1999年高考物理总复习指导与训练——“电磁感应，交流电，电磁振荡和电磁波”复习，本文主要内容关键词为：电磁振荡论文,交流电论文,电磁感应论文,电磁波论文,总复习论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、产生电磁感应现象的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。
[例题1] （91年全国）恒定的匀强磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向。当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，线圈中能产生感生电流？
(A)线圈沿自身所在的平面做匀速运动
(B)线圈沿自身所在的平面做加速运动
(C)线圈绕任意一条直径做匀速转动
(D)线圈绕任意一条直径做变速转动
[答]C,D
本题只要求能够识别在哪种情况下穿过闭合线圈的磁通量发生了变化，就可以确定线圈中能否产生感生电流。
二、对楞次定律的复习，关键在于理解“感应电流的磁场总是阻碍原有磁场的磁通量的变化”，这可以分为如下几种情况：
1.阻碍原磁通的变化：如原有磁场在增强，感应电流磁场与原磁场反向：如原来磁场在减弱，感应电流磁场与原磁场同向。
[例题2] 如图1，绝缘直导线通以电流Ⅰ，在它左侧有一矩形导体框abcd沿纸面向右运动到直导线的右侧。在此过程中，导体框中的感应电流方向变化情况是＿＿＿＿。
[答]先adcba，后adcda，再adcba。
当导体框abcd从直导线左面向右移动时，穿过导体框abcd的磁通量一直增加；当cd边刚越过直导线后，穿过导体框abcd的磁通量改为减少，直到ab边离开直导线时位置；导线框abcd再右移，穿过导体框abcd的磁通量变成反向增加。
[例题3] 如图2所示，在一固定圆柱形磁铁N极附近置一平面线圈abcd，磁铁轴线与线圈中心线xx'轴重合。下列说法正确的是
A.当线圈刚沿xx'轴向右平移时，线圈中有感应电流，方向为abcda
B.当线圈刚绕xx'轴转动时（ad向外，bc向里），线圈中有感应电流，方向为abcda
C.当线圈刚沿垂直纸面方向向外平移时，线圈中有感应电流，方向为adcba
D.当线圈刚绕yy'轴转动时（ab向里，cd向外），线圈中有感应电流，方向为abcda
[答]C,D
[例题4]如图3所示，竖直放置在桌面上的条形磁铁N极旁边放一个绝缘闭合导体框abcd，现将导体框abcd沿磁铁侧面向上滑动到S极旁边。则
A.线圈中感应电流方向是abcd
B.线圈中感应电流方向是dcba
C.线圈中感应电流方向是先abcd，再dcba
D.线圈中感应电流方向是先dcba，再abcd
[答]D
[分析] 条形磁铁磁场分布如图4所示，从图可知，穿过导体框的磁通量先增加后减少，所以线圈中感应电流方向是先dcba，再abcd。
由以上例题可见：用楞次定律分析问题时，必须掌握各种磁体的磁场的空间分布规律；同时，要熟练运用楞次定律判断感应电流方向的方法。
2.导体产生的感应电流受到磁场力的方向，反映出阻碍磁通量变化的特点。
[例题5] 如图5所示，A是一个具有弹性的线圈，套在光滑的水平杆上，当磁铁的某一磁极从右面向左接近线圈时，
A.当N极接近时，线圈被向左推斥，同时扩大面积，
B.当N极接近时，线圈被向右吸引，同时缩小面积
C.无论N极还是S极接近时线圈都被向左推斥，同时缩小面积
D.无论N极还是S极接近时线圈都被向右吸引，同时扩大面积
[答]C
线圈被向左推斥和缩小面积，都可以理解为阻碍磁通量增加造成的结果。这样，在解决类似问题时，用这个思路，可不用一步步从判断原磁场方向、原磁通增减、感应电流方向、感应电流受到的磁场力方向进行了。
三、法拉第电磁感应定律
1.高考中的计算题大多是有关导体切割磁场线产生的感应电动势公式e=BLv并结合闭合电路欧姆定律的问题。
[例题6] 如图6所示，在水平面上固定两条相互平行的光滑金属导轨，导轨间距为L，导轨左端连有一电阻，阻值为R，垂直导轨放置的金属杆ab与导轨接触良好，匀强磁场方向垂直金属杆ab，并与导轨平面成θ角，磁感强度为B。不计金属杆ab与导轨电阻，并设导轨足够长。求：当用水平恒力F向右拉动ab杆时，ab杆最终可达到的速度v[,m]多大？
[答]
本题考查了有关磁场的两个三维关系：感应电流i（电动势e）的方向垂直于B、v组成的平面，公式e=Blv的适用条件是B、v必须互相垂直，因而要取B的竖直分量计算；由于B的方向已和电流i方向垂直，则可直接将B、i值代入公式F[,A]=Bil计算，但根据左手定则，磁场力F[,A]的方向垂直ab杆向左下方，是其水平分量和水平恒力F平衡时ab杆达到最终速度v[,m]。
[例题7] 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd，各边长为1，其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜线，磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里。现有一段与ab的材料、粗细、长度都相同的电阻丝PQ架在导线框上（如图7所示），以恒定速度v从ad滑向bc。当PQ滑过1/3的距离时，通过aP段电阻丝的电流强度是多大？方向如何？
[答案]6Blv/11R，由P流向a
除了考查感应电动势计算和右手定则外，本题还考查了对闭合电路的认识：电阻丝PQ切割磁场线产生感应电动势，是电源，其电阻是内电阻，aP与Pb并联组成外电路。
