电磁感应与电路剖析
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专题四 电磁感应与电路一、考点回顾“电磁感应”是电磁学的核心内容之一,同时又是与电学、力学知识紧密联系的知识点,是高考试题考查综合运用知识能力的很好落脚点,所以它向来高考关注的一个重点和热点,本专题涉及三个方面的知识:一、电磁感应,电磁感应研究是其它形式有能量转化为电能的特点和规律,其核心内容是法拉第电磁感应定律和楞次定律;二、与电路知识的综合,主要讨论电能在电路中传输、分配,并通过用电器转化为其它形式的能量的特点及规律;三、与力学知识的综合,主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动特点规律以及电磁感应过程中的能量关系。
由于本专题所涉及的知识较为综合,能力要求较高,所以往往会在高考中现身。
从近三年的高考试题来看,无论哪一套试卷,都有这一部分内容的考题,题量稳定在1~2道,题型可能为选择、实验和计算题三种,并且以计算题形式出现的较多。
考查的知识:以本部分内容为主线与力和运动、动量、能量、电场、磁场、电路等知识的综合,感应电流(电动势)图象问题也经常出现。
二、典例题剖析根据本专题所涉及内容的特点及高考试题中出的特点,本专题的复习我们分这样几个小专题来进行:1.感应电流的产生及方向判断。
2.电磁感应与电路知识的综合。
3.电磁感应中的动力学问题。
4.电磁感应中动量定理、动能定理的应用。
5.电磁感应中的单金属棒的运动及能量分析。
6.电磁感应中的双金属棒运动及能量分析。
7.多种原因引起的电磁感应现象。
(一)感应电流的产生及方向判断1.(2007理综II 卷)如图所示,在PQ 、QR 区域是在在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场,磁场方向均垂直于纸面,bc 边与磁场的边界P 重合。
导线框与磁场区域的尺寸如图所示。
从t =0时刻开始线框匀速横穿两个磁场区域。
以a →b →c →d →e →f 为线框中有电动势的正方向。
以下四个ε-t 关系示意图中正确的是【 】解析:楞次定律或左手定则可判定线框刚开始进入磁场时,电流方向,即感应电动势的方向为顺时针方向,故D 选项错误;1-2s 内,磁通量不变化,感应电动势为0,A 选项错误;2-3s 内,产生感应电动势E =2Blv +Blv =3Blv ,感应电动势的方向为逆时针方向(正方向),故C 选项正确。
专题16 电磁感应中的电路问题(解析版)电磁感应中的电路问题(解析版)电磁感应是电磁学中的重要概念,也是我们日常生活中常常遇到的现象。
在电磁感应中,涉及到很多与电路相关的问题。
本文将围绕电磁感应中的电路问题展开讨论,解析其中的关键概念和原理。
一、电磁感应简介电磁感应是指由于磁场的变化而在导体中产生感应电动势的现象。
根据法拉第电磁感应定律,当磁场的磁通量发生变化时,穿过电路的感应电动势将产生导致电流的运动。
二、电路中的电磁感应问题在电路中,由于电磁感应的存在,会出现一系列问题需要解决。
其中包括以下两个重要方面:1. 阻抗和电感在电路中,电感是指导体中感应电流的产生和变化所产生的自感现象。
与电感相关的一个重要概念是阻抗,它是交流电路中的电阻和电感的综合表达。
当电磁感应作用下,电路的阻抗会发生变化,从而影响电流的流动。
2. 感应电动势和电路中的能量转化电磁感应中产生的感应电动势可以引发电路中的能量转化。
当磁场发生变化时,电磁感应会引发感应电动势,从而使电流在电路中产生。
这种能量转化可以用于各种电器设备的工作。
三、解析实例:电动车发电机原理为了更好地理解电磁感应中的电路问题,我们以电动车发电机为例进行解析。
在电动车发电机中,磁场的变化产生感应电动势,从而驱动发电机工作。
首先,通过燃料燃烧,发动机带动发电机转子旋转。
转子上的永磁体与固定的线圈之间产生磁场的变化,导致感应电动势产生。
感应电动势通过电路中的导线,形成感应电流,进而为电动车提供所需的电能。
电动车发电机中的电路问题值得我们深入研究。
在这个电路中,电流的大小和方向需要合理设置,以保证发电机正常工作。
同时,电路中的电阻、电感和阻抗等参数的选择也对电磁感应的效果产生重要影响。
四、应用领域及进一步研究的方向电磁感应中的电路问题在许多领域都有重要的应用,值得我们进一步研究和探索。
例如,在能源领域,电磁感应可以用于发电机、变压器等设备中,实现能源的转化和传输。
高二物理电磁感应与电路分析电磁感应和电路分析是物理学中非常重要的两个概念。
电磁感应指的是在磁场中由于磁通量的改变而引起感应电动势的现象,而电路分析则是对电路中电流、电压和电阻等基本元件进行分析和计算的过程。
一、电磁感应电磁感应是基于法拉第电磁感应定律的。
法拉第电磁感应定律表明当导体线圈中的磁通量发生变化时,即磁通量的导数不为零时,感应在线圈中产生电动势。
根据该定律,感应电动势的大小与磁通量的变化速率成正比。
二、电路分析电路分析是对电路中各元件的电流、电压和电阻进行计算的过程。
电路分析中最基本的概念是欧姆定律,欧姆定律指出电流与电压之间存在线性关系,且电阻为常数。
