高中电磁场总结

1 / 69 高中电磁场总结 高考物理专题复习 磁场 一、磁场 磁体是通过磁场对铁一类物质发生作用的，磁场和电场一样，是物质存在的另一种形式，是客观存在。小磁针的 指南指北表明地球是一个大磁体。磁体周围空间存在磁场；电流周围空间也存在磁场。 电流周围空间存在磁场，电流是大量运动电荷形成的，所以运动电荷周围空间也有磁场。静止电荷周围空间没有磁场。 磁场存在于磁体、电流、运动电荷周围的空间。磁场是物质存在的一种形式。磁场对磁体、电流都有磁力作用。 与用检验电荷检验电场存在一样，可以用小磁针来检验磁场的存在。如图所示为证明通电导线周围有磁场存在 奥斯特实验，以及磁场对电流有力的作用实验。 2 / 69 1地磁场 地球本身是一个磁 体，附近存在的磁场叫地磁场，地磁的南极在地球北极附近，地磁的北极在地球的南极附近。 2地磁体周围的磁场分布 与条形磁铁周围的磁场分布情况相似。 3指南针 放在地球周围的指南针静止时能够指南北，就是受到了地磁场作用的结果。 4磁偏角 地球的地理两极与地磁两极并不重合，磁针并非准确地指南或指北，其间有一个交角，叫地磁偏角，简称磁偏角。 说明： 地球上不同点的磁偏角的数值是不同的。 3 / 69 磁偏角随地球磁极缓慢移动而 缓慢变化。 地磁轴和地球自转轴的夹角约为 11 。 二、磁场的方向 在电场中，电场方向是人们规定的，同理，人们也规定了磁场的方向。 规定： 在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向就是那一点的磁场方向。 确定磁场方向的方法是： 将一不受外力的小磁针放入磁场中需测定的位置，当小磁针在该位置静止时，小磁针 N极的指向即为该点的磁场方向。 磁体磁场： 可以利用同名磁极相斥，异名磁极相吸的方法来判定磁场方4 / 69 向。 电流磁场： 利用安培定则判定磁场方向。 三、磁感线 在磁场中画出有方向的曲线表示磁感线，在这些曲线上，每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。 磁感线上每一点切线方向跟该点磁场方向相同。 磁感线特点 磁感线的疏密反映磁场的强弱，磁感线越密的地方表示磁场越强，磁感线越疏的地方表示磁场越弱。 磁感线上每一点的切线方向就是该 点的磁场方向。 磁场中的任何一条磁感线都是闭合曲线，在磁体外部由 N 极到 S 极，在磁体内部由 S 极到 N极。 5 / 69 以下各图分别为条形磁体、蹄形磁体、直线电流、环行电流的磁场 说明： 磁感线是为了形象地描述磁场而在磁场中假想出来的一组有方向的曲线，并不是客观存在于磁场中的真 实曲线。 磁感线与电场线类似，在空间不能相交，不能相切，也不能中断。 四、几种常见磁场 1 通电直导线周围的磁场 安培定则：右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向，这个规律也叫右手螺旋定则。 磁感线分布如图所示： 说明： 通电直导线周围的磁感线是以导线上各点为圆心的同心圆，实际上电流磁场应为空间图形。 直线电流的磁场无磁极。 磁场的强弱与距导线6 / 69 的距离有关，离导线越近磁场越强，离导线越远磁场越弱。 图中的 “” 号表示磁场方向垂直进入纸面， “” 表示磁场方向垂直离开纸面。 2环形电流的磁场 安培定则：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的拇指的方向就是环形导线轴线上 磁感线的方向。 磁感线分布如图所示： 几种常用的磁感线不同画法。 说明 ： 环形电流的磁场类似于条形磁铁的磁场，其两侧分别是 N极和 S极。 由于磁感线均为闭合曲线，所以环内、外磁感线条数相等，故环内磁场强，环外磁场弱。 环形电流的磁场在微 观上可看成无数根很短的直线电流7 / 69 的磁场的叠加。 3通电螺线管的磁场 安培定则：用右手握住螺线管，让弯曲时四指的方向跟电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管中心轴线上的磁感线方向。 磁感线分布：如图所示。 几种常用的磁感线不同的画法。 说明： 通电螺线管的磁场分布：外部与条形磁铁外部的磁场分布情况相同，两端分别为 N极和 S极。管内是匀强磁场，磁场分布由 S极指向 N 极。 环形电流宏观上其实就是只有一匝的通电螺线管，通电螺线管则是由许多匝环形电流串联而成的。因此，通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加。 8 / 69 不管是磁体的磁场还是电流的磁场，其分布都是在立体空间的，要熟练掌握其立体图、纵截面图、横横面图的画法及转换。 4匀强磁场 定义：在磁场的某个区域内，如果各点的磁感应强度大小和方向都相同，这个区域内的磁场叫做匀强磁场。 磁感线分布特点：间距相同的平行直线。 产生：距离很近的两个异名磁极之间的磁场除边缘部分外可以认为是匀强磁场；相隔一定距离的两个平行放 置的线圈通电时，其中间区域的磁场也是匀强磁场，如图所示： 五、磁感应强度 1、磁感应强度 为了表征磁场的强弱和方向，我们引入一个新的物理量：磁9 / 69 感应强度。描述磁场强弱和方向 的物理量，用符号 “B” 表示。 通过精确的实验可以知道，当通电直导线在匀强磁场中与磁场方向垂直时，受到磁场对它的力的作用。