高考物理電磁學(xué)部分主要包括以下內(nèi)容:
1. 靜電學(xué):包括電荷、電場、電勢等。
2. 穩(wěn)恒電流:包括電阻、歐姆定律、電動勢等。
3. 磁場和磁感應(yīng):包括磁場、磁感應(yīng)、安培環(huán)路定理等。
4. 電磁感應(yīng):包括電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等。
5. 交流電:包括交流電的有效值、最大值、感抗和容抗等。
6. 電磁波:包括麥克斯韋方程組、電磁波的發(fā)射和接收等。
以上只是大致的分類,具體內(nèi)容還需要根據(jù)高考考試大綱來理解。
題目:一個矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生正弦式交流電。在轉(zhuǎn)動開始時,線圈平面與磁場方向平行。已知線圈的匝數(shù)為n=10,電阻為R=10Ω,線圈的邊長為L1=0.2m,L2=0.1m,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.5T。
(1)求線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電動勢的最大值;
(2)求線圈從開始轉(zhuǎn)動到第一次到達(dá)中性面時的時間;
(3)求線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動,經(jīng)過多長時間電流的方向改變一次?
(4)求線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動,經(jīng)過多長時間電流達(dá)到最大值?
【分析】
(1)根據(jù)交流電的瞬時值表達(dá)式可求得線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電動勢的最大值。
(2)線圈從開始轉(zhuǎn)動到第一次到達(dá)中性面時,感應(yīng)電動勢最大,感應(yīng)電流也為最大,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律可求得這段時間。
(3)根據(jù)交流電的周期和中性面位置的關(guān)系可求得電流方向改變的時間。
(4)根據(jù)交流電的瞬時值表達(dá)式可求得電流達(dá)到最大值的時間。
【解答】
(1)根據(jù)交流電的瞬時值表達(dá)式:$E = NBS\omega\sin\theta = 10 \times 0.5 \times 0.2 \times 0.1 \times \frac{\pi}{2}V = 0.5V$,可知線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電動勢的最大值為$0.5V$。
(2)線圈從開始轉(zhuǎn)動到第一次到達(dá)中性面時,感應(yīng)電動勢最大,感應(yīng)電流也為最大,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律可得:$E = n\frac{\Delta\phi}{\Delta t}$,解得:$\Delta t = \frac{E}{nBS\omega} = \frac{0.5}{10 \times 0.5 \times 0.2 \times 0.1 \times \frac{\pi}{2}}s = 0.5s$。
(3)根據(jù)交流電的周期和中性面位置的關(guān)系可知,線圈每經(jīng)過半個周期電流方向改變一次,即經(jīng)過$T_{0} = \frac{2\pi}{\omega}$時間電流方向改變一次。所以電流方向改變的時間為$T_{0} = \frac{2\pi}{\omega}$。
(4)根據(jù)交流電的瞬時值表達(dá)式可知,電流達(dá)到最大值的時間為$t_{m} = \frac{T}{4} + \frac{t}{2} = \frac{T}{4} + \frac{\Delta t}{2}$,其中$t$為線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動的時刻到電流達(dá)到最大值的時刻的時間間隔。代入數(shù)據(jù)可得:$t_{m} = \frac{T}{4} + \frac{0.5}{2}s = \frac{T}{8}$。所以線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動,經(jīng)過$\frac{T}{8}$時間電流達(dá)到最大值。
希望這個例題能夠幫助你理解高考物理電磁學(xué)的內(nèi)容和解題方法!