根据欧姆定律,电流等于电压与电阻的比值。
在电路分析中,常用的方法包括串联和并联。
串联是指将电路中的元件按顺序连接起来,形成一个电路,而并联则是将电路中的元件平行连接起来。
串联和并联的特点决定了它们对电阻和电流的影响。
三、电磁感应与电路分析的应用电磁感应和电路分析的应用非常广泛。
在电力工程中,电磁感应被应用于发电机的工作原理中。
发电机利用磁场和线圈的相互作用,产生感应电动势,从而将机械能转换为电能。
另外,电路分析也被广泛应用于电子设备的设计和维修中。
通过对电路中的电流、电压和电阻进行分析,可以确定电路是否正常工作,以及找出电路中可能存在的故障。
四、电磁感应与电路分析的实验为了更好地理解电磁感应和电路分析的原理,学生通常会进行相关的实验。
例如,可以利用导线线圈和磁铁制作一个简单的发电机模型,观察磁铁在线圈附近移动时是否会产生电动势。
同时,学生还可以通过搭建不同类型的电路,如串联和并联电路,来研究电路中不同元件的电流和电压分布情况。
总结:电磁感应和电路分析是物理学中重要的概念。
电磁感应指的是磁通量的变化引起的感应电动势,而电路分析是对电路中各种元件的电流、电压和电阻进行计算和分析。
它们在电力工程和电子设备设计中都有广泛的应用。
通过实验,学生可以更好地理解和应用电磁感应和电路分析的原理。
专题十六 电磁感应中的电路问题基本知识点解决电磁感应电路问题的基本步骤:1.用法拉第电磁感应定律算出E 的大小,用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向:感应电流方向是电源内部电流的方向,从而确定电源正、负极,明确内阻r .2.根据“等效电源”和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路图.3.根据E =Blv 或E =n ΔΦΔt结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解.例题分析一、电磁感应中的简单电路问题例1 如图所示,足够长的平行光滑金属导轨水平放置,宽度L =0.4 m ,一端连接R =1 Ω的电阻,导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B =1 T 。
导体棒MN 放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好。
导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。
在平行于导轨的拉力F 作用下,导体棒沿导轨向右匀速运动,速度v =5 m/s 。
(1)求感应电动势E 和感应电流I ;(2)若将MN 换为电阻r =1 Ω的导体棒,其他条件不变,求导体棒两端的电压U 。
(对应训练)如图所示,MN、PQ为平行光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计),MN、PQ 相距L=50 cm,导体棒AB在两轨道间的电阻为r=1 Ω,且可以在MN、PQ上滑动,定值电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,整个装置放在磁感应强度为B=1.0 T的匀强磁场中,磁场方向垂直于整个导轨平面,现用外力F拉着AB棒向右以v=5 m/s的速度做匀速运动。
求:(1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向;(2)导体棒AB两端的电压U AB。
二、电磁感应中的复杂电路问题例2如图所示,ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨,导体棒MN的长度为L=2 m,电阻r=1 Ω,有垂直abcd平面向下的匀强磁场,磁感强度B=1.5 T,定值电阻R1=4 Ω,R2=20 Ω,当导体棒MN以v=4 m/s的速度向左做匀速直线运动时,电流表的示数为0.45 A,灯泡L正常发光。
技法点拨电磁感应中的电路问题分析■胡楚兵摘要:《电磁感应及其用》是高中物理必修2第一主题的内容,电磁感应中的电路问题是《电磁感应及其用》的一个方面,是高考的热点内容,解题时需要将电磁感应、电路的知识综合起来应用,需要学生找出等效电源,弄清电路结构,利用电路规律。
关键词:电磁感应;电路;剖析;探究;回访一、2019年考试大纲:电磁感应、电路1.电磁感应I :电磁感应现象,磁通量,自感、涡流。
II :法拉第电磁感应定律,楞次定律。
2.电路I :电阻定律,电阻的串联、并联,电功率、焦耳定律。
II :电源的电动势和内阻,欧姆定律,闭合电路欧姆定律。
二、经典题型剖析如图所示,光滑金属导轨ac 、bd 水平平行放置,处在方向竖直向下、磁感应强度为B 的匀强磁场中,导轨左侧接有阻值为R =2r 的定值电阻,导轨间距为L ,导轨电阻不计。
一质量为m 、电阻为r 、长度也为L 的金属导体棒MN 垂直导轨放置在导轨上,在水平向右的拉力作用下向右匀速运动,速度为v 。
问:(1)画出其等效电路图。