对于同一磁场，当电流加倍时，通电导线受到的磁场力也加倍，这说明通电导线受到的磁场力与通过它的电流强度成正比。而当通电导线长度加倍时，它受到的磁场力也加倍，这说明通电导线受到的磁场力与导线长也成正比。对于磁场中某处来说，通电导线在该处受的磁场力 F与通电电流强度 I与导线长度 L乘积的 比值是一个恒量，它与电流强度和导线长度的大小均无关。在磁场中不同位置，这个比值可能各不相同，因此，这个比值反映了磁场的强弱。 磁感应强度的定义 电流元 定义：物理学中把 很短一段通电导线中的电流 I 与导线长度 L 的乘积 IL叫做电流元。 理解：孤立的电流元是不存在的，因为要使导线中有电流，10 / 69 就必须把它连到电源上。 磁场对通电导线的作用力 内容 ：通电导线与磁场方向垂直时，它受力的大小与 I 和L 的乘积成正比。 公式：。 说明： B 为比例系数，与导线的长度和电流的大小都无关。 不同的磁场中， B 的值是不同的。 B 应为与电流垂直的值，即式子成立条件为： B 与 I 垂直。 磁感应强度 定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的安培力的作用 F，跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL的比值，叫 做通电直导线所在处的磁场的磁感应强度。 公式： B=F / IL。 11 / 69 磁感应强度的单位 在国际单位制中， B 的单位是特斯拉，由 B的定义式可知： 1 特 = 磁感应强度的方向 磁感应强度是矢量，不仅有大小，而且有方向，其方向即为该处磁场方向。小磁针静 止时 N极所指的方向规定为该点的磁感应强度的方向，简称为磁场的方向。 B 是矢量，其方向就是磁场方向，即小磁针静止时 N 极所指的方向。 2、磁通量 磁感线和电场线一样也是一种形象描述磁场强度大小和方向分布的假想的线，磁感线上各点的切线方向即该点的磁感应强度方向，磁感线的密疏，反映磁感应强度的大小。为了定量地确定磁感线的条数跟磁感应强度大小的关系， 12 / 69 规定：在垂直磁 场方向每平方米面积的磁感线的条数与该处的磁感应强度大小数值相同。这里应注意的是一般画磁感线可以按上述规定的任意数来画图，这种画法只能帮助我们了解磁感应强度大小；方向的分布，不能通过每平方米的磁感线数来得出磁感应强度的数值。 磁通量的定义 穿过某一面积的磁感线的条数，叫做穿过这个面积的磁通量，用符号 表示。 物理意义：穿过某一面的磁感线条数。 磁通量与磁感应强度的关系 按前面的规定，穿过垂直磁场方向单位面积的磁感线条数，等于磁感应强度 B，所以在匀强磁场中，垂直于磁场方向的面积 S上的磁通量 =BS 。 若平面 S 不跟磁场方向垂直，则应把 S平面投影到垂直磁场方向上。 13 / 69 当平面 S 与磁场方向平行时， =0 。 公式 公式： =BS 。 公式运用的条件： a匀强磁场； b磁感线与平面垂直。 在匀强磁场 B中，若磁感线与平面不垂直，公式 =BS 中的S 应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。 此时，式中即为面积 S在垂直于磁感线方向的投影，我们称为 “ 有效面积 ” 。 磁通量的单位 在国际单位中，磁通量的单位是韦伯，简称韦。磁通量是标量，只有大小没有方向。 (4)磁通密度 14 / 69 磁感线越密的地方，穿过垂直单位面积的磁感线条数越多，反之越少，因此穿过单位面积的磁通量 磁通密度，它反映了磁感应强度的大小，在数值上等于磁感应强度的大小，B =/S 。 六、磁场对电流的作用 1安培分子电流假说的内容 安培认为，在原子、分子等物质微粒的内部存在着一种环形电流 分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极。 2安培假说对有关磁现象的解释 磁化现象：一根软铁棒，在未被磁化时，内部各分子电流的取向杂乱无章，它们的磁场互相抵消，对外不显 电荷守恒定律：电荷既不能被创造 ,也不能被消灭 ,它们只能从一个物体转移到另一个物体 ,或从物体的 15 / 69 一部分转移到另一部分 ,在任何物理过程中电荷的代数和总是守恒的 ?B?WABAAB ?Edl Aqq 电位差：单位正电荷的电位能差即： UAB 十、电场 1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷： (e 10 -19C）； 带电体电荷量等于元电荷的整数倍 2.库仑定律： F kQ1Q2/r2 F: 点 电 荷 间 的 作 用 力 (N) ， k: 静 电 力 常 量 k 109N?m2/C2 ， Q1、 Q2:两点电荷的电量 (C)， r:两点电荷间的距离 (m)，方向在它们的连线上，作用力与反作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引 16 / 69 3.电场强度： E F/q， q：检验电荷的电量 (C) 4.真空点电荷形成的电场 E kQ/r2 r：源电荷到该位置的距离， Q：源电荷的电量 5.匀强电场的场强 E UAB/d UAB:AB 两点间的电压 (V)， d:AB 两点在场强方向的距离(m) 6.电场力： F qE F:电场力 (N)， q:受到电场力的电荷的电量 (C)， E:电场强度 (N/C) 7.