磁场、电磁感应、交流电复习...ppt

1、磁场、电磁感应、交变电流复习指导,磁场高考要求,1.电流的磁场,2.磁感线、地磁场,3.磁性材料、分子电流假说,4.磁感应强度、磁场对通电直导线的作用，安培力，左手定则,5.磁电式电表原理,6.磁场对运动电荷的作用，洛仑兹力,7.质谱仪、回旋加速器,说明：1、安培力的计算限于直导线与B平行或垂直的两种情况2、能够运动所学知识，综合分析带电粒子在匀强磁场中的运动，涉及洛仑兹力的计算限于与B平行或垂直的两种情况,1820年丹麦物理学家奥斯特做过下面的实验：把一条导线平行地放在磁铁的上方，给导线通电，磁针就发生偏转。这说明不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。,物质的磁性与分子电流的关系,物质的磁性

2、与分子电流的关系,磁现象的电本质,在没有磁性的物体内部，大量微粒的分子电流产生的磁场方向是杂乱无章的，彼此互相抵消，使物体在宏观上不显示磁性。而在磁铁内部，大量微粒的分子电流产生的磁场方向有一定的取向，使物体宏观上就显示出磁性。,（1）条形磁铁,几个典型磁场的磁感线分布,（2）蹄形磁铁,（3）直线电流,用右手握住导线，让伸直的拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。,（3）直线电流,立体图,俯视图,（4）环形电流,让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。,（4）环形电流,侧视图,B,安培定则：用右手握住螺线

3、管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向。也就是说，大拇指指向通电螺线管的北极。,（5）通电螺线管,（6）地磁场,左手定则,伸开左手，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，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，并使伸开的四指指向电流的方向，那么，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。,安培力,判断安培力的方向,三、安培力1,F垂直平面向内,F垂直平面向外,F垂直平面向外,安培力的方向与电流方向垂直，也与磁场方向垂直，即垂直于电流方向与磁场方向确定的平面；但电流方向与磁场方向不一定垂直。,两根平行的输电线请根据其上电流

4、方向画出它们之间的相互作用力。,2平行导线,金属框架光滑,宽度L=20cm,与水平面夹角=30导体棒ab质量m=10g,电源电动势E=12V,内阻r=1,电阻R=11.若使ab静止,求下列几种情况匀强磁场的B的大小(1)B竖直向上.(2)B水平向左.(3)若使B最小,求B的大小和方向.(4)若磁场方向垂直斜面向上,ab棒与导轨之间的摩擦因数=0.2,为使ab棒保持静止,求B的取值范围.,b,b,FN,把立体图转化为适当的平面图,磁电式电流表的构造,在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁芯，铁芯外面套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针。线圈

5、的两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流经过这两个弹簧流入线圈。,磁电式电流表,磁电式电流表的工作原理,蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，这样不管通电导线处于什么角度，它的平面均与磁感线平行，从而保证受到的磁力矩不随转动角度的变化而变化，始终有M=nBIS（n为线圈的匝数）。当线圈转到某一角度时，磁力矩与弹簧产生的阻力矩M相等时，线圈就停止转动，此时指针（指针随线圈一起转动）就停在某处，指向一确定的读数。,磁电式电流表,磁电式电流表,一个阴极射线管的两个电极之间加上电压后，会有电子束从阴极K射向阳极A，并在荧光屏上看到一条亮线。当把一个蹄形磁铁放到阴极射线管的近旁时，会看到电子束发生偏

6、转，这表明运动的电子受到了磁场的作用力。,（磁场对运动电荷的作用）,vB,无限大磁场区域,fv,洛仑兹力一定不做功.Wf=0,有界磁场,圆心,轨迹,角度,类型一：半有界磁场,类型二：条形磁场,类型三：圆形磁场,1,1、虚线所围区域内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一束电子流沿圆形磁场的直径方向以速度v射入磁场，电子束经过磁场区后，其运动方向与原方向成角。设电子质量为m，电荷量为e，求磁场区域圆半径r为多少？,O,分析1,3,2、如图所示，矩形匀强磁场区域的长为L，宽为L/2。磁感应强度为B，质量为m，电荷量为e的电子沿着矩形磁场的上方边界射入磁场，欲使该电子由下方边界穿出磁场，求

7、：,（1）电子速率v的取值范围？（2）电子在磁场中运动时间t的变化范围？,L,L/2,v,O,3、三个质子1、2和3分别以大小相等、方向如图所示的初速率v1、v2和v3，经过平板MN上的小孔O射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，整个装置放在真空中，且不计重力，这三个质子打到平板MN上的位置到小孔O的距离分别是s1、s2和s3，则位移之间的大小关系如何？,2,M,N,v3,O,分析2,4、（11北京）利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。,如图所示的矩形区域ACDG（AC边足够长）中存在着垂直于纸面的匀强磁场，A处有一狭缝。离子源产生的离子，

