致了其产生磁场的能力。
具体来说,磁性物质中的原子有未配对电子,这些电子会由于自旋和轨道运动而产生磁矩,从而形成微观的磁场。
第二部分:电磁感应电磁感应是指通过磁场的变化引起的电流的产生。
这个现象是由迈克尔·法拉第在19世纪中期发现的,是磁现象和电现象之间的联系。
当磁场穿过导体时,导体中的自由电子受到磁场的力的作用,形成了电荷的分布不均匀。
这个不均匀分布的电荷在导体两端产生了电势差,从而产生了电流。
这种通过磁场变化产生的电流称为感应电流。
感应电流的大小与磁场的变化速率以及导体的性质有关。
电磁感应有着广泛的应用。
例如,变压器就是利用了电磁感应的原理,将交流电的电压变换为需要的电压。
电磁感应还广泛应用于发电机、电动机、电磁铁等设备中。
第三部分:法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是描述电磁感应现象的一个重要规律。
根据法拉第电磁感应定律,当导体中的某一环路受到磁场的作用,环路内产生的感应电流的方向与磁场变化的方向相反。
初中物理磁场与电磁感应解析磁场和电磁感应是物理学中重要的概念,对于我们理解电磁现象和应用电磁技术有着重要的意义。
本文将围绕磁场和电磁感应展开解析,从基本概念、磁场的特性、法拉第定律到电磁感应的应用,帮助读者深入理解这一领域。
让我们一起来探索吧!一、磁场的基本概念磁场是指围绕磁体或电流的区域内存在的磁力作用的空间。
当一个电流通过导线时,周围就会形成一个磁场。
而磁体则通过内部的微观磁偶极子的排列产生磁场。
磁场可以用磁感应强度B来描述,它的单位是特斯拉(T)。
二、磁场的特性1. 磁场的方向:磁感应强度B的方向可以由右手定则来确定。
右手握住电流方向,大拇指指向电流的方向,其余四指弯曲的方向就是磁感应强度B的方向。
2. 磁场的力线与磁力:磁场力线是磁感应强度B沿着箭头方向画出的线条,可以用来表示磁场的大小和方向。
磁场力线从N极(磁场强度较弱)指向S极(磁场强度较强)。
同时,磁场中的物体会受到磁力的作用,磁力可以参考洛伦兹力的公式来计算。
三、法拉第定律法拉第定律是描述电磁感应现象的物理定律,由英国科学家迈克尔·法拉第于1831年提出。
根据法拉第定律,当一个闭合线圈中的磁通量发生变化时,将在线圈中产生感应电动势。
感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,方向则由楞次定律来确定。
根据法拉第定律,我们可以解释电磁感应的一些现象,例如变压器的工作原理、感应电流的产生等。
这些现象在现代工业和科学中都得到了广泛应用。
四、电磁感应的应用电磁感应作为一种重要的物理现象,不仅有理论意义,也有广泛的应用价值。
以下是电磁感应在日常生活和工业生产中的一些应用:1. 变压器:利用电磁感应原理,将电能从一个电路传输到另一个电路,通常用于电力输配系统。
2. 发电机:通过磁场与导体的相互作用,转动机械能转化为电能,实现发电的过程。
3. 感应炉:通过电磁感应原理,将高频感应电流作用于导体中,使其发热到高温,用于金属熔炼、加热和热处理。
中学奥林匹克竞赛物理教程电磁学篇摘要:一、引言1.奥林匹克竞赛简介2.中学物理竞赛的重要性3.电磁学篇内容概述二、电磁学基本概念1.电荷与电场2.电流与电路3.磁性与磁场三、电磁学定律与原理1.库仑定律与电场强度2.电场与电势差3.欧姆定律与电路分析4.安培定律与磁场5.电磁感应定律四、电磁学典型问题解析1.电场问题2.电路问题3.磁场问题4.电磁感应问题五、竞赛题型与解题技巧1.选择题解题技巧2.计算题解题技巧3.实验题解题技巧六、电磁学相关竞赛题库1.历年竞赛真题解析2.模拟试题训练3.拓展阅读与参考资料七、结语1.电磁学篇学习重要性2.参赛者素质要求3.持续学习与实践的建议正文:一、引言随着科学技术的不断发展,奥林匹克竞赛在我国日益受到重视,其中中学物理竞赛作为基础学科竞赛之一,具有极高的选拔性和实用性。
