广东物理学考磁场的内容包括:
1. 磁场的基本概念、磁感应线、磁铁和电流的磁场。
2. 磁场的方向经常改变,可以用磁感线来描述。磁感线是闭合的曲线,磁体外部的磁感线从N极出发回到S极,磁体内部的磁感线从S极回到N极。
3. 电流的磁场:通电导体周围存在磁场,且磁场方向与电流方向有关。
此外,还可能涉及到地磁场的内容。地磁场是指地球周围空间存在的一种磁场,其南北两极与地理的南北两极与相对位置不变,近似于一个长条形的条幅。
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例题:
在某磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个面积为S的矩形线圈abcd,线圈平面与磁场垂直。现将线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动,使其产生交流电。
已知线圈从中性面开始转动,转动的角速度为ω,线圈电阻为R。求:
(1)线圈中产生的感应电动势的最大值;
(2)线圈从中性面开始转动,经过多长时间第一次出现感应电流?
【分析】
(1)根据法拉第电磁感应定律求出线圈中产生的感应电动势的最大值;
(2)根据闭合电路欧姆定律求出电流的有效值,再根据有效值与最大值的关系求出电流的瞬时值表达式,再根据时间与周期的关系求出时间。
【解答】
(1)根据法拉第电磁感应定律得:$E_{m} = NBS\omega$,其中$N$是线圈匝数,$B$是磁感应强度,$S$是线圈的面积,$\omega$是线圈转动的角速度。解得:$E_{m} = BS\omega$;
(2)根据闭合电路欧姆定律得:$I = \frac{E_{m}}{R + \frac{R}{2}} = \frac{BS\omega}{R + \frac{R}{2}}$,则电流的有效值为$\frac{BS\omega}{R + \sqrt{2}R}$,再根据有效值与最大值的关系得:$E = \sqrt{2}I\omega = \sqrt{2}\frac{BS^{2}\omega}{R + \sqrt{2}R}$,则电流的瞬时值表达式为$i = \sqrt{2}\frac{BS^{2}\sin\omega t}{R + \sqrt{2}R}$。线圈转过$\frac{\pi}{6}$角时第一次出现感应电流,则有:$\frac{\pi}{6} = \frac{T}{4} + t$,解得:$t = \frac{\pi}{6} - \frac{T}{4} = \frac{\pi}{6} - \frac{T}{4} - \frac{\pi}{6}\omega t$,解得:$t = \frac{\pi}{6}\omega - \frac{\pi}{6}$。
【说明】本题考查了交流电的产生和描述方法,关键是掌握法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律。
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