电势与电势差： UABUA-UB， UAB WAB/q -EAB/q 8.电场力做功： WAB qUAB Eqd WAB:带电体由 A到 B 时电场力所做的功 (J)， q:带电量 (C)， UAB:电场中 A、 B 两点间的电势差 (V)(电场力做功与路径无关 ),E:匀强电场强度 ,d:两点沿场强方向的距离 (m) 9.电势能： EA qUA EA:带电体在 A点的电势能 (J)， q:电量 (C)， UA:A点的电势 (V) 10.电势能的变化 EAB EB-EA 带电体在电场中从 A 位置到B 位置时电势能的差值 11.电场力做功与电势能变化EAB -WAB -qUAB (电势能的增量等于电场力做功的负值 ) 12.电容 C Q/U(定义式 ,计算式 ) C:电容 (F)， Q:电量 (C)，U:电压 (两极板电势差 )(V) 17 / 69 13.平行板电容器的电容 C S/4kd 常见电容器见第二册 P111 14.带电粒子在电场中的加速 (Vo 0)： W EK 或 qUmVt2/2， Vt (2qU/m)1/2 15.带电粒子沿垂直电场方向以速度 Vo进入匀强电场时的偏转 (不考虑重力作用的情况下 )类平抛运动：垂直电场方向 :匀速直线运动 L Vot；平行电场方向 :初速度为零的匀加速直线运动 d at2/2， a F/m qE/m (在带等量异种电荷的平行极板中： E U/d) 注 : (1)两个完全相同的带电金属小球接触时 ,电量分配规律 :原带异种电荷的 先中和后平分 ,原带同种电荷的总量平分； (2)电场线从正电荷出发终止于负电荷 ,电场线不相交 ,切线方向为场强方向 ,电场线密处场强大 ,顺着电场线电势越来越低 ,电场线与等势线垂直； 常见电场的电场线分布要求熟记见图 第二册 P98； (4)电场强度与电势均由电场本身决定 ,而电场力与电势能18 / 69 还与带电体带的电量多少和电荷正负有关； (5)处于静电平衡导体是个等势体 ,表面是个等势面 ,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面，导体内部合场强为零 ,导体内部没有净电荷 ,净电荷只分布于导体外表面； (6)电容单位换算： 1F 106F 1012PF； (7）电子伏 (eV)是能量的单位 ,1eV 10 -19J； (8)其它相关内容：静电屏蔽见第二册 P101 /示波管、示波器及其应用见第二册 P114等势面见第二册 P105。 十一、恒定电流 1.电流强度： I q/t I:电流强度 (A）， q:在时间 t 内通过导体横载面的电量 (C）， t:时间 (s） 2.欧姆定律： I U/R I:导体电流强度 (A)， U:导体两端电压 (V)， R:导体阻值() 3.电阻、电阻定律： R L/S : 电阻率 (?m) ， L:导体的长度 (m)， S:导体横截面积 (m2) 4.闭合电路欧姆定律：I E/(r+R)或 E Ir+IR也可以是 E U内 +U外 19 / 69 I:电路中的总电流 (A)， E:电源电动势 (V)， R:外电路电阻() ， r:电源内阻 () 5.电功与电功率： W UIt， P UI W:电功 (J)， U:电压 (V)，I:电流 (A)， t:时间 (s)， P:电功率 (W) 6.焦耳定律： QI2Rt Q:电热 (J)， I:通过导体的电流 (A)， R:导体的电阻值() ， t:通电时间 (s) 7.纯电阻电路中 :由于 I U/R,W Q，因此 W Q UIt I2Rt U2t/R 8.电源总动率、电源输出功率、电源效率： P 总 IE， P 出 IU， P出 /P 总 I:电路总电流 (A)， E:电源电动势 (V)，U:路端电压 (V)， ：电源效率 9.电路的串 /并联 串联电路 (P、 U与 R 成正比 ) 并联电路 (P、I 与 R 成反比 ) 电阻关系 (串同并反 ) R 串 R1+R2+R3+ 1/R 并 1/R1+1/R2+1/R3+ 电流关系 I 总 I1 I2I3= I 并 I1+I2+I3+ 电压关系 U 总U1+U2+U3+ U 总 U1 U2 U3= 功率分配 P 总 P1+P2+P3+ P 总 P1+P2+P3+ 10. 欧姆表测电阻 (1)电路组成 (2)测量原理 20 / 69 两表笔短接后 ,调节 Ro 使电表指针满偏，得 IgE/(r+Rg+Ro) 接入被测电阻 Rx后通过电表的电流为 Ix E/(r+Rg+Ro+Rx) E/(R 中 +Rx) 由于 Ix与 Rx对应，因此可指示被测电阻大小 (3)使用方法 :机械调零、选择量程、欧姆调零、测量读数注意挡位 (倍率 )、拨 off挡。 (4)注意 :测量电阻时，要与原电路断开 ,选择量程使指针在中央附近 ,每次换挡要重新短接欧姆调零。 11.伏安法测电阻 电流表内接法：电压表示数 U UR+UA Rx 的测量值 U/I(UA+UR)/IR RA+RxR真 电流表外接法：电流表示数 I IR+IV Rx的测量值 U/I UR/(IR+IV) RVRx/(RV+R)RA 或 Rx(RARV)1/2 选用电路条件 Rx 12.