2.用法拉第电磁感应定律公式
计算感应电动势的平均值。
[例题8] 一个边长为L、电阻为R的正方形闭合线框，放在磁感强度为B的匀强磁场中，线框平面跟磁场方向垂直，如图8所示。若在时间t内把这个导线框变成圆形，请在图中标出导线框中的感应电流的方向，并求出通过导线横截面的电量。
；通过导线横截面的电量：q=It=e/R=B△S/R。用楞次定律判断感应电流方向时，也需要几何知识的帮助：边长相等的几何图形以圆的面积最大。
3.电磁感应的图象也是高考的一大重点。
[例题9] 面积为50cm[2]的圆形闭合线圈共100匝，总电阻为15.0Ω，放在匀强磁场中。磁场方向垂直于线圈平面，磁感应强度B随时间t变化图象，如图9-1所示，在t=0时刻磁场方向垂直纸面向外。
(1)在图9-2中画出线圈中感应电流i随时间t变化的图象（电流以逆时针方向为正方向，写出图中各个数据来源）。
(2)求在1min内线圈发出的热量。
[答案](1)见图9-3；(2)4.5×10[4]J
在本题中，线圈面积S不变，感应电动势
。现解△Φ/△t、△B/△t是有关图线的斜率，对建立电磁感应过程的物理图景是非常重要的。
[例题10]如图10所示，abcd为一边长为l、具有质量的刚性导线框，位于水平面内，bc边中串接有电阻R，导线的电阻不计。虚线表示-匀强磁场区域的边界，它与线框的ab边平行，磁场区域的宽度为2l，磁感强度为B，方向竖直向下。线框在垂直于ab边的水平拉力作用下，沿光滑水平面运动，直到通过磁场区域。已知ab边刚进入磁场时，线框便变为匀速运动，此时通过电阻R的电流的大小为i[,0]，试在图11的i-x坐标上定性画出：从导线框刚进入磁场到完全离开磁场的过程中，流过电阻R的电流的大小随ab边的位置坐标的曲线。
本题要求有较强的分析综合能力，能够运用力学、电学知识对导线框进入磁场时、进入磁场后、离开磁场时的受力状况、加速度状况、速度变化状况，以及感应电动势、磁场力、感应电流相应的变化做出分析，并且会用图象表达出来。
四、自感现象
[例题11] 如图13所示的电路中，A[,1]和A[,2]是完全相同的灯泡，线圈L的电阻可以忽略。下列说法正确的是
A.合上开关K接通电路时，A[,2]先亮，A[,1]后亮，最后一样亮
B.合上开关K接通电路时，A[,1]和A[,2]始终一样亮
C.断开开关K切断电路时，A[,2]立刻熄灭，A[,1]过一会儿才熄灭
D.断开开关K切断电路时，A[,1]和A[,2]都要过一会儿才熄灭
[答]A,D
本题综合了高中物理课本的两个演示实验所显示的现象，理解其中反映的物理过程；自感电动势如何阻碍通过线圈自己的电流的变化，是复习应达到的要求。
五、交流电
1.矩形线圈绕垂直场强方向的转动轴匀速转动，产生正弦交流电。
[例题12] 一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以其一条边为转轴作匀速转动，磁场方向与转轴垂直，线圈中感应电动势e与时间t的关系如图14所示。感应电动势最大值和周期可由图读出。则磁感应强度B=＿＿＿。在t=T/12时刻，线圈平面与磁感强度的夹角等于＿＿＿。
[答案](e[,m]T)/（2πS），30°（或150°）
第一空：应知感应电动势最大值e[,m]=BSω，角速度ω=（2π）/T；第二空：从图象可知，在t=0时刻，感应电动势取得最大值，线圈平面与磁场方向平行；那么，在t=T/12时刻，线圈转过360°的1/12，即±30°
2.交流电有效值的物理意义，正弦交流电的有效值和最大值的关系，交流电表的读数是有效值。
3.变压器的工作原理：变压比，根据能量守恒确定输入输出电流关系。
[例题13] 在理想变压器初级线圈上加恒定的交流电压，次级线圈有一中心抽头，如图15所示。当单刀双掷开关S接a时，电流表A[,1]、A[,2]的读数分别为0.1A和1A。则当开关接b时，电流表A[,1]的读数为＿＿＿A，A[,2]的读数为＿＿＿A。
[答案]0.025A,0.5A
由电流表A[,1]、A[,2]的读数比可知：当开关接a时，初级线圈和次级线圈匝数比为10:1，而当开关S接b时，初级线圈和次级线圈匝数比改为10:0.5，因而次级线圈的输出电压U[,2]变为原来的1/2。因为负载电阻不变，则输出电流I[,2]也变为原来的1/2，因为I[,1]U[,1]=I[,2]U[,2]，输入电压U[,1]不变，输出电压U[,2]和电流I[,2]都变为原来的1/2，则输入电流I[,1]变为原来的1/4。
六、电磁振荡和电磁波
1.掌握LC振荡电路在振荡过程中电容器所带电量、板间电压，电路中的电流、自感线圈的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势的变化规律，理解电路中的电场能和磁场能的相互转化过程，看懂相应的图象并用图象解决问题。
2.LC振荡电路的周期公式，电磁波波速公式。
[例题14] 在图16-1所示电路中，L是直流电阻为零的自感线圈，C为电容器，电键S闭合时灯泡正常发光。如果在断开电键S时开始计时，则在图16-2中能正确反映电容器a板所带电荷q与时间t的变化关系的图象是：
[答案]B
接通开关S后，待电流稳定时，自感线圈L中磁通量不变，感应电动势为零，因为线圈没有电阻，所以电容器两板等势，所带电荷为零。断开开关S后，为阻碍磁场消失，自感线圈L产生与原电流方向相同的自感电流，对电容器C充电，使b板带正电，a板带负电，电磁振荡过程开始进行。
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