初中物理电磁学第三版的内容包括:
1. 电流的磁场:安培定则,右手螺旋定则,电磁铁。
2. 磁场:磁感线,地磁场,条形磁体,蹄形磁体,磁极间的相互作用。
3. 电磁感应:产生感应电流的条件,发电机的工作原理,动势加电流效应。
4. 家庭电路:家庭电路的组成部分,各部分的作用。
5. 家庭电路中的安全电压。
6. 家庭电路中电流过大的原因。
此外,还会学习到电磁继电器与自动控制原理、电动机、发电机与交流电等知识。这些内容可以帮助学生了解电磁学的基础知识,为高中进一步学习物理打下基础。
问题:一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生正弦式交流电。已知线圈从中性面开始转动,经过10秒,转过300圈,求:
1. 经过线圈平面与磁场方向垂直的位置时,线圈所处位置与平衡位置的距离?
2. 线圈从中性面开始转动,经过多少秒时第一次出现感应电流?
解答:
1. 根据题意,线圈从中性面开始转动,经过10秒,转过300圈,则每圈的时间为:
$t = \frac{1}{n} \times 10s = \frac{n}{30}s$
其中n为线圈转动的圈数。
由于线圈从中性面开始转动,因此每转一圈,线圈所处位置与平衡位置的距离相同。根据正弦式交流电的性质,当线圈平面与磁场方向垂直时,感应电动势最大。因此,当线圈转过中性面时,距离平衡位置的距离为:
$L = \frac{T}{2} \times \frac{2\pi}{\frac{n}{30}} = \frac{30\pi}{n}m$
其中T为交流电周期。
在本题中,$L = \frac{30\pi}{30}m = 1m$。
2. 根据题意,当线圈第一次出现感应电流时,线圈所处位置与平衡位置的距离为零。因此,当线圈转过中性面后,再经过半个周期的时间t = \frac{T}{2} 时,距离平衡位置的距离为零。此时线圈开始出现感应电流。
根据正弦式交流电的性质,周期T = 2\pi\frac{n}{f} ,其中f为频率。在本题中,频率f = \frac{1}{T} = \frac{1}{2\pi\frac{n}{30}} ,代入数值可得:
t = \frac{30\pi}{f} = \frac{30\pi}{\frac{1}{2\pi\frac{n}{30}}} = \frac{90\pi n}{30}s
当n=1时,t = 3s。因此,当线圈转过中性面后经过3秒时第一次出现感应电流。
总结:本题考查了电磁感应中的基本问题,包括交流电的周期、频率、中性面等概念的理解和应用。解题的关键是理解交流电的性质和特点,以及掌握正弦式交流电的表达式。