滑动变阻器在电路中的限流接法与分压21 / 69 接法 限流接法 电压调节范围小 ,电路简单 ,功耗小 便于调节电压的选择条件 RpRx 电压调节范围大 ,电路复杂 ,功耗较大 便于调节电压的选择条件 Rp 注 1)单位换算： 1A 103mA 106A ； 1kV103V 106mA； 1M 103k 106 (2) 各种材料的电阻率都随温度的变化而变化 ,金属电阻率随温度升高而增大； (3)串联总电阻大于任何一个分电阻 ,并联总电阻小于任何一个分电阻； (4)当电源有内阻时 ,外电路电阻增大时 ,总电流减小 ,路端电压增大； (5)当外电路电阻等于电源电阻时 ,电源输出功率最大 ,此时的输出功率为 E2/(2r)； (6)其它相关内容：电阻率与温度的关系半导体及其应用超导及其应用见第二册 P127。 十二、磁场 1.磁感应强度是用来表示磁场的强弱和方向的物理量 ,是矢量，单位 T),1T 1N/A?m 2.安培力 F BIL； (注： LB) B: 磁感应强度 (T),F:安培力22 / 69 (F),I:电流强度 (A),L:导线长度 (m) 3.洛仑兹力 fqVB(注 VB); 质谱仪见第二册 P155 f:洛仑兹力 (N)，q:带电粒子电量 (C)， V:带电粒子速度 (m/s) 4.在重力忽略不计 (不考虑重力 )的情况下 ,带电粒子进入磁场的运动情况 (掌握两种 )： 带电粒子沿平行磁场方向进入磁场 :不受洛仑兹力的作用 ,做匀速直线运动 V V0 (2)带电粒子沿垂直磁场方向进入磁场 :做匀速圆周运动 ,规律如下 a)F向 f 洛 mV2/r m2r mr(2/T) 2 qVB； r mV/qB； T 2m/qB ； (b)运动周期与圆周运动的半径和线速度无关 ,洛仑兹力对带电粒子不做功 (任何情况下 )； (c)解题关键 :画轨迹、找圆心、定半径、圆心角。 注： (1)安培力和洛仑兹力的方向均可由左手定则判定，只是洛仑兹力要注意带电粒子的正负； (2)磁感线的特点及其常见磁场的磁感线分布要掌握见图及第二册 P144； (3)其它相关内容：地磁场 /磁电式电表原理见第二册 P150 /回旋加速器见第二册 P156 /磁性材料 十三、电磁感应 1.感应电动势的大小计算公式 1)E n/t 法拉第电磁感应定律， E：感应电动势 (V)， n：感应线圈匝数，23 / 69 /t: 磁通量的变化率 2)E BLV垂 (切割磁感线运动 ) L:有效长度 (m) 3)Em nBS Em:感应电动势峰值 4)E BL2/2 : 角速度 (rad/s)， V:速度 (m/s) 2.磁通量 BS : 磁通量 (Wb),B:匀强磁场的磁感应强度(T),S:正对面积 (m2) 高中物理电磁场和电磁波知识点总结 1.麦克斯韦的电磁场理 论 (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场 . (2)随时间均匀变化的磁场产生稳定电场 .随时间不均匀变化的磁场产生变化的电场 .随时间均匀变化的电场产生稳定磁场，随时间不均匀变化的电场产生变化的磁场 . (3)变化的电场和变化的磁场总是相互关系着，形成一个不24 / 69 可分割的统一体，这就是电磁场 . 2.电磁波 (1)周期性变化的电场和磁场总是互相转化，互相激励，交替产生，由发生区域向周围空间传播，形成电磁波 . (2)电磁波是横波 (3)电磁波可以在真空中传播，电磁波从一种介质进入另一介质，频率不变、波速和波长均发生变化，电磁波传播速度 v等于波长 和频率 f 的乘积，即 v=f ，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速c=10 8 m/s. 下面为大家介绍的是 2016年高考物理知识点总结电磁感应，希望对大家会有所帮助。 1. 电磁感应现象 :利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流 . (1)产生感应电流的条件 :穿过闭合电路的磁通量发生变化，即 0.(2) 产生感应电动势的条件 :无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势 .产生感应电动势的那部分导体相当于电源 . 25 / 69 (2)电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流 . 2.磁通量 (1)定义 :磁感应强度 B与垂直磁场方向的面积 S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义 式 :=BS. 如果面积 S 与 B 不垂直，应以 B 乘以在垂直于 磁场方向上的投影面积 S ，即 =BS ，国际单位 :Wb 求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数 .任何一个面都有正、反两个面 ;磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量为正 .反之，磁通量为负 .所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和 . 3. 楞次定律 (1)楞次定律 :感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 .楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便 . 