8、经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到GA边，被相应的收集器收集。整个装置内部为真空。,已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和m2（m1m2）。电荷量均为q，加速电场的电势差为U，离子进入电场时的初速度可以忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。,（1）求质量为m1的离子进入磁场时的速率1；,（2）当磁感应强度的大小为B时，求两种离子在GA边落点的间距s；,3,已知被加速的两种正离子的质量分别是m1和m2（m1m2）。电荷量均为q，加速电场的电势差为U，离子进入电场时的初速度可以忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。,（3）在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的

9、影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在GA边上的落点区域,交叠，导致两种离子无法完全分离。,设磁感应强度大小可调，GA边长为定值L，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在A处。离子可以使狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落在GA边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。,分析,B,G,D,C,A,两种离子能落在GA边上,2R1m=Ld,而,故,5、（05全国）如图所示，在一水平放置的平板MN的上方有一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里，许多质量为m、带电量为+q的粒子，以相同的速率沿位于纸面内的各个方向由小孔O射入磁场区域，不计

10、重力，不计粒子间的相互影响，下列（乙）图中阴影部分带电粒子可能经过的区域，其中。哪个图是正确的？,O,A,M,N,O,C,6、（00全国）如图所示，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d，外筒的外半径为r0，在圆筒之外的足够大区域中平行于轴线方向的均匀磁场，磁感应强度的大小为B，在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外,的电场，一质量为m，带电量为+q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速为零。如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两电极之间的电压U应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）,2,接地,O,a,b,

11、c,d,+q,S,分析2,7、正负电子对撞机的最后部分的简化图如图（甲）所示（俯视图），位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正负电子做圆运动的“容器”，经过加速器加速后的正负电子被分别引入该管道时，具有相同的速率v，它们沿管道向相反的方向运动。在管道内控制它们转变的是一系列圆形电磁铁，即图中的A1、A2、A3An，共n个，均匀分布在整个圆环上（图中只示意性地用细实线画出了几个，其余的用细虚线表示），每个电磁铁内的磁场都是匀强磁场，并且磁感应强度都相同，方向竖直向下，磁场区域的直径为d，改变电磁铁内的电流的大小，就可改变磁场的磁感应强度，从而改变电子偏转角度。经过精确的调整，首先实现电子在

12、环形管道中沿图中粗虚线所示的轨迹运动，这时电子经过每个电磁铁时射入点和射出点都在电磁铁的同一条直径的两端，如图（乙）所示，这就为进一步实现正、负电子的对撞做好了准备。,（五）综合1（难题解析225）,（1）试确定正、负电子在管道内各是什么方向旋转的；（2）已知正、负电子的质量都是m，所带电荷都是元电荷e，重力可不计，求电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B的大小。,8、如图所示，M、N为两块带等量异种电荷的平行金属板，S1、S2为板上正对的小孔，N板右侧有两个宽度均为d的匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于纸面向外和向里，磁场区域右侧有一个荧光屏，取屏上与S1、S2共线的O点为原点，向上

13、为正方向建立x轴。M板左侧电子枪发射出的热电子经小孔S1进入两板间，电子的质量为m，电荷量为e，初速度可以忽略。,当两板间电势差为U0时，求从小孔S2射出的电子的速度v0。求两金属板间电势差U在什么范围内，电子不能穿过磁场区域而打到荧光屏上。若电子能够穿过磁场区域而打到荧光屏上，试在答题卡的图上定性地画出电子运动的轨迹。求电子打到荧光屏上的位置坐标x和金属板间电势差U的函数关系。,O,O,求电子打到荧光屏上的位置坐标x和金属板间电势差U的函数关系。,P1,P2,P3,O,x,y,9、（04全国）如图所示，在y0的空间中存在匀强电场，场强沿y轴负方向；在y0的空间中，存在匀强磁场，磁场方向垂直x

14、y平面向外。一电量为q、质量为m的带正电的运动粒子，经过y轴上y=h处的点P1时速率为v0，方向沿x轴正方向；然后，经过x轴上x=2h处的P2点进入磁场，并经过y轴上y=2h处的P3点。不计重力。求：,（1）电场强度的大小；（2）粒子到达P2时速度的大小和方向；（3）粒子做圆周运动的圆心坐标及磁感应强度的大小。,4（优化161）,（六）复合场,带电粒子在复合场中的运动,速度选择器,正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。这个速度的大小可以由洛伦兹力和电场,力的平衡得出：qvB=Eq，,（1）带