本文将重点介绍中学奥林匹克竞赛物理教程电磁学篇,帮助广大师生更好地掌握电磁学相关知识,提高竞赛水平。
电磁学篇主要包括电荷与电场、电流与电路、磁性与磁场等基本概念,以及电磁学定律与原理。
掌握这些知识对于理解现实生活中的物理现象以及参加物理竞赛具有重要意义。
二、电磁学基本概念1.电荷与电场:电荷是物质的基本属性,电场是电荷产生的周围空间的物理场。
了解电荷分布、电场线的特点有助于分析电场问题。
2.电流与电路:电流是电荷的定向运动,电路是电流流动的路径。
学会分析电路结构、计算电流电压等基本电路问题是解决电磁学问题的关键。
3.磁性与磁场:磁性是物质的基本属性,磁场是磁性物质产生的周围空间的物理场。
掌握磁场的性质和磁场线的变化,能帮助我们更好地解决磁场相关问题。
三、电磁学定律与原理1.库仑定律与电场强度:库仑定律描述了电荷之间的相互作用力,电场强度是描述电场力的物理量。
学会计算电场强度,能帮助我们更好地分析电场问题。
2.电场与电势差:电势差是描述电场能的物理量,与电场强度密切相关。
理解电势差的含义和计算方法,有助于解决电场与电路问题。
九年级物理第14章知识点第一节:电磁感应1. 电磁感应的基本概念电磁感应是指磁场发生变化时,会在电路中产生感应电流或感应电动势的现象。
电磁感应的原理是法拉第电磁感应定律。
2. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是描述电磁感应现象的重要定律。
根据该定律,当一个导体回路中的磁通量发生变化时,感应在回路上的电动势的大小与磁通量变化速率成正比。
3. 洛伦兹力和感应电动势的关系洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力,当导体中的自由电荷受到磁场的作用力时,会在导体中产生感应电动势。
4. 电磁感应的应用电磁感应在日常生活中有广泛的应用,例如发电机、变压器等。
第二节:电磁场1. 电磁场的概念电磁场是指在空间中存在的能够对带电粒子产生电荷力的场。
2. 静电场和静磁场的产生静电场是由静止电荷产生的,而静磁场是由静止磁荷或电流产生的。
3. 电场和磁场的相互作用电场和磁场之间可以相互转化,变化的电场可以产生磁场,变化的磁场也可以产生电场。
4. 电磁波电磁波是由电磁场通过空间传播而产生的波动现象,包括无线电波、可见光、X射线等。
第三节:电磁感应定律的定量关系1. 磁通量和磁感应强度磁通量是指通过某一平面的磁感线的总数,磁感应强度是指单位面积上通过的磁感线数目。
2. 磁通量和磁感应强度的关系根据定义,磁通量和磁感应强度成正比,比例系数为平面的面积。
3. 感应电动势的计算公式感应电动势的大小可以通过磁通量的变化速率来计算,公式为:感应电动势=磁通量的变化率。
4. 电磁感应的右手定则和左手定则右手定则用来确定感应电动势或感应电流的方向,左手定则用来确定力的方向。
第四节:电磁感应现象的应用1. 发电机的工作原理发电机利用电磁感应的原理将机械能转化为电能,产生电流并输出电功。
2. 变压器的工作原理变压器利用电磁感应的原理,通过改变线圈的匝数比例来改变输入电压和输出电压的比例。
3. 电动机的工作原理电动机利用电磁感应的原理将电能转化为机械能,产生转动力矩,实现物体的运动。
第十四讲磁场和电磁感应一【知识梳理】14.1.1 简单磁现象(1)磁性:物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫做磁性。