(2)金属棒MN 产生的电动势E =____,___(M 或N )端是电源正极。
(3)电阻R 中的电流方向是_______,U MN =_____。
(4)若导体棒向右运动距离为x ,则此过程中通过导体棒的电荷量q =_____。
r 答案:BLv ,M ,a →b ,23BLv ,BLx 3r 三、科学探究(一)寻找电源:探究供电方式1.(2016年全国Ⅱ卷20)法拉第圆盘发动机的示意图如图所示。
铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P 、Q 分别与圆盘的边缘和铜轴接触。
圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B 中。
圆盘旋转时,关于流过电阻R 的电流,下列说法正确的是()A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a 到b 的方向流动C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化D.若圆盘转动的角速度变为原来的两倍,则电流在R 上的热功率也变为原来的2倍答案:AB2.(2019年全国Ⅰ卷20)空间存在一方向与直面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a )中虚线MN 所示,一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S ,将该导线做成半径为r 的圆环固定在纸面内,圆心O 在MN 上。
电路问题在电磁感应现象中有感应电动势产生,假设电路是闭合的,电路中就产生感应电流,这类电路问题与直流电路有着相同的规律,闭合电路欧姆定律、串并联电路规律都可应用。
在电磁感应现象中,产生感应电动势的那局部导体相当于电源,这个“电源”不象电池那么直观,比拟隐蔽,如果不加注意,就会出现一些不必要的错误。
所以在电磁感应现象中,正确分析相当于电源的那局部导体,画出等效的直流电路,是解决问题的关键。
例.把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成•半径为a的圆环,水平固定在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场中,如图1所示,一长度为2a,电阻等于R,粗细均匀的金属棒MN放在圆环上,它与圆环始终保持良好的电接触.当金属棒以恒定速度V向右移动经过环心O(1)棒上电流的大小和方向,及棒两端的电压UMN•(2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率.解析:棒右移时,切割磁感线,产生感应电动势.此时由金属棒作圆环供电,其等效电路如图2所示,接着就可按稳恒电路方法求解.(1)金属棒经过环心时,棒中产生的感应电动势为E=B2cιv=2Bav此时,圆环的两局部构成并联连接,并联局部的电阻为R并二g∙由右手定那么可判断出金属棒上的电流方向由N→M。
棒两端的电压,就是路端电压,UMN=/R井=/^=|瓦(2)根据能的转化和守恒,圆环和金属棒上消耗的总功率等于电路中感应电流的电功率,即设左侧回路中电流为/,由欧姆定律/=6=处电阻R上的电流方向为f-e,那么: 时,求:由全电路欧姆定律得流过金属棒的电流I-2E^BavP=IE= SB2a2v2 3R例2.如图3所示,两个电阻的阻值分别为R和2R,其不计,电容器的电容量为3匀强磁场的磁感应强度为B,直纸面向里,金属棒ab、cd的长度均为/,当棒ab以速度切割磁感应线运动,当棒Cd以速度2u向右切割磁感应线运电容C的电量为多大?哪一个极板带正电?解析:金属棒ab、Cd切割磁感线运动时,分别产电动势山、E2,画出等效电路如图4所示:a2RCXXX×1X >£_2v×由法拉第电磁感应定律:E1=Blv f E2=ZBlv余电阻方向垂酎向左动时,生感应E∣-u电容器C充电后相当于断路,右侧回路中没有电流,那U RUH=-IR= BlvT为电源,向XX XV.X应电流不变,B 项错;当正方形线框下边离开磁场,上边未进入磁场的过程比正方形线框上边进入磁场过程中,磁通量减少的稍慢,故这两个过程中感应电动势不相等,感应电流也不相等,D 项错,故正确选项为C.二、图像变换问题例3矩形导线框a6cd 固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直低面向里,磁感应强度B 随时间变化的规律如下图.假设规定顺时针方向为感应电流I 的正方向,图7中正确的选项是解析:O-IS 内6垂直纸面向里均匀增大,那么由楞次定律及法拉笫电磁感应定律可得线图中产生恒定的感应电流,方向 2-j⅛~1.S l 为逆时针方向,排除A 、 —C 选项;2s-3s 内,B垂直纸面向外均匀增大,同理可得线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向,排除B 选项,D 正确.处理有关图像变换的问题,首先要识图,即读懂图像表示的物理规律或物理过程,然后再根据所求图像与图像的联系,进行图像间的变换.