15、电质点（无轨道约束）做匀速直线运动,电场力、洛伦兹力和重力合力为零,三个力均在竖直平面内,1、（1996全国）设在地面上方的真空室内，存在匀强电场和匀强磁场。已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的，电场强度的大小E=4.0V/m。磁感应强度的大小B=0.15T，今有,一个带负电的质点以v=20m/s的速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电量与质量之比q/m以及磁场的所有可能方向。（角度可用反三角函数表示）,B,（2）带电质点（无轨道约束）做匀速圆周运动,电场力和重力相平衡，洛伦兹力提供做向心力。,2、如图所示，在匀强电场和匀强磁场共存在区域里，电场方向竖直向下，磁场方向垂

16、直纸面向里，有一电荷量为q1的微粒沿半径为r1的圆周在竖直平面内做匀速圆周运动，与另一静止在该圆周上电荷量q2的微粒相碰后，合在一起沿半径为r2的圆周在竖直平面内做匀速圆周运动，求r1:r2=?,-q2,q1,B,E,洛伦兹力的应用,回旋加速器,动画,回旋加速器,A0,A1,以正离子为例,0,电场又变回原来,交变电场的周期与粒子的周期一致，保证每次经过电场时被加速,质谱仪,1、测定粒子荷质比的仪器，叫做质谱仪。,2、工作原理：,带电粒子在S1、S2之间的电场加速后，进入速度选择器（即P1、P2之间的区域），保证进入磁场B2的离子都具有相同的速度。最后通过S3进入匀强磁场区域，在洛伦兹力的作用下

17、运动半周后打到底片上。,3、荷质比,S1,P1,S2,P2,S3,照相底片,E1B1,B2,基本原理,将高温等离子体以高速(约1000m/s)送入发电通道,发电通道处于左右两个磁极所产生的磁场之中,在通道内上下放入两块金属板极A、B作为电极.气体中自由电子和正离子在洛伦兹力作用下分别运动到A、B极板上产生电势差这就是磁流体发电机的工作原理,磁流体发电机,电磁感应高考要求,1.电磁感应现象、磁通量、法拉第电磁感应定律、楞次定律,2.导体切割磁感线时的感应电动势、右手定则,3.反电动势,4.自感电动势、日光灯、涡流,1、导体切割磁感线时感应电动势的计算，只限于l垂直于B与的情况2、在电磁感应现象里

18、不要求判断内电路中各点电势的高低3、根据“能量的转化和守恒定律”，会处理不同形式能量之间的转化问题,电磁感应,1、产生感应电流的条件：不论什么方法（闭合电路的一部分导体切割磁感线，还是闭合电路中的磁场发生变化），只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。这种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）楞次定律,2、感应电流的方向,感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。,对楞次定律的理解,感应电流总是反抗引起感应电流的原因.1.阻碍原磁通量的变化(线圈面积Sn或磁感应强度B发生变化).2.阻碍物体间的相对运动(因相对运

19、动而引起的感应电流).3.阻碍原电流的变化(自感现象).4.从能量观点来看:其它形式的能转化为电能.,右手定则：伸出右手，使拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体运动方向，那么，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。,（2）导体切割磁感线,2、感应电流的方向,1、如图所示，一水平放置的矩形线圈abcd，在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，从图中位置经过位置到位置，位置和都很靠近。在这个过程中，线圈中感应电流（）,12,A,A、沿abcd流动B、沿dcda流动C、由到是沿abcd流动，由到是沿dcba流动D、由到是沿dcba流动

20、，由到是沿abcd流动,2、在匀强磁场中放一平行金属导轨，导轨跟大线圈M相接。导轨上放一根导线ab，磁感线垂直于导轨所在平面，假定除ab导线外其余部分电阻不计，欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向感应电流，导线ab需（）,41,A、匀速向右运动B、加速向右运动C、减速向右运动D、加速向左运动,CD,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率成正比。,E=Blv,导体切割磁感线,r,(1)B、L、v三者互相垂直,电源的内电路和外电路.,（2）导线运动方向与导线本身垂直，但与磁场方向成角,v/,v,E=Blv=Blvsin,（3）L与v不垂直，而vB，则应选取导

21、线的有效切割长度。,导体切割磁感线产生的感应电动势,例1：如图所示有一均匀磁场，B=210-3T，在垂直磁场的平面内，有一金属棒AO绕平行于磁场的O轴逆时针匀速转动。已知棒长L=0.1m，转速n=50r/s，求：（1）O、A哪一点的电势高？（2）棒产生的感应电动势为多大？,（4）导体转动切割磁感线,=t,电磁感应综合问题,1.与闭合电路的欧姆定律、安培力的综合2.与牛顿运动定律的综合3.与功能关系和能量守恒定律的综合,导体切割磁感线,1、一个边长为L，匝数为N的正方形线圈的总电阻为R，以恒定的速率v通过磁感应强度为B的匀强磁场区域，线圈平面与磁场方向垂直，磁场宽度为b，如图所示，整个线圈通过磁

