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第十五讲 安培力 洛伦兹力 电磁感应
1.安培力
(1)安培力的大小:磁场对通电导线的作用力即安培力,当电流方向与磁场方向垂直时,计算安培力的公式为________;当________________时,通电导线不受安培力.
(2) 通电导线所受安培力的方向和磁场方向总是相互________,可用________判定方向.安培力的方向(左手定则):伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内,让磁感线穿过手心,使四指指向电流的方向,这时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.
常见题型一:安培力的方向和大小
例题1:在赤道上某处有一竖直直立的避雷针,当带有正电荷的乌云经过避雷针的上方并通过避雷针形成电流时,地磁场对避雷针的安培力的方向为( )
A.向南 B.向北 C.向西 D.向东
例题2:如图所示,把长为L的导体棒置于垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为B,当导体棒中通以方向向左的电流I时,导体棒受到的安培力大小和方向分别是( )
A.大小为,方向竖直向上
B.大小为,方向竖直向下
C.大小为BIL,方向竖直向上
D.大小为BIL,方向竖直向下
跟踪训练1:如图所示,把长为0.4m的导体棒置于竖直向下的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为0.5T,导体棒与磁场方向垂直,棒中通有电流0.8A,则导体棒所受安培力的大小和方向分别为( )
A.0.16N,竖直向下
B.0.16N,垂直纸面水平向里
C.0.25N,竖直向下
D.0.25N,垂直纸面水平向外
2.洛伦兹力
(1)磁场对运动电荷有作用力叫洛伦兹力,________是洛伦兹力的宏观表现.
(2) 洛伦兹力的方向:洛伦兹力的方向________于速度方向与磁场方向共同确定的平面.用______________判定,四指指向与正电荷运动的方向____________;对负电荷,四指应指负电荷运动的________.
常见题型二:洛伦兹力的方向
例题1:如图所示的四个图中,分别标明了通电导线在磁场中的电流方向、磁场方向以及通电导线所受磁场力的方向,其中正确的是( )
A. B.
C. D.
例题2:如图所示,一束带正电的粒子流某时刻沿虚线射向地球,此时该粒子流在地磁场中受到的洛伦兹力方向( )
A.偏向S极
B.偏向N极
C.垂直纸面向外
D.垂直纸面向里
跟踪训练1:如图所示,重力不计的带正电粒子水平向右进入匀强磁场,对该带电粒子进入磁场后的运动情况,以下判断正确的是( )
粒子向上偏转
B.粒子向下偏转
粒子不偏转
D.粒子很快停止运动
跟踪训练2:在图示的四幅图中,分别标出了磁场方向、带电粒子的运动方向和其所受洛伦兹力的方向,其中正确标明了洛伦兹力F方向的是( )
A B C D
3.电磁感应
(1)英国物理学家________经过10年的艰苦探索终于在1831年发现了电磁感应现象.
(2)电磁感应现象:穿过闭合电路的________发生变化,并产生电流的现象叫做电磁感应现象.产生的电流叫做________.
(3)法拉第电磁感应定律
① 电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路__________________成正比.
②匝数为n的线圈中产生感应电动势的公式为____________.
③ t的单位是s,Φ的单位是________,则E的单位是________.
(4)电动机的工作原理是________________,发电机的工作原理是______________.
常见题型三:感应电动势
例题1唱卡拉OK用的话筒,内有传感器,其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号,下列说法正确的是( )
A.该传感器是根据电流的磁效应工作的
B.该传感器是根据电磁感应原理工作的
C.膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变
D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势
例题2如图所示,一单匝线圈从左侧进入磁场.在此过程中,线圈的磁通量将 (选填“变大”或“变小”).若上述过程所经历的时间为0.1s,线圈中产生的感应电动势为0.2V,则线圈中的磁通量变化了 Wb.
跟踪训练1:如图所示,闭合圆导线线圈放置在匀强磁场中,线圈平面与磁场平行,其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两条直径.试分析使线圈做如下运动时,能产生感应电流的是( )
A.使线圈匀速向右平移
B.使线圈加速向右平移
C.使线圈以ac为轴转动
D.使线圈以bd为轴转动
跟踪训练2:一个共有10匝的闭合矩形线圈,总电阻为10Ω,置于水平面上.若线圈内的磁通量在0.02s内,由垂直纸面向里,从0.02wb均匀增加到0.06wb,则在此时间内,线圈内导线的感应电流大小为 A.
4.交变电流
(1) 大小、方向随时间做______________________的电流叫做交变电流.电流、电压随时间按______________的规律变化叫做正弦式电流.
(2) 正弦式电流中的最大值叫做交流的________.交流电完成一次周期性变化的________叫做周期,用字母T表示,单位________. 1s内周期性变化的________叫做频率,用字母f表示,单位________.周期和频率的关系是________.
(3)交变电流的有效值
①让交流和直流分别通过相同的电阻,如果在相同时间内它们产生的________相等,我们就把直流的值称为交流电流(电压)的有效值.
