2022年物理选修3-2知识点归纳 .pdf

第1页 共 4 页物理选修 3-2 知识点归纳 (鲁科版 ) 第一章电磁感应第 1 节磁生电的探索1.电磁感应： 只要闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生电流。国磁通量变化而产生电流的现象叫做电磁感应，所产生的电流叫做感应的电流。第 2 节感应电动势与电磁感应定律1.感应电动势： 电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。电路中感应电动势的大小与电路中磁通量变化的快慢有关。2.法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量变化率成正比。tkE， k 为比例常数。 在国际单位制中， 感应电动势E 的单位是 V ，的单位是 Wb ，t的单位是s，1k， 上式可以化简为tE。n匝线圈的感应电动势大小为：tnE。磁通量的变化量仅由导线切割磁感线引起时，感应电动势的公式还可以写成：BlvE。第 3 节电磁感应定律的应用1.涡流： 将整块金属放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就产生感应电流。 这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像旋涡一样， 我们把这种感应电流叫做涡电流(eddy current)，简称涡流。如图所示，把绝缘导线绕在块状铁芯上，当交变电流通过导线时，铁芯中会产生图中虚线所示的涡流。在以上实验中，小铁锅的电阻很小，穿过铁锅的磁通量变比时产生的涡流较大，足以使水温升高；而玻璃杯是绝缘体，电阻很大，不产生涡流。2.电磁炉： 电磁炉的工作原理与涡流有关。如图所示，当50 Hz 的交流电流入电磁炉时，经过整流变为直流电，再使其变为高频电流(2050 kHz)进入炉内的线圈。由于电流的变化频率较高，通过铁质锅底的磁通量变化率较大，根据电磁感应定律tE/可知，产生的感应电动势也较大；铁质锅底是整块导体，电阻很小，所以在锅底能产生很强的涡电流，使锅底迅速发热，进而加热锅内的食物。（1）与煤气灶、电饭锅等炊具相比，电磁炉具有很多优点：电磁炉利用涡流使锅直接发热，减少了能量传递的中间环节，能大大提高热效率；电磁炉使用时无烟火，无毒气、废气；电磁炉只对铁质锅具加热， 炉体本身不发热 由于以上种种优点，电磁炉深受消费者的喜爱，被称为 “ 绿色炉具 ” 。（2）涡流既有利，也有害。例如，变压器、电动机和发电机的铁芯常会因涡流损失大量的电能并导致设备发热。3.感应电量的计算：（1）根据法拉第电磁感应定律，在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。设在时间t 内通过导线截面的电量为q，则根据电流定义式tqI/及法拉第电磁感应定律tnE/，得：RntREtIq如果闭合电路是一个单匝线圈（n=1） ，则Rq/。上式中 n 为线圈的匝数，为磁通量的变化量，R 为闭合电路的总电阻。可见，在电磁感应现象中， 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流，在时间t内通过导线截面的电量q 仅由线圈的匝数n、磁通量的变化量和闭合电路的电阻R决定，与发生磁通量的变化量的时间无关。因此，要快速求得通过导体横截面积的电量q，关键是正确求得磁通量的变化量。磁通量的变化量是指穿过某一面积末时刻的磁通量2与穿过这一面积初时刻的磁通量2之差，即12。在计算时，通常只取其绝对值，如果2与1反向，那么2与1的符号相反。线圈在匀强磁场中转动，产生交变电流，在一个周期内穿过线圈的磁通量的变化量0 故通过线圈的电量q=0。穿过闭合电路磁通量变化的形式一般有下列几种情况：a. 闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S 不变， 磁感应强度B 发生变化时，SB；b. 磁感应强度B 不变，闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S 发生变化时，SB；c. 磁感应强度B 与闭合电路的面积在垂直于磁场方向的分量S 均发生变化时12。第二章楞次定律和自感现象第 1 节感应电流的方向1.楞次定律： 感应电流的磁场，总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，称为楞次定律。2.右手定则： 伸开右手，让拇指与其余四指在同一平面内，使拇指与并拢的四指垂直；让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向导体运动方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。第 2 节自感1.自感现象： 由导体自身的电流变化所产生的电磁感应现象叫做自感现象。（1）产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。以上表述是充分必要条件。不论什么情况， 只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。磁通量的变化 ” 可能是：a. 导体所围面积的变化；b. 磁场与导体相对位置的变化；c. 磁场本身强弱的变化; d. 当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。这个表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 4 页第2页 共 4 页述是充分条件，不是必要的。在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。（2）感应电流的方向：右手定则大拇指的方向是导体相对磁场的切割磁感线的运动方向，即有可能是导体运动而磁场未动，也可能是导体未动而磁场运动。四指表示电流方向，对切割磁感线的导体而言也就是感应电动势的方向，切割磁感线的导体相当于电源，在电源内部电流从电势低的负极流向电势高的正极。右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者的相互垂直关系2.自感电动势： 由导体自身电流变化所产生的感应电动势称为自感电动势。（1） 感应电动势产生的条件：穿过电路的磁通量发生变化。这里不要求闭合。无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生。这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的。但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流。3.法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比，即tkE， 在国际单位制中可以证明其中的k=1， 所以有tE。 对于 n 匝线圈有tnE。在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，由法拉第电磁感应定律可推出感应电动势的大小是：sinBLvE（是 B 与 v 之间的夹角）。4.自感： 自感系数简称自感。第 3 节自感现象的应用1.左手定则与右手定则的应用：（1）明确左手定则和右手定则的实质。