26 / 69 (2)对楞次定律的理解 谁阻碍谁 感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量 . 阻碍什么 阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身 . 如何阻碍 原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 ;当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即 “ 增反减同 ”. 阻碍的结果 阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少 . (3)楞次定律的另一种表述 :感应电流总是阻碍产生它的那个原因，表现形式有三种 : 阻碍原磁通量的变化 ; 阻碍物体间的相对运动 ; 阻碍原电流的变化 (自感 ). 4.法拉第电磁感应定律 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化27 / 69 率成正比 .表达式 E=n/t 当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算公式为E=BLvsin. 当 B、 L、 v三者两两垂直时，感应电动势 E=BLv.(1)两个公式的选用方法 E=n/t 计算的是在 t 时间内的平均电动势，只有当磁通量的变化率是恒 定不变时，它算出的才是瞬时电动势 .E=BLvsin 中的 v 若为瞬时速度，则算出的就是瞬时电动势 :若 v 为平均速度，算出的就是平均电动势 .(2)公式的变形 当线圈垂直磁场方向放置，线圈的面积 S保持不变，只是磁场的磁感强度均匀变化时，感应电动势 :E=nSB/t . 如果磁感强度不变 ，而线圈面积均匀变化时，感应电动势E=Nbs/t . 5.自感现象 (1)自感现象 :由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 .(2)自感电动势 :在自感现象中产生的感应 电动势叫自感电动势 .自感电动势的大小取决于线圈自感系数和本身电流变化的快慢，自感电动势方向总是阻碍电流的变化 . 28 / 69 6.日光灯工作原理 (1)起动器的作用 :利用动触片和静触片的接通与断开起一个自动开关的作用，起动的关键就在于断开的瞬间 . (2)镇流器的作用 :日光灯点燃时，利用自感现象产生瞬时高压 ;日光灯正常发光时，利用自感现象，对灯管起到降压限流作用 . 7.电磁感应中的电路问题 在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体 或回路就相当于电源，将它们接上电容器，便可使电容器充电 ;将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流 .因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起 .解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是 : (1)用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)画等效电路 . 29 / 69 (3)运用全电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等公式联立求解 . 8.电磁感应现象中的力学问题 (1)通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，电磁感应问题往往和力学问题联系在一起，基本方法是 : 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向 . 求回路中电流强度 . 分析研究导体受力情况 (包含安培力，用左手定则确定其方向 ). 列动力学方程或平衡方程求解 . (2)电磁感应力学问题中，要抓好受力情况，运动情况的动态分析，导体受力运动产生感应电动势 感应电流 通电导体受安培力 合外力变化 加速度变化 速度变化 周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零 ，导体达稳定运动状态，抓住 a=0时，速度 v达最大值的特点 . 9.电磁感应中能量转化问题 导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化，在回路中产30 / 69 生感应电流，机械能或其他形式能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因此，电 磁感应过程总是伴随着能量转化，用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动 (匀速直线运动或匀速转动 )，对应的受力特点是合外力为零，能量转化过程常常是机械能转化为内能，解决这类问题的基本方法是 : (1)用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， 求出回路中电阻消耗电功率表达式 . (3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程 . 