② 对于正弦式电流,电流(电压)的最大值Im(Um)和有效值I(U)的关系为 __________________.
常见题型四:交变电流
例题1:某变压器原、副线圈匝数比为11:2,原线圈所接电源电压按图示规律变化,副线圈接有负载.
(1)变压器输入、输出功率之比为
(2)副线圈两端电压的有效值为 伏
例题2:把220V的正弦交流电压加在440Ω的电阻上,该电阻上( )
A.电压的最大值为220V,电流的有效值为0.5A
B.电压的有效值为220V,电流的有效值为0.5A
C.电压的有效值为220V,电流的最大值为0.5A
D.电压的最大值为220V,电流的最大值为0.5A
跟踪训练1:家庭电路的交变电压随时间变化的图象如图所示.由图可知,交变电压的有效值为 V,频率为 Hz.
跟踪训练2:一个电动机上标“220V 1.5KW”,那么为了使它正常工作,所使用的正弦交流电应是 Hz,则电压最大值为 V,电流有效值约为 A。
5.电磁波
(1)麦克斯韦提出电磁场理论:变化的电场产生________;变化的磁场产生________.
(2)电磁波
① ________首先预言了电磁波的存在,________用实验第一次证明了电磁波的存在.
②电磁波在真空中的传播速度为________m/s.
③ 电磁波的波速v、波长λ、频率f三者的关系公式为____________.
常见题型三:电磁波
例题1:所有的电磁波在真空中具有相同的( )
A.频率 B.波长 C.波速 D.能量
例题2:关于电磁场和电磁波,下列说法中正确的是( )
A.把电场和磁场放在一起,就会在周围空间产生电磁场
B.收音机和手机所接收的信号都属于电磁波
C.电磁波频率越高,传播速度越大
D.透视用的x射线是x光,不是电磁波
跟踪训练1:太阳光由各种色光组成,不同色光波长范围不同。在真空中红光的波长范围是700﹣620nm,紫光的波长范围为450﹣400nm.红光的频率 紫光的频率,在真空中传播时红光的速度 紫光的速度。(均选填“>”“=”或“<”)
跟踪训练2:真空中电磁波的波速为 m/s. 电磁波从一种介质进入另一种介质传播过程 中,不变的物理量为 (选填“频率”、“波长”)
巩固练习
1.通电直导线放在匀强磁场中,磁感应强度B的方向如图所示.“?”表示导线中电流I的方向垂直于纸面向里,“⊙”表示导线中电流I的方向垂直于纸面向外.图中标出了导线所受安培力F的方向,其中正确的是( )
A. B.
C. D.
2.下列说法正确的是( )
A.运动电荷在磁感应强度不为零的地方,一定受到洛伦兹力作用
B.运动电荷在某处不受洛伦兹力作用,则该处的磁感应强度一定为零
C.洛伦兹力既不能改变带电粒子的动能,也不能改变带电粒子的速度
D.洛伦兹力对带电粒子永不做功
3.关于磁通量,下列说法正确的是( )
A.穿过某个面的磁通量为零,该处的磁感应强度也为零
B.穿过任一平面的磁通量越大,该处的磁感应强度也越大
C.穿过垂直于磁场方向的某个平面的磁感线条数等于该处的磁感应强度
D.当闭合线圈平面跟磁场方向平行时,穿过这个线圈平面的磁通量一定为零
4.关于交流电的下列说法正确的是( )
A.在一个周期内交流电的方向只改变一次
B.交流电器设备上标出的电压和电流值都是指有效值
C.某正弦交流电压的最大值为311V,则该交流电压最小值为﹣311V
D.用交流电流表和交流电压表测交流电流或电压时,应测得交流电流或电压的最大值
5.一匀强磁场的磁感应强度B=1.2T,方向由南向北,如有一质子沿竖直向下的方向进入该磁场,磁场作用在质子上的力为9.6×10﹣14N,则质子射入时的速度大小为 m/s,质子在磁场中向 方向偏转.(质子的电荷量q=1.6×10﹣19C)
6.把长L=0.25m的导体棒置于磁感应强度B=1.0×10﹣2T的匀强磁强中,使导体棒和磁强方向垂直,如图所示.若导体棒的电流I=2.0A,方向向右,则导体棒受到的安培力大小 F= N,安培力的方向为竖直向 (选填“上”或“下).
7.如图所示,把长为L的导体棒置于竖直向下的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B,导体棒与磁场方向垂直,棒中通有电流I,则导体棒所受安培力的大小为 .为增大导体棒所受的安培力,可采用的方法是 (填一种方法即可).
8.如图所示是一个按正弦规律变化的交变电流的图象,根据图象可知该正弦交变电流的频率是 Hz,电流的有效值是 A.