三、图像分析问题例4如下图,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距1=0.20m,电阻后1.OQ ;有一导体杆管止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=O.5T 的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下.现在一外力尸沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动,测得 力尸与时间t 的关系如下图.求杆的质量0和加速度&解析:导体杆在轨道上做初速度为零的加速直线运动,用P 表示瞬时速度,t 表示时间,那么杆切割磁感线产生的感应电动势为:E=Blv=Blat 9E闭合回路中的感应电流为:/=-,R由安培力公式和牛顿笫二定律得:F-llB=ma 9,县r B2I 2得:F=ma H ----------- at.R在图像上取两点:(0,1)(28,4)代入解方程组得:a-∖0m∕S 2,tn=0.∖kg,电容器C 的电压UC=UCE=UCd-Uef=誓电容C 的电量为Q=CUC=告"电容器右极板电势高,所以右板带正电。
高考物理电磁感应与电路基础考点及易错解析在高考物理中,电磁感应与电路基础是非常重要的知识点,也是同学们容易出错的部分。
下面我们就来详细探讨一下这部分内容的考点以及常见的易错点。
一、电磁感应考点1、电磁感应现象电磁感应现象是指闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,导体中会产生感应电流。
这个考点要求同学们理解电磁感应现象产生的条件,即闭合回路、部分导体切割磁感线、有感应电动势。
2、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律指出,感应电动势的大小与穿过闭合电路的磁通量的变化率成正比。
公式为:$E = n\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$,其中$E$ 表示感应电动势,$n$ 为线圈匝数,$\Delta\Phi$ 为磁通量的变化量,$\Delta t$ 为时间变化量。
同学们需要熟练掌握这个公式,并能灵活运用它来计算感应电动势的大小。
3、楞次定律楞次定律是判断感应电流方向的重要规律。
其内容为:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
简单来说,就是“增反减同,来拒去留”。
同学们在应用楞次定律时,要注意正确判断磁通量的变化以及感应电流产生的磁场方向。
4、自感和互感自感是指由于导体本身电流的变化而产生的电磁感应现象。
自感现象中会产生自感电动势,阻碍电流的变化。
互感则是指两个互相靠近的线圈,当其中一个线圈中的电流发生变化时,在另一个线圈中产生感应电动势的现象。
这两个概念需要同学们理解其原理和特点,并能在实际问题中进行分析。
二、电路基础考点1、电路的基本组成电路由电源、导线、开关和用电器等组成。
同学们要了解电路中各个元件的作用,以及它们在电路中的连接方式。
2、电流、电压和电阻电流是指电荷的定向移动,其大小用单位时间内通过导体横截面的电荷量来表示,公式为$I =\dfrac{Q}{t}$。
电压是形成电流的原因,电阻则是导体对电流的阻碍作用,它们之间的关系由欧姆定律描述:$I =\dfrac{U}{R}$。
电磁感应与电路分析、力学综合专题的复习一.高考要求及命题趋向电磁感应是力、电综合的又一个重要知识点,解析为以下几个方面。
如图所示。
受力分析运动状态分析冲量与动量Ft =BILt =BLq功的计算功与能量的转化能量守恒法拉第电磁感应定律:楞次定律:结果 阻碍 原因E=n △φ/△t 安培力做功,电能转化为机械能克服安培力做功,机械能转化为电能二.复习对策1.电磁感应的图象问题方法:图象问题有两种:一是给出电磁感应过程选出或画出正确图象;二是由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量.其思路是:利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势.感应电流的大小,利用楞次定律或右手定则判定感应电流的方向,利用图象法直观,明确地表示出感应电流的大小和方向.掌握这种重要的物理方法.例1、如图(a )所示区域(图中直角坐标系x O y 的1、3象限)内有匀强磁场,磁感应强度方向垂直于图面向里,大小为B ,半径为l ,圆心角为60°的扇形导线框OPQ 以角速度ω绕O 点在图面内沿逆时针方向匀速转动,导线框回路电阻为R .(1)求线框中感应电流的最大值I 0和交变感应电流的频率f .(2)在图(b )中画出线框转一周的时间内感应电流I 随时间t 变化的图象.(规定在图(a )中线框的位置相应的时刻为t =0)2.、电磁感应与电路综合方法:在电磁感应现象中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源.