10.电磁感应中图像问题 电磁感应现象中 图像问题的分析，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势 (电流 )大小是否恒定 .用楞次定律判断出感应电动势 (或电流 )的方向，从而确定其正负，以及在坐标中的范围 . 31 / 69 另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的意义把图像反映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的抽象规律对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断 . 选修 1-1 电场 B元电荷就是质子 一、基本概念 C物体所带电量只能是元电荷的整数倍 1使物体带电的方法 有哪几种？它们的本质是什么？电荷守恒定律的内容是什么？ D元电荷是目前认为自然界中电荷的最小单位，其值是 1 610 -19C 有三种：接触带电、摩擦起电、感应起电；本质都是电荷的转移 3两个点电荷所带电量均为 Q，从其中一个电荷上取下 q电量，加在另一个电荷上，那么它们之间的相互 作用与原来电荷守恒定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它只能32 / 69 从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部相比 分转移到另一部分，在转移过程中，电荷的总量保持不变 A一定变大 B一定变小 C保持不变 D由于两电荷电性不确定，无法确定 2你能区分点电荷、元电荷两个概念吗？ 4两个完全相同的金属球 A、 B，带等量同种电荷，固定在相距较远的两处此时两球间的库仑力为 F，现用一个不带点电荷是无大小，无形状，且有电荷量的一个理想化模型在实际问题中，当带电体间的距离比它们自身的大电的同样大小的绝缘金属球 C，依次与 A、 B 两球接触后移去， A、 B 间的库 仑力变为 小大得多时，带电体才可以视为点电荷 A F B F 通常把 e=1 610 -19 4 C F D 3F 33 / 69 库的电荷叫做元电荷，是电荷的最小单位，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍电 288 子的电荷量和其质量的比值，叫做电子的比荷 5电场中某点，当放入正电荷时受到的电场力向右，当放入负电荷时受到的电场力向左，则下列说法正确的是 3库仑定律的内容及表达式是什么？你是如何理解的？ A该点的场强方向可能向右、也可能向左 内容：真空中两个点电荷间的相互作用力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作 B该点的场强方向一定向左 用力的方向在它们的连线上 公式： F?KQ1Q2， 其中K=9 0x109r Nm2C 该点的场强方向一定向右 2 C2，叫静电力常量 34 / 69 D当放入正电荷时，该点场强向右，当放入负电荷时，该点的场强向左 库仑定律适用于点电荷，不能以为 r0 时，由 F?kQ1Q2 便可得到 6关于电场强度的定义式 E=F/q，下列说法中正确的是 r 2 F 为无穷大了，事实 A电场强度 E 与电场力 F 成正比，与放入电场中的试探电荷的电量 q成反比 上，当 r0 时，带电体便不能看作点电荷，公式也不再适用了 B电场中某一点的电场强度在数值上等于单位电荷在那一点所受的 力 4你是如何认识电场的？电场的基本性质是什么？ C在式 E=F/q中，电场强度 E是式中 q产生的电场 电场是一种看不见摸不着、客观存在的特殊形态的物质，是电荷间35 / 69 相互作用的中间媒介 D电场强度的方向就是正电荷在电场中的受力方向 电场的最基本性质是对放入其中的电荷有力的作用，这种力叫电场力 7下列说法正确的是 5描述电场力的性质的物理量有哪些？谈谈你对它们的理解 A在一个以点电荷为中心， r为半径的球面上，各处的电场强度都相同 电场强度：放入电场中某点的电荷所受的电场力 F 跟它的电荷量 q 的比值，就是该点的电场强度定义式：E=F/q， B E=kQ/r2 仅适用于点电荷形成的电场 这是比值法定义， E 与 q、 F无关单位为 v/m， 1N/C=1V/m电场强度是矢量，电场强度的方向与正电荷在该点所受的 C电场强度的方向就是放入电场中的电荷受到的电场力的方向 电场力的方向相同点电荷的电场强度公式 E=kQ/r2 D E=F/q不能用来确定点电荷电场的场强大小 6如何形象地描绘电场？你是怎样理解的？ 