(2)磁体:具有磁性的物体叫磁体。
磁体分天然磁体和人造磁体。
(3)磁极:磁体上磁性最强的部分叫磁极。
任何磁体都有两个磁极,一个是北极(N极),另一个是南极(S极)。
(4)磁极间的作用:同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引。
(5)磁化:使原来没有磁性的物体带上磁性的过程。
软铁被磁化后,磁性很容易消失,称为软磁性材料;钢被磁化后,磁性能够长期保持,称为硬磁性材料,即为永磁体。
14.1.2 磁场和磁感线(1)磁场:磁体和电流周围存在着一种特殊的物质,叫做磁场。
(2)磁场的基本性质:对放入其中的磁体产生磁力的作用。
(3)磁场的方向:在磁场中的某一点,小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。
(4)磁感线:描述磁场的强弱和方向而假象的曲线。
磁体周围的磁感线是从北极出来,回到南极。
(5)地磁场及其分布:地球本身是一个巨大的磁体,地磁的北极在地理位置的南极附近;而地磁的南极则在地理位置的北极附近。
地磁的南北极与地理的南北极并不重合,它们的夹角称磁偏角。
14.1.3 电流的磁场(1)电流的磁效应:丹麦物理学家奥斯特通过实验首先发现,通电导体和磁体一样,周围存在着磁场,即电流具有磁效应。
(2)通电直导线的磁场:通电直导线周围的磁感线,是一些以导线上各点为圆心的不等距的同心圆,这些同心圆均在与导线垂直来的平面上,可用安培定则1(右手螺旋定则1)判定磁场的方向。
如图14-1所示。
(3)通电螺线管的磁场:螺线管线圈中环形电流产生的磁场相当于一个条形磁体。
在螺线管的外部,磁感线由N极出来,从S极进入螺线管;在螺线管的内部,磁感线由S极指N极。
可用安培定则2(右手螺旋定则2)判定磁场的方向。
如图14-2所示。
(4)环形电流的磁场方向既可以用安培定则1来判断,也可以用安培定则2来判断。
如图14-3所示。
14.1.4 电磁铁和电磁继电器(1)电磁铁:内部带有铁芯的螺线管就构成电磁铁。
通电螺线管内部插入软铁芯,磁性大大增强。
(2)电磁铁的特点:①磁性的有无可由电路的通断来控制。
②磁性的强弱可通过改变电流大小和线圈的匝数来调节;通过电流越大,磁性越强;线圈匝数越多,磁性越强。
③磁极可由电流方向来改变。
(3)电磁继电器:实质上是一个利用电磁铁来控制的开关。
它的作用可实现远距离操作,利用低电压、弱电流来控制高电压、强电流。
它在电磁起重机、电铃、发电机、电动机、自动控制上有着广泛的应用。
14.1.5 磁场对电流的作用(1)磁场对电流的作用:通电导线在磁场中要受到磁力的作用。
(2)通电导体在磁场中的受力(安培力)方向:跟电流方向和磁感线方向有关,可用左手定则判定。
方法如下:伸开左手,使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内,让磁感线垂直传入手心,并使四指指向电流方向,这时手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直,大拇指所指方向就是通电导线所受安培力方向。
(3)电动机原理:是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的,它能将电能转化为机械能。
14.1.6 电磁感应现象(1)电磁感应:闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生电流,这种现象叫电磁感应,产生的电流叫感应电流。
电流感应现象是由英国物理学家法拉第发现的。
