DOC《2008年成人高考高起点物理复习：电磁感应 》

2008年成人高考高起点物理复习:电磁感应?

一、主要内容 本章内容包括电磁感应现象、自感现象、感应电动势、磁通量的变化率等基本概念,以及法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则等规律.

二、基本方法 本章涉及到的基本方法,要求能够从空间想象的角度理解法拉第电磁感应定律.用画图的方法将题目中所叙述的电磁感应现象表示出来.能够将电磁感应现象的实际问题抽象成直流电路的问题;

能够用能量转化和守恒的观点分析解决电磁感应问题;

会用图象表示电磁感应的物理过程,也能够识别电磁感应问题的图像.

三、错解分析 在本章知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:概念理解不准确;

空间想象出现错误;

运用楞次定量和法拉第电磁感应定律时,操作步骤不规范;

不会运用图像法来研究处理,综合运用电路知识时将等效电路图画错. 例1 长为a宽为b的矩形线圈,在磁感强度为B的匀强磁场中垂直于磁场的OO′轴以恒定的角速度ω旋转,设t= 0时,线圈平面与磁场方向平行,则此时的磁通量和磁通量的变化率分别是? 【错解】t=0时,线圈平面与磁场平行、磁通量为零,对应的磁通量的变化率也为零,选A. 【错解原因】 磁通量Φ=BS⊥BS(S⊥是线圈垂直磁场的面积),磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1,两者的物理意义截然不同,不能理解为磁通量为零,磁通量的变化率也为零. 【分析解答】 实际上,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时,产生交变电动势e=εmcosωt=Babωcosωt.当t=0时,cosωt=1,虽然磁通量 可知当电动势为最大值时,对应的磁通量的变化率也最大,即 【评析】 弄清概念之间的联系和区别,是正确解题的前提条件.在电磁感应中要弄清磁通量Φ、磁通量的变化ΔΦ以及磁通量的变化率ΔΦ/Δt之间的联系和区别. 例2 在图11-1中,CDEF为闭合线圈,AB为电阻丝.当滑动变阻器的滑动头向下滑动时,线圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感强度的方向是 ・ 时,电源的哪一端是正极? 【错解】 当变阻器的滑动头在最上端时,电阻丝AB因被短路而无电流通过.由此可知,滑动头下移时,流过AB中的电流是增加的.当线圈CDEF中的电流在G处产生的磁感强度的方向是 ・ 时,由楞次定律可知AB中逐渐增加的电流在G处产生的磁感强度的方向是 * ,再由右手定则可知,AB中的电流方向是从A流向B,从而判定电源的上端为正极. 【错解原因】 楞次定律中 感生电流的磁场总是要阻碍引起感生电流的磁通量的变化 ,所述的 磁通量 是指穿过线圈内部磁感线的条数,因此判断感应电流方向的位置一般应该选在线圈的内部. 【分析解答】 当线圈CDEF中的感应电流在G处产生的磁感强度的方向是 ・ 时,它在线圈内部产生磁感强度方向应是 * ,AB中增强的电流在线圈内部产生的磁感强度方向是 ・ ,所以,AB中电流的方向是由B流向A,故电源的下端为正极. 【评析】 同学们往往认为力学中有确定研究对象的问题,忽略了电学中也有选择研究对象的问题.学习中应该注意这些研究方法上的共同点. 例3 一个共有10匝的闭合矩形线圈,总电阻为10Ω、面积为0.04m2,置于水平面上.若线框内的磁感强度在0.02s内,由垂直纸面向里,从1.6T均匀减少到零,再反向均匀增加到2.4T.则在此时间内,线圈内导线中的感应电流大小为______A,从上向下俯视,线圈中电流的方向为______时针方向. 【错解】 由于磁感强度均匀变化,使得闭合线卷中产生感应电流,根据法拉第电磁感应定律,感应电动势 根据楞次定律,开始时原磁场方向垂直纸面向里,而且是均匀减少的.那么感应电流产生的磁场的方向应该与原磁场方向相同,仍然向里.再根据安培定则判断感应电流的方向为顺时针方向.同理,既然原磁场均匀减少产生的感应电流的方向为顺时针方向.那么,原磁场均匀增加时,产生的感应电流的方向必然是逆时针方向. 【错解分析】 由于磁场的变化,而产生感应电动势,根据法拉第电磁感应定律 矢量差.在0.02s内磁场的方向发生了一次反向.设垂直纸面向里为正方向,ΔB=B2-(-B1)=B2+Bl 【分析解答】 根据法拉第电磁感应定律 根据楞次定律,磁感强度B从B1开始均匀减少到零的过程中,感应电流的磁场阻碍原磁通的减少,与原磁通的方向同向,感应电流的方向是顺时针的.接着磁感强度B从零开始反方向均均匀增加到B2,这个过程中,穿过闭合线圈的磁通量反方向增加,感应电流的磁场要阻碍原磁场的增加,其方向是垂直纸面向里,再根据安培定则判断感应电流的方向仍然是顺时针的. 【评析】 应用楞次定律时,特别要注意感应电流的磁场阻碍的是引起感应电流的磁通量的变化.不能把 阻碍变化 简单地理解为原磁场均匀减少,电流就是顺时针,原磁场均匀增加,感应电流就是逆时针.应用楞次定律解题要先判断原磁通的方向及其变化趋势,再用 阻碍变化 的原则来判断感应电流的磁场的方向,最后用右手定则来判断感应电流的方向. 例4如图11-2所示,以边长为50cm的正方形导线框,放置在B=0.40T的身强磁场中.已知磁场方向与水平方向成37°角,线框电阻为0.10Ω,求线框绕其一边从水平方向转至竖直方向的过程中通过导线横截面积的电量. 【错解】 线框在水平位置时穿过线框的磁通量 Φ1=BScos53°=6.0*10-2Wb 线框转至竖直位置时,穿过线框的磁通量Φ2=BScos37°=8.0*10-8(Wb) 这个过程中的平均电动势 通过导线横截面的电量 【错解原因】 磁通量Φ1=BScosθ,公式中θ是线圈所在平面的法线与磁感线方向的夹角.若θ90°时,Φ为负,所以磁通量Φ有正负之分,即在线框转动至框平面与B方向平行时,电流方向有一个转变过程.错解就是忽略了磁通量的正负而导致错误. 【分析解答】 设线框在水平位置时法线(图11-2中n)方向向上,穿过线框的磁通量 Φ1=BScos53°=6.0*10-2Wb 当线框转至竖直位置时,线框平面的法线方向水平向右,与磁感线夹角θ=143°,穿过线框的磁通量Φ1=BScos143°=-8.0*10-2Wb 通过导线横截面的电量 【评析】 通过画图判断磁通量的正负,然后在计算磁通量的变化时考虑磁通量的正负才能避免出现错误. 例5 如图11-3所示,直角三角形导线框ABC,处于磁感强度为B的匀强磁场中,线框在纸面上绕B点以匀角速度ω作顺时针方向转动,∠B=60°,∠C=90°,AB=l,求A,C两端的电势UAC. 【错解】 把AC投影到AB上,有效长度AC′,根据几何关系(如图11-4), 【错解原因】 此解错误的原因是:忽略BC,在垂直于AB方向上的投影BC′也切割磁感线产生了电动势,如图11-4所示. 【分析解答】 该题等效电路ABC,如图11-5所示,根据法拉第电磁感应定律,穿过回路ABC的磁通量没有发生变化,所以整个回路的 ε总=0??? ① 设AB,BC,AC导体产生的电动势分别为ε