【知识点详解】
1. 电磁感应:电磁感应是物理学中的基本概念,指的是当磁通量发生变化时,会在闭合电路中产生电动势的现象。在"摇绳发电"实验中,当同学们快速摇动导线,形成切割磁感线的运动,从而在导线中产生感应电流。电流的大小与导线切割磁感线的速度、磁感应强度以及导线的有效长度有关。
2. 安培力:安培力是电流在磁场中受到的作用力,其大小与电流、磁感应强度和导线长度的乘积成正比。在问题中,当"绳"上下移动时,导线切割磁感线的速度改变,导致安培力的变化。
3. 感应电流的比例计算:当磁场的磁感应强度均匀增大时,根据法拉第电磁感应定律,闭合回路中的感应电流与磁通量的变化率成正比。题目中提到的两个闭合圆形导线环,由于它们的形状相同但半径不同,感应电流的大小取决于它们各自磁通量变化率的差异。
4. 断电自感现象:这是电磁学中的一种现象,当电路的通路突然改变(如开关断开),由于线圈的自感效应,会产生瞬时的高电压,导致电流在短时间内继续流动。未能观察到小灯泡闪亮可能是由于线圈自感系数不够大,不足以产生显著的电压脉冲。
5. 自由下落的磁铁:磁铁自由下落时,其产生的磁场变化会在附近的线圈中引起感应电流。电流的方向可以通过右手定则判断,流过电阻R的方向是从a到b,电容器会储存能量,上极板带正电。
6. 导体圆环与直杆的电磁感应:直杆在磁场中运动时切割磁感线,产生电动势。电动势的大小与速度、磁感应强度和有效长度有关。同时,直杆会受到安培力的作用,安培力的方向与电流方向相反,并与磁感应强度垂直。
7. 金属圆盘旋转的电磁感应:当金属圆盘在磁场中转动时,其边缘切割磁感线,产生电动势。根据楞次定律,电流的方向是阻止原有变化趋势的,所以电流从c到d,大小与磁感应强度、圆盘的转速和半径有关。
8. 矩形线圈与金属框的相互作用:当金属框通有电流时,它会产生磁场,这个磁场对线圈产生影响。如果电流是逆时针的,那么线圈中的感应电流将尝试抵消这个影响,因此可能会产生顺时针方向的感应电流。
9. 自感线圈与开关的操作:开关S闭合或断开时,由于线圈的自感效应,会导致灯泡亮度的变化。开关S闭合后,A立即发光,然后逐渐变暗;断开瞬间,A再次发光,然后逐渐熄灭,这是因为线圈储存的能量释放或吸收。
10. 金属棒在磁场中的运动:金属棒MN在匀强磁场中以恒定速度v平动,会切割磁感线产生感应电动势,但由于导轨和棒的电阻相同,因此感应电流将保持不变。
11. 磁场变化与感应电流的关系:在磁场均匀增大时,线圈中的感应电流I与磁感应强度的变化率、线圈面积以及匝数n成正比,与导线的横截面积无关。
12. 矩形线框的电磁变化:由金属条制成的矩形线框,其形状改变时,有效长度和磁通量也会变化,从而产生感应电动势和电流。具体电流大小需结合欧姆定律和法拉第电磁感应定律计算。
以上就是从题目中提取的各个知识点,包括电磁感应、安培力、感应电流的计算、自感现象、电磁感应定律的应用等。这些知识点都是高中物理电磁学部分的核心内容,对于理解和解答相关问题至关重要。