(2)感应电流的方向:跟导体运动方向和磁场方向有关,可用右手定则来判断。
方法如下:伸开右手,使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内,把右手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,大拇指指向导体运动方向,则其余四指指向感应电流的方向。
(3)发电机的原理:是根据电磁感应现象制成的,它能将机械能转化为电能。
14.2 释疑拓展14.2.1 怎样用小磁针判断磁体的磁性和通电螺线管的磁性及电流的方向在物理研究中,常常要遇到需要判断物体是否具有磁性的问题,那么判断物体是否具有磁性的方法有哪些?我们可根据磁体的一系列特性,得出以下几个方法:(1)根据磁体的吸铁性判断:将被测物体靠近铁类物质(如铁屑),若能吸引铁类物质,说明该物体具有磁性,否则没有磁性。
(2)根据磁体的指向性判断:在水平面内自由转动的被测物,静止时若总是指南北方向,说明该物体具有磁性,否则没有磁性。
(3)根据磁极间的相互作用规律判断:将被测物体分别靠近精致的小磁针的两极,偌发现有一端发生排斥现象,则说明该物体具有磁性。
若与小磁针的两极都表现为相互吸引,则该物体没有磁性。
(4)根据磁极的磁性最强判断:A、B两个外形相同的钢棒,已知其中一个具有磁性,另一个没有磁性,具体的区分方法是将A的一端从B的左端向右滑动,若发现吸引力的大小不变则说明A有磁性;若吸引力由大变小再变大,则说明B有磁性。
二【例题解析】例 1 如图14-4所示,带负电的金属环绕其轴'OO匀速转动,放在环顶部的小磁针的最后指向是( )A.N极竖直向上 B. N极竖直向下C. N极水平向左D. N极水平向右解析:我们知道,电流的方向为正电荷定向移动的方向,那么负电荷的运动方向一定与电流的方向OO匀速转动的图示方向相反方向的电流。
将金属环视为相反,因此可认为本题目金属环中有与绕其轴'通电螺线管的一圈,由安培定则2可知,内部的磁感线方向水平向右,而在环上方的磁感线方向为水平向左。
小磁针N极的指向应与环上方磁感线的方向一致,所以正确答案为C。
例2 为了使小磁针静止时指向如图14-5所示,试画出通电螺线管的绕法。
解析:首先可根据小磁针指向和磁感线走向或由磁极间相互作用规律,可以判断螺线管左端为N极,其次根据安培定则2确定电流流向,最后由电流流向确定绕制方式。
可画出如图14-6所示的两种绕线方式。
通过上述2道例题的分析解答,提醒我们对一些看似简单的问题一定要仔细审题,还要根据它们的OO匀速转动相当于怎样的电流?例2中绕线的方法物理规律来判断。
如例1中带负电的金属环绕其轴'只有一种吗?类似问题要多加思考。
【跟踪训练】【训练1】通电螺线管上方放一个小磁针,小磁针静止时的方向如图14-7所示,下列说法正确的是( )A.通电螺线管c端为N极,电源a端为正极B.通电螺线管c端为N极,电源a端为负极C.通电螺线管d端为N极,电源b端为正极D.通电螺线管d端为N极,电源b端为负极【答案】B【训练2】如图14-8所示,当电流流过弯曲导线时,线圈中心处的小磁针将 ( )A.N极垂直纸面向里转B. N极垂直纸面向外转C. N极平行纸面向上、下摆动D. 小磁针静止不动【答案】A14.2.2 磁场的基本特征及其方向的规定是怎样的我们知道,磁场有吸引铁、钴、镍等物质的性质,而且它们之间不接触就可以产生作用力,这种作用力也可称为非接触力,这种力是通过磁场来传递的。
要了解磁场,就要了解哪些物质会产生磁场,磁场的基本特性及其方向的规定等知识。
现归纳如下:(1)磁体或电流的周围存在着磁场,它是一种特殊形态的物质。
磁场不同于实体物质,它看不见、摸不着,但却是客观存在的。