8在电荷 Q的电场中的 p 点，放一点电荷，其电量为 q设36 / 69 p 点距 Q 为 r， +q 受电场力为 F，则 p 点的电场强度为电场线：在电场中画出的一系列的从正电荷出发到负电荷终止的曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场 A F/Q B F/q C kq/r2 D kQ/r2 强方向一致，此曲线叫电场线 9下列关于电场线的说法中，正确是 静电场电场线的性质： 电场线是为了形象的描述电场而假想的，实际不存在的理想模型 静电场电场线是起源于 A电场线是电场中实际存在的线 正电荷终止于负电荷的有源线，是不闭合曲线；任意两条电场线皆不相交和相切 电 B电场中任意两条电场线不会相交 场线的疏密表示电场的强弱，方向表示电场方向 C顺电场线的方向，电场强度一定越来越大 二、典型例题 D顺电场线的方向，电场强度一定越来越小 1、 两个相同的带电导体小球所带电荷量的比值为 13 ，相距为 r 时相互作用的库仑力的大小为 F，今使两小球接触后再 分开放到相距为 2r处，则此时库仑力的大小为 10某电场区域的电场 线如图 11-12所示， a、 b 是其中一条电场线上的37 / 69 两点，则下列说法 A 1正确的是 12F B 16 F A a点的场强方向一定沿着过 a点的电场线向右 C 1B a点的场强一定大于 b 点的场强 4 F D 13 F C正电荷在 a 点所受到的电场力一定大于它在 b 点受到的电场力 2关于元电荷，下列说法正确的是 D负电荷在 a点所受电场力一定小于它在 b点所受的电场力 图 11-12 A元电荷就是电子 38 / 69 1 ） 选修 1-1 磁场 2 、 一 根 软 铁 棒 被 磁 化 是 因 为 一、基本概念 A软铁棒中产生了分子电流 1 磁场中所涉及到的概念和现象有哪些 ? B软铁棒中分子电流取向杂乱无章 磁场及磁现象的电本质：磁场和电场一样，也是一种物质；磁体与磁体之间、磁体与电流之间、电流与电流之间 C软铁棒中分子电流消失了 的相互作用是通过磁场发生的；磁体周围存在磁场；奥斯特实验表明，通电导线周围和磁体周围一样存在着磁场安培 D软铁棒中分子电流取向变得大致相同 假说认为在原子、分子等物质微粒内部存在着分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为一个微小的磁体 ；安培假说能 3、关于磁通量，下列叙述正确的是 解释软铁棒被磁化，磁体受高温或敲击而失去磁性等现象；39 / 69 分子电流实际上是由原子内部的电子绕核运动形成的；磁铁A穿过某一平面的磁通量可认为等于穿过该面积的磁感线条数 棒的磁场和电流一样，都是由电荷的运动形成的 B穿过某一平面的磁通量可认为 等于穿过该平面单位面积的磁感线条数 磁感线是为了形象的描述磁场而由人们假想的；磁感线上各点的切线方向相同；磁感线的疏密大致能表示各处磁 C磁场中某处的磁感应强度等于穿过该处单位面积的磁通量 场的强弱；磁感线都是闭合曲线；在磁体外部，磁感线都是由 N 出发到达 S极，在磁体内部，磁感线由S 极到 N 极；电 D磁场中某处的磁感应强度等于垂直穿过该处单位面积的磁通量 流周围的磁场方向与电流方向的关系，可由安培定则来确定 穿过某一面积的磁感线条数叫穿过这个面积的磁通量在物理学中规定：在垂直于磁感线方向的 lm2 面积上磁感 4根据磁感应强度的定义式 B= F IL 40 / 69 ，下列说法中 正确的是 ( ) 线的条数跟那里的磁感强度 (单位是 T)的数值相同在匀强磁场中磁通量的计算式为 BSsin 式中， 表示磁场与线 A在磁场中某确定位置， B 与 F 成正比，与 I、 L的乘积成反比 圈平面的夹角磁通量是标最，但有正负之分计算通过某一平面上的磁通量时，如果将从平面 某一侧穿入的磁通量规B一小段能通电直导线在空间某处受磁场力 F=0，那么该处的 B 一定为零 定为正，则从平面相反一侧穿入的磁通量就为负值 C磁场中某处的 B 的方向跟电流在该处受磁场力 F 的方向相同 磁场有强弱之分，是用磁感强度来描述的磁感强度是根据电流在磁场中受磁场力的大小来确定的 具体研究时，D一小段通电直导线放在 B 为零的位置，那么它受到磁场力 F 也一定为零 总是把通电导线放在与该处磁场方向垂直的方向上在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场的作用力 F 跟 5下列关于地磁场的描述中正确的是41 / 69 ( ) 电流 I和导线长度 l的乘积 Il 的比值，叫通电直导线所在处的磁感强度若用 B 表示磁感强度，则 BF/(Il) ，式中的电 A指南针总是指向南北，是因为受到地磁场的作用 流元 IL与磁场方向垂直， B 与 IL的大小、有无均无关；磁感强度 B是矢量，国际单位中， B的单位是 T B观察发现地磁场的南北极和地理上的南北极并不重合 磁感强度的定义与电场强度定义不同电场强度 E的大小与方向用正点电荷在电场中所受电场力的大小与方向来描 C赤道上空的磁感线由北指南 述，而磁感强度 B 虽用垂直于磁场方向的电流元所受磁场力来描述，即 B F/(Il) ，但单位与力的单位 “N” 无直接联系， D地球南、北极的磁感线和海平面平行 方向也与力的方向无关，仍根据小磁针 N 极在磁场中静止时的指向来确定其单位的物理意义应是穿过垂直于磁场方向6磁感应强度 B 在国际单位制中的单位是特斯拉，关于 1T下列单位中与磁感应强度单位一致的是 ( 单位面积的磁感线条数 (特斯拉 ) A 42 / 69 N例 试比较电场强度的定义 E=F/q和磁感应强度的定义B=F/IL 有什么相似之处 A?m B N C?s 解析电场强度和磁感应强度都是按照比值法来定 义的，它们都体现了比值与试探电荷 C N无关的本质，比值的大小和方向完全有电场或磁场本身决定 C?m D V?sm2 2磁场对电流的作用力的特点： 