解决电磁感应与电路综合问题的基本思路是:(1)明确哪部分相当于电源,由法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向.(2)画出等效电路图.(3)运用闭合电路欧姆定律.串并联电路的性质求解未知物理量.例2、如图所示,直角三角形导线框abc 固定在匀强磁场中,ab 是一段长为L 、电阻为R 的均匀导线,ac 和bc 的电阻可不计,ac 长度为2L.磁场的磁感强度为B ,方向垂直纸面向里.现有一段长度为2L ,电阻为2R的均匀导体棒MN 架在导线框上,开始时紧靠ac ,然后沿bc 方向以恒定速度v 向b 端滑动,滑动中始终与ac 平行并与导线框保持良好接触,当MN 滑过的距离为3L时,导线ac 中的电流为多大?方向如何?3、电磁感应与力学综合方法:从运动和力的关系着手,运用牛顿第二定律(1)基本思路:受力分析→运动分析→变化趋向→确定运动过程和最终的稳定状态→由牛顿第二定律列方程求解. (2)注意安培力的特点:(3)纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力,电磁感应中多一个安培力,安培力随速度变化,部分弹力及相应的摩擦力也随之而变,导致物体的运动状态发生变化,在分析问题时要注意上述联系.例3、如图所示,两根相距为d 的足够长的平行金属导轨位于水平x O y 平面内,左端接有阻(a )(b ) 2πω值为R 的电阻,其他部分的电阻均不计.在x >0的一侧存在垂直x O y 平面且方向竖直向下的稳定磁场,磁感强度大小按B =kx 规律变化(其中k 是一大于零的常数).一根质量为m 的金属杆垂直跨搁在光滑的金属导轨上,两者接触良好.当t =0时直杆位于x =0处,其速度大小为v 0,方向沿x 轴正方向,在此后的过程中,始终有一个方向向左的变力F 作用于金属杆,使金属杆的加速度大小恒为a ,加速度方向一直沿x 轴的负方向.求:(1)闭合回路中感应电流持续的时间有多长? (2)当金属杆沿x 轴正方向运动的速度为2v 时,闭合回路的感应电动势多大?此时作用于金属杆的外力F 多大?4、电磁感应与动量、能量的综合方法:(1)从动量角度着手,运用动量定理或动量守恒定律①应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量,如在导体棒做非匀变速运动的问题中,应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题. ②在相互平行的水平轨道间的双棒做切割磁感线运动时,由于这两根导体棒所受的安培力等大反向,合外力为零,若不受其他外力,两导体棒的总动量守恒.解决此类问题往往要应用动量守恒定律.(2)从能量转化和守恒着手,运用动能定理或能量守恒定律 ①基本思路:受力分析→弄清哪些力做功,正功还是负功→明确有哪些形式的能量参与转化,哪增哪减→由动能定理或能量守恒定律列方程求解.②安培力做功的特点:完成电能与其它形式能的转化。
电磁感应与电路电磁感应是电磁学中的重要概念之一,也是电路学的基础知识。
本文将介绍电磁感应的原理和应用,并结合电路实例,深入探讨电磁感应与电路的关系。
一、电磁感应的原理电磁感应是一种通过磁场变化引起感应电流的现象。
法拉第电磁感应定律是描述电磁感应过程的基本定律,它表明当一个闭合电路中的磁通量发生变化时,电路中将会产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律,电磁感应的原理可以归结为两点:磁场变化和闭合电路。
当磁场穿过一个闭合电路时,磁通量发生变化,从而在电路中引起感应电流。
这个过程中,磁场的变化可以通过改变磁场强度、改变磁场方向或者改变磁场区域来实现。
二、电磁感应的应用1. 发电机发电机是电磁感应的重要应用之一。
它将机械能转化为电能。
发电机通过转动磁场和导体之间的相互作用来产生感应电动势。
当转子旋转时,磁场与导线间的相对运动导致磁通量的变化,从而在导线上产生感应电流。
2. 变压器变压器是电磁感应的另一个重要应用。
它能够将交流电的电压变换为所需电压。
变压器的工作原理是基于电磁感应的。
通过在一个线圈中加入交变电流,产生的磁场会感应到另一个线圈中,从而改变电压大小。
3. 感应加热感应加热利用了电磁感应现象,将交变电流产生的磁场直接作用于物体,使其加热。
感应加热广泛应用于工业领域,如金属加工、焊接、淬火等。
三、电磁感应与电路密切相关,我们可以通过电路来实现电磁感应的现象。
漩涡电流、感应电动势等都是电磁感应在电路中的具体表现。
在电路中,当磁场穿过一个线圈时,线圈两端将产生感应电压。
这个感应电压可以通过接入一个负载电阻,使得感应电流通过负载电阻,实现能量的传输和利用。
此外,电磁感应在电路的运用还涉及到电磁感应传感器、电磁继电器等设备。
这些设备通过电磁感应的原理,实现了对电信号的转换和控制。
总结:电磁感应是电磁学中的重要内容,也是电路学的基础知识。
电磁感应的原理是研究电磁感应现象的关键,发电机、变压器和感应加热等应用充分展示了电磁感应的实际价值。