(2)磁场的基本特性之一就是对处于其中的磁极或者电流有磁场力的作用。
磁场里与磁极之间、磁极与电流之间、电流与电流之间的作用,都是通过自己的磁场作用于对方的。
(3)磁场中某点的磁场方向规定为置于该点的小磁针N极受力方向(或者是与小磁针S极受力方向相反的方向),也就是小磁针静止时N极所指的方向。
但不能将它误认为小磁针转动的方向。
例3 小强在北京将一根质量分布均匀的条形磁铁用一条线悬挂起来,使它平很并呈水平状态,悬线系住磁体的位置应在()A.磁体的重心处B. 磁体的某一磁极处C. 磁体重心的北侧D. 磁体重心的南侧解析:根据地理只是可知,我国处在北半球,故北京的地理位置离北极较离南极更近一些。
而地球是一个大磁体,地理的北极是地磁的南极。
将一根质量分布均匀的条形磁铁用一条线悬挂起来时,它就相当于一个此阵,其N极应指向地理的北极即地磁的南极,并且地磁的南极对磁铁N极的引力将比磁铁S极受到的引力稍大一些。
为使条形磁铁平衡并呈水平状态,悬线系住磁体的位置应在磁体重心的北侧。
所以正确答案为C。
例4 如图14-9所示,甲、乙之间用两根导线连成一直流回路,图中的此阵在电路接通时N极向纸外偏转。
将电压表正、负接线柱分别接A、B两点,则电压表正常工作,由此可以判断电源在_____中(填“甲”或“乙”)。
解析:电路接通时,两根通电导线周围存在磁场,磁针N极向纸外偏转,说明小磁针受力的作用。
由安培定则可确定上面一根导线中电流向左,下面一根导线中电流向右。
再根据电压表正接线柱接在A 点并能正常工作这个情况,可判断得出电源的正极应该接在A上,故电源一定在甲中。
通过以上例题可知,要全面了解磁场的基本特性,掌握怎样利用这些特性来判断各类相关问题。
【跟踪训练】【训练3】一根电缆埋藏在一堵南北走向的墙里,在墙的西侧处放一指南针,其指向刚好比原来旋转180°,由此可以判定,这根电缆中电流的方向为()A.可能是向北B. 可能是竖直向下C. 可能事向南D. 可能是竖直向上【答案】D【训练4】 1820年,安培在科学院的例会上做了一个小实验,引起了与会科学家的极大兴趣。
如图14-10所示,把一通电螺线管沿东西方向悬挂起来,然后给导线通电,请你想一想会发生的现象是()A.通电螺线管仍保持在原来位置上静止B.通电螺线管转动,直到A端指向南,B端指向北C.通电螺线管转动,直到A端指向北,B端指向南D.通电螺线管能在任意位置静止【答案】B14.2.3 磁感线的性质及特点(1)磁感线是一系列用来描述磁场方向和强弱空间分布情况的假想的有向曲线,曲线上任意一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致。
小磁针静止时,其N极指向永远和过该点处的磁感线方向一致。
(2)磁场强与弱的分布情况由磁感线的疏密程度直接反映,密处磁场强,疏处磁场弱。
(3)磁场中任意两条磁感线是不会相交的,如果相交,那么在交点处曲线具有两个方向,而实际上在稳定的磁场中放置于任何一点的小磁针N极的取向是唯一的,不可能具有两个方向,所以磁感线是不会相交的。
(4)在磁体外部的磁感线都是从N极出发,通过空间进入S极,在磁体内部则是从S极指向N极,磁感线出来多少根,进去也多少根。
它是连续不中断、无头无尾的闭合曲线。
例5 如图14-11所示,弹簧秤下端挂一条形磁铁,其中条形磁铁的N极位于未通电的螺线管内,下列说法中正确的是()A.若将a接电源正极,b接负极,弹簧秤的示数将减小B.若将a接电源正极,b接负极,弹簧秤的示数将增大C.若将b接电源正极,a接负极,弹簧秤的示数将增大D.若将b接电源正极,a接负极,弹簧秤的示数将减小解析:若将a接电源正极,b接负极,则根据安培定则可知磁铁周围的磁感线如图14-12所示。