7关于磁现象的电本质，下列说法中错误的是 ( ) 安培力大小的计算：通电导线垂直于磁场方向时， F=ILB ；通电导线与磁场方向平行时， F=0；上述计算安培力的 A磁体随温度升高磁性增强 公式一般仅适用于匀强磁场 B安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质 安培力方向的判断：通电导 线所受的安培力 F 的方向、磁场 B 的方向及电流 I 的方向之间的关系可以用左手定则 C所有磁现象的43 / 69 本质都可归结为电荷的运动 来判断；安培力 F 的方向既与磁场 B 的方向垂直，又与电流I 的方向垂直，即 F 总是垂直于 B 和 I 所在平面；判断较长D一根软铁不显磁性，是因为分子电流取向杂乱无章 的通电导线在非 匀强磁场中所受的安培力方向时，要注意导线各部分所处的磁场 B的方向的变化情况 二、典型例题 1、如图 15-1所示的电路中，当开关 S断开时，螺线管中的小磁针的 N 极指向如图所 示，当开关 S 闭合后，试确定小磁针的 N 极指向 图 15-1 2 ) 选修 1-1 磁场对运动电荷的作用力 一、基本概念 44 / 69 1你对洛仑兹力是如何认识的？ 电流是电荷定向运动的结果，这就决定了磁场对电流的作用其实质就是磁场对运动电荷作用的宏观表现 洛仑兹力大小的计算：当带电粒子的运动方向相互平行时， f = 0 ；当带电粒子沿垂直于磁场方向在磁场中运动时， f = qvB ，公式中的 f 、 q 、 v 、 B在国际单位中的单位分别为 N、 C、m/s 、 T ；静止电荷在磁场中受到的磁场对电荷的作用力为零 洛仑兹力的方向：运动电荷在磁场中的受力方向可用左手定则来判断；洛仑兹力的方向既垂直于磁场 B 的方向，即 f总是垂直于 B 和 v 所在的平面；使用左手定则判 断洛仑兹力方向时，若粒子带正电时，四指方向与正电荷的运动方向相同若粒子带负电时，四指方向与负电荷的运动方向相反 带电粒子在匀强磁场中的运动：如果带电粒子的运动方向与磁场方向平行，则粒子不受磁场的作用力，仍作匀速直线运动；如果带电粒子的运动方向与磁场方向垂直，则粒子将作匀速圆周运动，其圆周半径 R = mv/Bq ，其运动周期为 T = 2m/Bq ；由于洛仑兹力始终和速度方向相互垂直，所以45 / 69 洛 仑兹力对运动的带电粒子总不做功 2电场力和洛仑兹力的区别？ 在电场中的电荷，不管其运动与否，均始终受到电场力作用；而磁场仅仅对运动着的，且速度与磁场方向不平行的电荷有洛仑兹力的作用 电场力的大小 F = q E ，与电荷运动的速度无关；而洛仑兹力的大小 f = q v B ，与运动电荷的速度有关 电场力的方向与电场的方向或相同或相反；而洛仑兹力的方向始终既和磁场方向垂直又和速度方向垂直 电场力既可以改变运动电荷的速度方向，也可以改变电荷运动速度的大小；而洛仑兹力只能改变电荷运动速度的方向，不能改变其速度的大小 电场力可以对电荷作功，能改变电荷的 动能；洛仑兹力不能对电荷作功，不能改变电荷的动能 在电场力作用下，运动电荷的电偏转的轨迹为抛物线，在洛仑兹力作用下，垂直于磁场方向的运动电荷的磁偏转的轨迹为圆弧，其圆半径 r = 46 / 69 A f、 B、 v三者必定均相互垂直 B f必定垂直于 B、 v，但 B不一定垂直 v C B必定垂直于f，但 f 不一定垂直于 v D v 必定垂直于 f，但 f 不一定垂直于 B 3有关电荷受电场力和洛仑兹力的说法中，正确的是 ( ) A电荷在磁场中一定受磁场力的作用 B电荷在电场中一定受电场力的作用 C电荷受电场力的方向与该处电场方向垂直 D电荷若受磁场力，则受力方向与该处磁场方向垂直 4如图 16-13 所示，一带负电的滑块从粗糙斜面的顶端滑至底端时的速率为 v，若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证滑块能滑至底端，则它滑至底端时的速率 ( ) A变大 B变小 C不变 D条件不足，无法判断 选修 1-1 电磁感应 一、基本概念 47 / 69 1奥斯物实验说明电流周围存在磁场，即电能生磁，那么，怎样才能使磁生电呢 ? 答 : 不论用什么方法，只要穿过电路磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势，这样就能利用磁产生出电 2磁通量是怎样的一个物理量呢 ? 答 :设磁感应强度为 B 的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为 S， B 与 S 的乘积就叫做穿过这个面积的磁通量 ，即 =BS 磁通量的物理意义是指穿过某一面积的磁感 线的数目 做下面这个选择题，检验一下自己的认识 例关于磁通量的概念，下面的说法正确的是 A磁场中某处的磁感强度越大，面积越大，则穿线圈的磁通量强度一定 越大； B放在磁场中某处的一个平面，穿过它的磁通量为零，则该处的磁感强度一定为零； C磁通量的变化不一定是由于48 / 69 磁场的变化而产生的； D磁场中某处的磁感强度不变，放在该处线圈的面积也不变，则磁通量一定不变。 解析 与 B、 S 以及它们之间的夹角有关。当平面与磁场方向平行时，无论 B 或 S多么大， 总是等于零故本题正确答案为 C 感悟一个线圈的面积为 S，共有 N 匝，它的平面与磁感应强度为 B的匀强磁场垂直，它的磁通量是 BS，而不是