物理中的电磁感应与电路分析电磁感应与电路分析是物理学中的两个重要概念,它们在电磁学和电路领域中具有广泛的应用。
本文将介绍电磁感应和电路分析的基本原理和相关应用。
一、电磁感应电磁感应是指导体中的电流或磁通量发生变化时,产生的感应电动势或感应电流现象。
法拉第是电磁感应理论的奠基人,他发现当导体中的磁通量发生改变时,导体两端会产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。
如果磁通量发生周期性变化,即在一个时间内磁通量经历一个完整的周期,那么导体中将产生交流电动势。
这就是电磁感应的基本原理,也是交流发电机的工作原理。
电磁感应的应用非常广泛。
例如,变压器利用电磁感应的原理来改变交流电的电压。
感应电磁炉则利用感应电流加热物体,这是一种高效的加热方式。
在电动机中,电磁感应也起着关键作用,将电能转化为机械能。
二、电路分析电路分析是指通过分析电路中的电流、电压和功率等参数,揭示电路中的物理规律和性质的过程。
通过电路分析,我们可以计算电路中的电流分布、电压降和能量转换等。
在进行电路分析时,我们可以使用基尔霍夫定律和欧姆定律等基本原理。
基尔霍夫定律分为基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律,它们描述了电路中电压和电流的守恒关系。
欧姆定律则描述了电阻器中电流和电压的关系。
电路分析的目标是确定电路中各个元件的电流和电压,以及它们的功率消耗和能量转换情况。
通过电路分析,我们可以评估电路的性能,优化电路设计,解决电路中的问题。
电路分析在电子工程和通信工程中扮演着重要角色。
无论是基础电路,如电源电路和放大电路,还是复杂的数字电路和通信电路,都需要进行电路分析来确保电路的正常运行和优化性能。
三、电磁感应与电路分析的关系电磁感应和电路分析密切相关。
在电磁感应现象中,电磁感应产生的感应电动势和感应电流可以通过电路进行分析和计算。
通过对电磁感应现象的电路分析,我们可以确定感应电动势和电流的大小和方向。
同时,电路分析也可以应用于电磁感应的研究和应用。
第六讲电磁感应与电路思想方法提炼电磁感应是电磁学的核心内容,也是高中物理综合性最强的内容之一,高考每年必考。
题型有选择、填空和计算等,难度在中档左右,也经常会以压轴题出现。
在知识上,它既与电路的分析计算密切相关,又与力学中力的平衡、动量定理、功能关系等知识有机结合;方法能力上,它既可考查学生形象思维和抽象思维能力、分析推理和综合能力,又可考查学生运用数知识(如函数数值讨论、图像法等)的能力。
高考的热点问题和复习对策:1.运用楞次定律判断感应电流(电动势)方向,运用法拉第电磁感应定律,计算感应电动势大小.注重在理解的基础上掌握灵活运用的技巧.2.矩形线圈穿过有界磁场区域和滑轨类问题的分析计算。
要培养良好的分析习惯,运用动力学知识,逐步分析整个动态过程,找出关键条件,运用运动定律特别是功能关系解题。
3.实际应用问题,如日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼等复习时应多注意。
第十章恒定电流一、知识结构二、要点1、几个功率电源总动率:P总=IE ;电源输出功率:P出=IU;最大输出功率:Pm=E2/4r(条件:r=R;效率:50%);3、几个图像4、电动机卡着(没转动):U=Ir 转动:IU=P出+I2r7、电路计算的切入点:“知二”。
5、电路动态分析:第十二章电磁感应一、知识体系二、知识要点1、几个物理量的计算电荷量:q=It=nΔΦ/R (I为平均值);电热:Q=I2Rt(I为有效值);如果非匀速切割,则用能量守恒定律或者功能关系求解。
2、导轨上的导体棒、线框穿越磁场当F外=F安时,v0=F外R/B2L2,匀速(稳定状态、最终状态);当v>v0时,做加速度减小的减速运动并趋于稳定状态;当v<v0时,做加速度减小的加速运动并趋于稳定状态。
3、计算电学量要注意平均值还是瞬时。
瞬时值:E=BLV ;平均值:ΔΦ≠0:E=n Δφ/Δt 4、与电路计算的综合产生电动势那部分电路(导体)是电源,其两端电压时路端电压,电流从地电势流向高电势。
专题七.电磁感应(4课时)课时1: 电磁感应与电路要点分析:思想方法提炼电磁感应是电磁学的核心内容,也是高中物理综合性最强的内容之一,高考每年必考。
题型有选择、填空和计算等,难度在中档左右,也经常会以压轴题出现。
在知识上,它既与电路的分析计算密切相关,又与力学中力的平衡、动量定理、功能关系等知识有机结合;方法能力上,它既可考查学生形象思维和抽象思维能力、分析推理和综合能力,又可考查学生运用数学知识(如函数数值讨论、图像法等)的能力。
高考的热点问题和复习对策:1.运用楞次定律判断感应电流(电动势)方向,运用法拉第电磁感应定律,计算感应电动势大小.注重在理解的基础上掌握灵活运用的技巧.2.矩形线圈穿过有界磁场区域和滑轨类问题的分析计算。
要培养良好的分析习惯,运用动力学知识,逐步分析整个动态过程,找出关键条件,运用运动定律特别是功能关系解题。
3.实际应用问题,如日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼等复习时应多注意。