9.拥有一把钥匙意味着你可以进入一扇门,而失去手机则意味着你将和外界失去联系.其实手机进入中国人的生活才不过十几年的时间,但却已经让人们对它产生了高度的依赖性,这不但是因为人们与外界的联系需求增加,更是因为信息时代中手机的功能逐渐增多.现在电视、电脑、摄像机、游戏机、收音机、手表、闹钟、MP3、U盘等已经移入手机之中,说不定哪天,钥匙、银行卡、身份证都会在被手机所替代…运用你所学的知识完成下列问题:
手机是利用 (选填“电磁波”或“超声波”)进行通讯的,这种波 (选填“能”或“不能”)在真空中传播.
10.把长L=0.2m的导体棒 6置于磁感应强度B=1.0×10﹣2T的匀强磁场中,使导体棒和磁场方向垂直,如图所示若导体棒中的电流I=2.0A,方向向左,则导体棒受到的安培力大小为多少?安培力的方向如何?
课堂作业
一.选择题(共6小题)
1.如图所示的四种情况,通电导体均置于匀强磁场中,其中通电导线不受安培力的是( )
A. B.
C. D.
2.从1822年至1831年的近十年时间里,英国科学家法拉第心系“磁生电”.在他的研究过程中有两个重要环节:
(1)敏锐地觉察并提出“磁生电”的闪光思想;
(2)通过大量实验,将“磁生电”(产生感应电流)的情况概括为五种:变化着的电流、变化着的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体.
结合你学过的相关知识,试判断下列说法正确的是( )
A.环节(1)提出“磁生电”思想是受到了麦克斯韦电磁场理论的启发
B.环节(1)提出“磁生电”思想是为了对已经观察到的“磁生电”现象做出合理解释
C.环节(2)中五种“磁生电”的条件都可以概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”
D.环节(2)中“在磁场中运动的导体”这种情况不符合“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”这一条件
3.关于电磁场理论,以下说法正确的是( )
A.在电场周围一定会产生磁场
B.任何变化的电场周围空间一定会产生变化的磁场
C.均匀变化的电场会产生变化的磁场
D.周期性变化的电场会产生周期性变化的磁场
4.如图甲所示,矩形金属线圈共10匝,绕垂直磁场方向的转轴OO′在匀强磁场中匀速转动,线圈中磁通量φ随时间t变化的情况如图乙所示.下列说法中正确的是( )
A.此交流电的频率为0.2Hz
B.此交流电动势的最大值为10V
C.t=0.1s时,线圈平面与中性面重合
D.t=0.2s时,线圈中磁通量变化率的绝对值最大
5.如图所示,矩形线框平面与匀强磁场方向垂直,穿过的磁通量为Φ.若线框面积变为原来的,则磁通量变为( )
A.Φ B.Φ C.2Φ D.4Φ
6.一个电动机上标“220V 1.5KW”,那么为了使它正常工作,所使用的正弦交流电应是( )
A.电压最大值为220V,电流最大值约为9.6A
B.电压最大值为311V,电流最大值约为6.8A
C.电压有效值为220V,电流有效值约为6.8A
D.电压有效值为311V,电流有效值约为9.6A
二.填空题(共2小题)
7.如图所示,电源电动势为E=2V,内阻r=0.5Ω,竖直导轨电阻可以忽略不计,金属棒的质量m=0.1kg,电阻R=0.5Ω,有效长度为0.2m,靠在导轨的外面,它与导轨间的最大静摩擦力是其与导轨之间正压力的0.5倍.为使金属棒保持静止,我们施一与纸面平行的匀强磁场,则磁感应强度B的大小至少为 ,方向 (填“竖直向上”或“竖直向下”).
8.收录机等小型家用电器所用的稳压电源,是将220V的正弦交流电变为稳定的直流电的装置,其中的关键部分是整流电路.有一种整流电路可以将正弦交流电变成如图所示的脉动直流电(每半个周期都按正弦规律变化),则该脉动直流电流的有效值为 A.
三.解答题(共1小题)
9.画出如图中带电粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向.
参考答案
1.安培力
常见题型一
例题1:D
例题2:B
跟踪训练1:B
2.洛伦兹力
常见题型二
例题1:C
例题2:A
跟踪训练1:C
跟踪训练2:A
3.电磁感应
常见题型三
例题1BD
例题2:变大,0.02
跟踪训练1:D
跟踪训练2:2A
4.交变电流
常见题型四
例题1:(1)1:1
(2)40
例题2:B
跟踪训练1:311,50
跟踪训练2:311,6.8
5.电磁波
常见题型三
例题1:C
例题2:B
跟踪训练1:>, =
跟踪训练2:3×108m/s, 频率
巩固练习
BDDB
5.5×105,东
6.5×103,上
7.BIL,增加导线长度
8.25,14.14
9.电磁波,能
10.4×10-3,安培力方向向下
课堂作业
选择题
CCDDBC
二.填空题
7.5T,竖直向下
8.4
三.解答题
9.
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