高中物理选修3-2知识清单

高中物理选修3-2知识点第四章：电磁感应一.磁通量穿过某一面积的磁感线条数；=BS·sin；单位Wb，1Wb=1T·m2；标量，但有正负。二．电磁感应现象当穿过闭合电路中的磁通量发生变化，闭合电路中有感应电流的现象。如果电路不闭合只会产生感应电动势。（这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象，是1831年法拉第发现的）。三．产生感应电流的条件1、闭合电路的磁通量发生变化。2、闭合电路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动。（其本质也是闭合回路中磁通量发生变化）。四.感应电动势1、概念：在电磁感应现象中产生的电动势；2、产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关。3、方向判断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。五．法拉第电磁感应定律1、内容：感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。ΔΦ2、公式：E＝n，其中n为线圈匝数。Δt3、公式En中涉及到磁通量的变化量的计算,对的计算,一般遇到有两种情况:tB（1).回路与磁场垂直的面积S不变,磁感应强度发生变化,由BS,此时EnS,此式中tB的叫磁感应强度的变化率,若是恒定的,即磁场变化是均匀的,产生的感应电动势是恒定电动势。t（2).磁感应强度B不变,回路与磁场垂直的面积发生变化,则B·S,线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属这种情况。（3）．磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别三个量磁通量的变化量磁通量的变化率比磁通量较项目某时刻穿过物理意义某个面的磁某段时间内穿过某个面的磁通量变化穿过某个面的磁通量变化的快慢感线的条数ΔΦ＝Φ2－Φ1ΔΦΔSΔΦΔB大小Φ＝B·ScosθΔΦ＝B·ΔS＝B或＝SΔtΔtΔtΔtΔΦ＝S·ΔB既不表示磁通量的大小，也不表示变化若有相反方开始时和转过180°时平面都与磁场的多少。实际上，它就是单匝线圈上产注意向磁场，磁通垂直，穿过平面的磁通量是一正一负，ΔΦ量可能抵消ΔΦ＝2BS，而不是零生的电动势，即E＝Δt注意:○1该式中普遍适用于求平均感应电动势。○2E只与穿过电路的磁通量的变化率/t有关,而与磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是否闭合、电路的结构与材料等因素无关六．导体切割磁感线时的感应电动势1、导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用E＝Blv求出，式中l为导体切割磁感线的有效长度。(1)有效性：公式中的l为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度。甲图：l＝cdsinβ；乙图：沿v1方向运动时，l＝MN；沿v2方向运动时，l＝0。丙图：沿v1方向运动时，l＝2R；沿v2方向运动时，l＝0；沿v3方向运动时，l＝R(2)相对性：E＝Blv中的速度v是相对于磁场的速度，若磁场也运动，应注意速度间的相对关系。2、导体不垂直切割磁感线时，即v与B有一夹角θ，感应电动势可用E＝Blvsinθ求出。3、公式EBlv一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同,对有些导体各部分切割磁感线的速度不相同的情况,如何求感应电动势？例：如图所示,一长为l的导体杆AC绕A点在纸面内以角速度匀速转动,转动的区域的有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,求AC产生的感应电动势,解析：AC各部分切割磁感线的速度不相等,vA0,vCl,且AC上各点的线速度大小与半径成正比,vvvl1所以AC切割的速度可用其平均切割速度vACC,故EBl2。22224、Emn·B·S·——面积为S的纸圈，共n匝，在匀强磁场B中，以角速度匀速转动，其转轴与磁场方向垂直，则当线圈平面与磁场方向平行时，线圈两端有最大有感应电动势m。解析：设线框长为L，宽为d，以转到图示位置时，dab边垂直磁场方向向纸外运动切割磁感线，速度为v·2（圆运动半径为宽边d的一半）产生感应电动势d1EBL·vBL··BS·，a端电势高于b端电势。221同理cd边产生感应电动势EBS。c端电势高于d端电势。2则输出端M．N电动势为EmBS。如果线圈n匝，则Emn·B·S·，M端电势高，N端电势低。参照俯示图:这位置由于线圈边长是垂直切割磁感线，所以有感应电动势最大值Em，如从图示位置转过一个角度，如果圆周运动线速度v，在垂直磁场方向的分量应为vcos，此时线圈产生感应电动势的瞬时值EEm.cos.即作最大值方向的投影=n·B·S·cos（是线圈平面与磁场方向的夹角）。当线圈平面垂直磁场方向时，线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，感应电动势为零。七.总结：计算感应电动势公式：如v是瞬时速度，则为瞬时感应电动势。EBLv如v是平均速度，则为平均感应电动势。t是一段时间，为这段时间内的平均感应电动势。Entto，为瞬时感应电动势。1EBL2（导体绕某一固定点转动）2Emn·BS·线圈平面与磁场平行时有感应电动势最大值EEn·B·S··cos瞬时值公式，是线圈平面与磁场方向夹角注意：1.公式中字母的含义，公式的适用条件及使用条件。2.感应电流与感应电量,当回路中发生磁通变化时,由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流,在t内迁移的电荷量为感应电量。EnnqIttt,仅由回路电阻和磁通量的变化量决定,与磁通量变化的时间无关。RRtR因此,当用一磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时,线圈里聚积的感应电量相等,但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同,外力做功也不同。八．楞次定律：1、用楞次定律判断感应电流的方向。楞次定律的内容：感应电流具有这样的的方向，感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化。产生建立阻碍即原磁通量变化感应电流感应电流磁场原磁通量变化。（这个不太好理解、不过很好用口诀：增缩减扩，来拒去留，增反减同）2、楞次定律的理解：感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）引起感应电流的原因。（1）阻碍原磁通的变化（原始表述）；（2）阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”。