此部分涉及的主要内容有: 1.电磁感应现象.(1)产生条件:回路中的磁通量发生变化.(2)感应电流与感应电动势:在电磁感应现象中产生的是感应电动势,若回路是闭合的,则有感应电流产生;若回路不闭合,则只有电动势,而无电流.(3)在闭合回路中,产生感应电动势的部分是电源,其余部分则为外电路.2.法拉第电磁感应定律:E=n ,E=BLvsin θ, 注意瞬时值和平均值的计算方法不同.3.楞次定律三种表述:(1)感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化(涉及到:原磁场方向、磁通量增减、感应电流的磁场方向和感应电流方向等四方面).右手定则是其中一种特例. (2)感应电流引起的运动总是阻碍相对运动. (3)自感电动势的方向总是阻碍原电流变化. 4.相关链接(1)受力分析、合力方向与速度变化,牛顿定律、动能定理、动量守恒定律、匀速圆周运动、功和能的关系等力学知识.(2)欧姆定律、电流方向与电势高低、电功、电功率、焦耳定律等电路知识. (3)能的转化与守恒定律.t ∆∆Φ2.典型例题【例1】三个闭合矩形线框Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处在同一竖直平面内,在线框的正上方有一条固定的长直导线,导线中通有自左向右的恒定电流,如图所示,若三个闭合线框分别做如下运动:Ⅰ沿垂直长直导线向下运动,Ⅱ沿平行长直导线方向平动,Ⅲ绕其竖直中心轴OO′转动.(1)在这三个线框运动的过程中,哪些线框中有感应电流产生?方向如何?(2)线框Ⅲ转到图示位置的瞬间,是否有感应电流产生?【例2】如图所示,在倾角为θ的光滑的斜面上,存在着两个磁感应强度相等的匀强磁场,方向一个垂直斜面向上,另一个垂直斜面向下,宽度均为L,一个质量为m,边长也为L的正方形线框(设电阻为R)以速度v进入磁场时,恰好做匀速直线运动.若当a b边到达gg′与ff′中间位置时,线框又恰好做匀速运动,则:(1)当a b边刚越过ff′时,线框加速度的值为多少?(2)求线框开始进入磁场到a b边到达gg′与ff′中点的过程中产生的热量是多少?【例3】如图所示,d a、cb为相距L的平行导轨(电阻可以忽略不计).a、b间接有一个固定电阻,阻值为R.长直细金属杆MN可以按任意角架在水平导轨上,并以速度v匀速滑动(平移),v的方向和d a平行. 杆MN有电阻,每米长的电阻值为R.整个空间充满匀强磁场,磁感应强度的大小为B,方向垂直纸面(dabc平面)向里(1)求固定电阻R上消耗的电功率为最大时θ角的值(2)求杆MN上消耗的电功率为最大时θ角的值.【例4】如图所示,光滑的平行导轨P、Q相距L=1m,处在同一水平面中,导轨左端接有如图所示的电路,其中水平放置的平行板电容器C两极板间距离d=10mm,定值电阻R1=R3=8Ω,R2=2Ω,导轨电阻不计.磁感应强度B=0.4T的匀强磁场竖直向下穿过导轨面.当金属棒a b沿导轨向右匀速运动(开关S断开)时,电容器两极板之间质量m=1×10-14kg、带电量Q=-1×10-15C的微粒恰好静止不动;当S闭合时,微粒以加速度a=7m/s2向下做匀加速运动,取g=10m/s2,求:(1)金属棒a b运动的速度多大?电阻多大?(2)S闭合后,使金属棒a b做匀速运动的外力的功率多大?3.针对训练1.(2007理综II 卷)如图所示,在PQ 、QR 区域是在在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场,磁场方向均垂直于纸面,bc 边与磁场的边界P 重合。
导线框与磁场区域的尺寸如图所示。
从t =0时刻开始线框匀速横穿两个磁场区域。
以a →b →c →d →e →f 为线框中有电动势的正方向。
以下四个ε-t 关系示意图中正确的是【 】2.(2005理综Ⅱ卷)处在匀强磁场中的矩形线圈abcd ,以恒定的角速度绕ab 边转动,磁场方向平行于纸面并与ab 垂直。
在t=0时刻,线圈平面与纸面重合(如图),线圈的cd 边离开纸面向外运动。
若规定由a→b→c→d→a 方向的感应电流为正,则能反映线圈中感应电流I 随时间t 变化的图线是【 】3.(2005北京理综)现将电池组、滑线变阻器、带铁芯的线圈A 、线圈B 、电流计及开关如下图连接。
在开关闭合、线圈A 放在线圈B 中的情况下,某同学发现当他将滑线变阻器的滑动端P 向左加速滑动时,电流计指针向右偏转。
由此可以推断【 】A .线圈A 向上移动或滑动变阻器的滑动端P 向右加速滑动,都能引起电流计指针向左偏转B .线圈A 中铁芯向上拔出或断开开关,都能引起电流计指针向右偏转C .滑动变阻器的滑动端P 匀速向左或匀速向右滑动都能使电流计指针静止在中央D .因为线圈A 、线圈B 的绕线方向未知,故无法判断电流计指针偏转的方向4.(2002全国理综)图中EF 、GH 为平行的金属导轨,其电阻可不计,R 为电阻器,C 为电容器,AB 为可在EF 和GH 上滑动的导体横杆。
有均匀磁场垂直于导轨平面。
