北京高考物理涉及的電磁感應定律主要包括法拉第電磁感應定律和楞次定律。
法拉第電磁感應定律是指感應電動勢與穿過這個回路的磁通量變化率成正比。這意味著當磁通量發生變化時,回路中的電動勢將產生電流以抵消磁通量的變化。
楞次定律則告訴我們要“增反減同”的觀念,即感應電流的效果總是反抗引起它的原因。這個定律主要應用于確定感應電流的方向。
請注意,這只是高考物理中涉及的一部分電磁感應知識,具體內容還需要參考高考大綱和相關教材。
例題:
一個質量為$m$的條形磁鐵,從高為h處下落至一個水平放置的條形磁鐵上,磁鐵的大小為$B$,磁鐵與水平條形磁鐵之間的距離為$L$,水平條形磁鐵的長度為$L_{0}$,磁鐵與水平條形磁鐵之間的動摩擦因數為$\mu $。
求:
(1)條形磁鐵下落過程中,水平條形磁鐵的長度變化了多少?
(2)條形磁鐵下落過程中,水平條形磁鐵受到的摩擦力做了多少功?
(3)條形磁鐵下落過程中,系統產生的感應電動勢為多少?
解析:
(1)條形磁鐵下落過程中,水平條形磁鐵受到的安培力作用,根據安培力公式可知,水平條形磁鐵受到的安培力大小為:$F = BIL = \mu mg\frac{L}{L_{0}}$
根據牛頓第二定律可知,水平條形磁鐵受到的加速度為:$a = \frac{F}{m} = \mu g\frac{L}{L_{0}}$
由于條形磁鐵做自由落體運動,所以水平條形磁鐵的長度變化量為:$\Delta L = \frac{1}{2}at^{2} = \frac{1}{2}\mu g\frac{L^{2}}{L_{0}}$
(2)根據動能定理可知,水平條形磁鐵受到的摩擦力做的功等于系統動能的減少量,即:$- \mu mg\frac{L}{L_{0}}\Delta L = \Delta E_{k}$
解得:$\Delta E_{k} = \frac{\mu g^{2}L^{3}}{2L_{0}^{2}}$
(3)根據法拉第電磁感應定律可知,系統產生的感應電動勢為:$E = BLv$
由于條形磁鐵做自由落體運動,所以水平條形磁鐵的速度為:$v = gt$
解得:$E = BLgL_{0}$
答案:(1)水平條形磁鐵的長度變化了$\frac{1}{2}\mu g\frac{L^{2}}{L_{0}}$
(2)水平條形磁鐵受到的摩擦力做了$\frac{\mu g^{2}L^{3}}{2L_{0}^{2}}$的功
(3)系統產生的感應電動勢為$BLgL_{0}$