（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势；（4）阻碍原电流的变化（自感现象）。3、应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤：（1）查明原磁场的方向及磁通量的变化情况；（2）根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向；（3）由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。4、当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，用右手定则可判定感应电流的方向。导体运动切割产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的特例。（“力”用左手，“其它”用右手）九．互感自感涡流1、互感：由于线圈A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈B中激发了感应电动势。这种现象叫互感。2、自感:由于线圈（导体）本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。○1在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。分析可知：自感电动势总是阻碍线圈（导体）中原电流的变化。I自感电动势的大小跟电流变化率成正比。E自LtL是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，匝数越多，横截面积越大，自感系数L越大。另外,有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。单位是亨利（H）。○2自感现象分通电自感和断电自感两种,其中断电自感中“小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的问题,例：如图2所示,原来电路闭合处于稳定状态,L与LA并联,其电流分别为IL和IA,方向都是从左到右。在断开S的瞬间,灯A中原来的从左向右的电流IA立即消失,但是灯A与线圈L构成一闭合回路,由于L的自感作用,其中的电流IL不会立即消失,而是在回路中逐断减弱维持短暂的时间,在这个时间内灯A中有从右向左的电流通过,此时通过灯A的电流是从IL开始减弱的,如果原来ILIA,则在灯A熄灭之前要闪亮一下;如果原来ILIA,则灯A是逐断熄灭不再闪亮一下。原来IL和IA哪一个大,要由L的直流电阻RL和A的电阻RA的大小来决定,如果RLRA，则ILIA,如果RLRA，ILIA。3、涡流及其应用（1）变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流（2）应用：○1新型炉灶——电磁炉。○2金属探测器：飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。第五章：交变电流一．交变电流1.定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。2.图像：如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电，如图(a)所示。二．正弦交流电的产生和图像1.产生:矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时，如图产生正弦（或余弦）交流电动势。当外电路闭合时形成正弦（或余弦）交流电流。2.变化规律：（1）中性面：与磁感线垂直的平面叫中性面。线圈平面位于中性面位置时，如图（A）所示，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零。因此，感应电动势为零。当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时（即线圈平面与磁感线平行时）如图（C）所示,穿过线圈的磁通量虽然为零，但线圈平面内磁通量变化率最大。因此，感应电动势值最大。Em2·N·B··lvN·B··S（伏）（N为匝数）三.正弦交流电的函数表达式若n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为e＝nBSωsinωt，用Em＝nBSω表示电动势最大值，则有e＝Emsinωt。其电流大小为eEmi＝＝sinωt＝Imsinωt。RR四.正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律函数图像物理量磁通量Φ＝Φm·cosωt＝BScosωt电动势e＝Em·sinωt＝nBSωsinωtREm电压u＝Um·ωsinωt＝sinωtR＋rEm电流i＝Im·sinωt＝sinωtR＋r五.两个特殊位置的特点ΔΦ1.线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。ΔtΔΦ2.线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。Δt六.表征交流电的物理量：1.周期、频率和角速度2π(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T＝。ω(2)频率(f)：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)。2(3)角速度：2f单位：弧度/秒T11(4)周期和频率的关系：T＝或f＝。fT2.交变电流“四值”的理解与应用物理量物理含义重要关系应用情况及说明交变电流某一时刻e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i瞬时值计算线圈某时刻的受力情况的值＝ImsinωtEm＝nBSω，Em＝nΦmω，Im＝当考虑某些电学元件(电容器、晶最大值最大的瞬时值Em体管等)的击穿电压时，指的是交R＋r变电压的最大值(1)通常所说的交变电流的电压、电流强度、交流电表的读数、保险根据电流的热效应对正弦、余弦交变电流E＝丝的熔断电流值、电器设备铭牌上有效值(电流通过电阻产EmUmIm所标的电压、电流值都是指交变电，U＝，I＝生的热)进行定义222流的有效值(2)求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进行计算ΔΦE＝BLv，E＝n，I＝交变电流图像中图Δt平均值线与t轴所围成的计算有关电量时只能用平均值E面积与时间的比值R＋r3.几种典型的交变电流的有效值电流名称电流图像有效值1正弦式交变电流U＝Um21正弦半波电流U＝Um2Um正弦单向脉动电流U＝2t1矩形脉动电流U＝UmT122非对称性交变电流U＝(UU)212七、电感和电容对交变电流的影响1.电感对交变电流有阻碍作用，阻碍作用大小用感抗表示。XL2fL低频扼流圈，线圈的自感系数Ｌ很大，作用是“通直流，阻交流”；高频扼流圈，线圈的自感系数Ｌ很小，作用是“通低频，阻高频”．2.电容对交变电流有阻碍作用，阻碍作用大