若用I 1和I 2分别表示图中该处导线中的电流,则当横杆AB 【 】A .匀速滑动时,I 1=0,I 2=0B .匀速滑动时,I 1≠0,I 2≠0C .加速滑动时,I 1=0,I 2=0D .加速滑动时,I 1≠0,I 2≠05.(2007北京理综)电阻R 1、R 2交流电源按照图1所示方式连接,R 1=10Ω,R 2=20Ω。
合上开关后S 后,通过电阻R 2的正弦交变电流i 随时间t 变化的情况如图2所示。
则【 】t ε B . 0 1 2 3 4 t ε C . 0 1 2 3 4 t ε D . 0 1 2 3 4t ε A . 0 1 2 3 4 tI Ct 0I D tI AtI BB a bcdA.通过R1的电流的有效值是1.2A B.R1两端的电压有效值是6VC.通过R2的电流的有效值是1.22A D.R2两端的电压有效值是62V6.(2006江苏物理)如图所示电路中的变压器为理想变压器,S为单刀双掷开关,P 是滑动变阻器R的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流。
下列说法正确的是【】A.保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则R上消耗的功率减小B.保持P的位置及U1不变,S由a切换到b,则I2减小C.保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则I1增大D.保持U1不变,S接在b端,将P向上滑动,则I1减小7.如图所示,线圈abcd每边长L=0.20m,线圈质量m1=0.10kg、电阻R=0.10Ω,砝码质量m2=0.14kg.线圈上方的匀强磁场磁感强度B=0.5T,方向垂直线圈平面向里,磁场区域的宽度为h=L=0.20m.砝码从某一位置下降,使ab边进入磁场开始做匀速运动.求线圈做匀速运动的速度.图33-18、如图所示,两根互相平行、间距d=0.4米的金属导轨,水平放置于匀强磁场中,磁感应强度B=0.2T,磁场垂直于导轨平面,金属滑杆ab、cd所受摩擦力均为f=0.2N。
两根杆电阻均为r=0.1Ω,导轨电阻不计,当ab杆受力F=0.4N的恒力作用时,ab杆以V1做匀速直线运动,cd杆以V2做匀速直线运动,求速度差(V1-V2)等于多少?图32-1 9.如图a所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨距L= 0.2m ,电阻R=0.4Ω,导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆,导轨电阻可忽略不计,整个装置处于磁感强度B= 0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下.现用一外力F沿水平方向拉杆,使之由静止开始运动,若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图b所示(1)试分析说明金属杆的运动情况;(2)求第2s末外力F的瞬时功率.10.(2009届盐城市高三摸底试题)如图所示,电阻忽略不计的、两根两平行的光滑金属导轨竖直放置,其上端接一阻值为3Ω的定值电阻R。
在水平虚线L1、L2间有一与导轨所在平面垂直的匀强磁场B,磁场区域的高度为d=0.5m。
导体棒a的质量m a=0.2kg、电阻R a=3Ω;导体棒b的质量m b=0.1kg、电阻R b=6Ω,它们分别从图中M、N处同时由静止开始在导轨上无摩擦向下滑动,且都能匀速穿过磁场区域,当 b 刚穿出磁场时a正好进入磁场.设重力加速度为g=10m/s2。
(不计a、b之间的作用)求:(1)在整个过程中,a、b两棒克服安培力分别做的功;(2)M点和N点距L1的高度。
11.如图所示,MN、PQ为平行光滑导轨,其电阻忽略不计,与地面成30°角固定.N、Q间接一电阻R′=10Ω,M、P端与电池组和开关组成回路,电动势E=6V,内阻r=1.0Ω,导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场.现将一条质量m=10g,电阻R=10 Ω的金属导线置于导轨上,并保持导线ab水平.已知导轨间距L=0.1m,当开关S接通后导线ab恰静止不动.(1)试计算磁感应强度的大小.(2)若某时刻将电键S断开,求导线ab能达到的最大速度.(设导轨足够长)RabMN1LLd B12.如图13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,GE间解有阻值为R的电阻,轻质金属杆ab长为2L ,近贴导轨数值放置,离b端0.5L 处固定有质量为m的小球,整个装置处于磁感应强度为B并与导轨平面垂直的匀强磁场中,当ab杆由静止开始紧贴导轨绕b端向右倒下至水平位置时,球的速度为v,若导轨足够长,导轨及金属杆电阻不计,求在此过程中: (1)通过电阻R的电量;(2)R中通过的最大电流强度.13.如图14所示,磁感应强度B=0.2T 的匀强磁场中有一折成30°角的足够长的金属导轨aob ,导轨平面垂直于磁场方向。
一条长度m l 100=的直导线MN 垂直ob 方向放置在轨道上并接触良好。