22、场。在下列两种情况下:（1）Lb问线圈中产生的热量各是多少？,2（进修155）,1、（1）Lb问线圈中产生的热量各是多少？,2（分析一）,1、（2）Lb问线圈中产生的热量各是多少？,2（分析二）,L,b,v,8（07版五三243415）,（1）ab边刚进入磁场时ab边的电势差Uab;（2）cd边刚进入磁场时的速度；（3）线框进入磁场的过程中，ab边的发热量。,2、如图所示，质量为m、边长为L的正方形导体框，从有界的匀强磁场上方由静止自由下落。线框每边电阻为R。匀强磁场的宽度为H（LH）。磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向内。已知ab边刚进入磁场和刚穿出磁场时线框都做减速运动，加速度大小都是。

23、求：,自感,先闭合开关S,调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同。再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光，然后断开开关S，重新接通电路时可以看到，跟变阻器R串联的灯泡A2立刻正常发光，而跟有铁芯的线圈L串联的灯泡A1却是逐渐亮起来的。,把灯泡A和带铁芯的线圈L并联在直流电路中。接通电路，灯泡A正常发光；断开电路，这时可以看到，灯泡A没有立即熄灭，相反，它会很亮地闪一下。,自感,1、（11北京）某同学为了验证断电自感现象，自己找来带贴心的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们链接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著

24、的延时熄灭现象。虽多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是（）,C,A、电源的内阻较大B、小灯泡电阻偏大C、线圈电阻偏大D、线圈的自感系数较大,涡流,金属块中产生的涡流,闭合回路中的磁通量发生变化时有电磁感应现象产生，整块的金属放在变化的磁场中时，也会有电磁感应现象。这时，在金属块内部有自成闭合回路的感应电流，很像水的漩涡，人们把它叫做涡流。,感应加热,把待冶炼的金属放在陶瓷坩埚中，坩埚外面绕着线圈，当给线圈通入高频交变电流时，坩埚内的金属在变化的磁场中感应出很强的涡流，产生的热量足以使它自己熔化。这种冶炼方法速度快，效率高，

25、容易控制，还可以在真空的条件下进行，避免金属的氧化，保证纯度，因此，特别适用于冶炼特种合金。,涡流的应用,2、涡流的防止,金属块中产生的涡流,硅钢片叠成的铁心中涡流减小,交变电流高考要求,1.交流发电机及其产生正弦式电流的原理；正弦式电流的图像和三角函数表达，最大值与有效值，周期与频率,2.电阻、电感和电容对交变电流的作用,3.变压器的原理，原、副线圈电压、电流的关系,4.电能的输送,说明：对变压器只要求讨论单相理想情况,矩形线圈abcd在匀强磁场中匀速转动，与线圈两端滑环K、L连接的电流表指针就会有规律的左右摆动一次。这说明矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，线圈里产生大小和方向随时间做周期性变

26、化的电流。我们把大小和方向随时间做周期性变化的电流叫交变电流。,交变电流的产生及其变化规律,S/B,5（分析一）,SB,5（分析二）,E=0,设匀强磁场磁感应强度为B，线圈切割磁感线的两个边ab和cd边长为L1，ad和bc边长为L2，线圈匝数为n，线圈从线圈平面和磁场方向垂直的平面（这个面叫做中性面）开始以角速度沿逆时针方向匀速转动，经过时间t线圈平面和中性面夹角为t，如图所示。,表征交流电的物理量,最大值有效值平均值,交流电的有效值是根据电流的热效应规定的。即在相同时间内，跟某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值，叫做该交流电的有效值。,【现象】把一个电感线圈和一个小灯泡串联起来，

27、通过双刀双掷开关让它们可以和直流电源相接，也可以和电压相同的交流电源相接，如图所示。比较在这两种连接中灯泡的亮度，可以看到，与交流电源连接时灯泡暗些，即通过它的电流弱些。,【分析】电感线圈对交流电有阻碍作用，电感线圈对交流电的阻碍作用来源于它的自感。,电感、电容对交变电流的影响,【分析】电容器内部有不导电的电介质，电流是不能通过的。但是，在交变电流的作用下，电容器的两个极板被交替地充电和放电，就一个极板来看，充电时电流流向极板，放电时电流从极板流出，所以电路中就有方向交替变化的电流通过，就好像电流“通过”电容器似的。,【现象】把一个电容器和一个小灯泡串联起来通过双刀双掷开关依次和直流电源及交流电源相接。当它们和直流电源相接时，灯泡不亮，说明电路中没有电流；当它们和交流电源相接时，灯泡亮了，说明电路中有电流。,电感是