左手定则适用于通电导体在磁场中的运动情况，也就是说适用于电动机，而右手定则适用于电磁感应现象，也就是说适用于发电机。（2）联系生产实际，按照习惯人们干活都是先用右手后动左手，记忆应当是“ 右发左动 ” ，这样对定则的使用会起到很好的帮助作用。第三章交变电流第 1 节交变电流的特点1.交变流电： 电流大小和方向随时间做周期性变化，这种电流称为交变电流，简称交流电。2.周期： 交变电流完成一次周期性变化所需要的时间，叫做交变电流的周期，用符号T 表示，在国际单位制中它的单位是s。周期越大，表示交变电流完成1 次周期性变化所需要的时间越长，也就是变化得越慢。3.频率： 交变电流在 1s 内完成周期性变化次数，用符号f 表示。国际单位中它的单位是Hz。频繁越大，交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数越多，变化得越快。周期与频繁的关系：fT1。4.正弦式交变电流： 电流的大小和方向随之时间按正弦规律变化，这种电流叫做正弦式交变电流。正弦式交变电流电压及交变电流的有效值和峰值之间的关系是：mmUUU707.02，mmIII707.02（1）交变电流渡过电阻R 时在时间 t 内产生的热量，可以直接用焦耳定律公式：RtIQ2其中电流I是有效值。（2）电器元件或设备对电压或电流有一定的耐受极限，一旦超过这一极限，就会损坏元件设备。在这种情况下就要老虎交流的最大值而不是有效值。交变电流的变化规律：（角度为线圈与中性面的夹角算起）tEemsin，其中nBlEm2tREReimsin，又REm为感应电流的最大值用mI表示，则感应电流的瞬时值为：tIimsin。第四章远距离输电第 1 节三相交变电流到我家1.变压器： 在交流电的传输过程中，必须有能升高电压或降低电压的设备来满足各种不同的需要，这种设备称为变压器。2.原线圈： 与电原相连的线圈叫原线圈，或初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈或次级线圈。原、副线圈的匝数分别用符号1n 和2n 表示。原线圈两端的电压又叫输入电压，用符号1U表示，副线圈两端的电压又叫输出电压，用符号2U 表示。3.自耦变压器： 只有一个绕线组的变压器。自耦变压器的工作原理和一般的双绕组变压器一样，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 4 页第3页 共 4 页原、副边的电压比等于匝数比。4.电功率损失： 电流渡过输电导线时， 电流的热效应会引起电功率的损失。损失的电功率RIP2，即在输电线路上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比。5.电压损失： 导线有电阻，输电线上有电压损失（损失的电压IRU） ，使得用电设备两端的电压比供电电压低。对于交流输电线路，感抗和容抗也会造成电压损失。高压输电：由UIP知，在保证输送电功率P 不变的情况下，必须提高输送电压U 才能减小电流I。也就是说，远距离输电必须采用高压输电。6.采用高压输电的原因：（1）任何导线都有一定的电阻，当电流通过输电线时，会有一部分电能转化为内能而损失。线路越长，电阻越大，这部分能量损失就越多。当发电站输出的功率P 一定时，根据公式PUI可知，如果提高输电电压U，则可减小输电电流I。根据焦耳定律QI2Rt，当电流 I 减小时，输电线上损失的内能将会大大减少。远距离输电就是通过升高电压来减小输电电流，从而减少线路上电能损耗的。（2）由于制造高电压大功率的直流发电机在技术上难度很大，又无法直接升高直流电电压，因此远距离送电损耗仍很大。同时，采用高电压输电，给用户带来了极大的安全隐患，而且对用电器的耐压要求有所提高，相应的技术要求和制造成本都会上升。为解决这些问题，人们想起了被冷落多年的交流电。交流电是大小和方向做周期性变化的电流，它很容易实现变压。7.变压器如何改变电压：在远距离高压交流输电系统中，需要一种能按实际要求将电压升高或降低的设备 变压器（1）变压器是由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两组线圈组成的，接电源的线圈叫原线圈(也叫初级线圈 )，接负载的线圈叫副线圈(也叫次级线圈 )。（2）发电机发出的电压一般只有几千伏至十几千伏，远距离送电时，需经过升压变压器升高电压，再用高压线向外输送。（3）高压电到了用电区，先要进入变电站用降压变压器将电压降低，当电压降至l0kV 时，可把其中一部分电能配送给需要10kV 电压的工厂，其余的则送到低压变电站，将电压降到220/380V后，便可配送给一般用户。（4）远距离输电问题解决以后，一大批大容量的中心发电站建造了起来，一张张电力网也迅速扩展开来。电力开始成为工业的主要动力。（5）在实际应用中，人们常将一个地区的各种不同电压的输配电线路和变电站并网联合，组成一个个四通八达的大电网系统。这样，更有利于电力的合理调度和充分利用，使供电稳定，而且便于电力使用高峰与低谷间的调节。8.理想变压器：（1）理想变压器的构造、作用、原理及特征：构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器作用：在输送电能的过程中改变电压原理：其工作原理是利用了电磁感应现象特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压（2）理想变压器的理想化条件及其规律在理想变压器的原线圈两端加交变电压1U 后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有：tnE111，tnE222忽略原、 副线圈内阻，有11EU，22EU。另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有21。由此便可得理想变压器的电压变化规律为2121nnUU在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为 “ 铜损 ” 和“ 铁损 ” ） ，有21PP而111UIP，222UIP于是又得理想变压器的电流变化规律为2211IUIU，1221nnII（3）由此可见：理想变压器的理想化条件一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因数的差别）理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想条件下的新的表现形式。这里要求熟记理想变压器的两个基本公式是：a. 2121nnUU，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。b. 出入PP，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。c. 需要特别引起注意的是：只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：2211IUIU，1221nnII精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 4 页第4页 共 4 页变压器的输入功率由输出功率决定，往往用到：RnUnIUP/2112111，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。式中的R 表示负载电阻的阻值，而不是“ 负载 ” 。“ 负载 ” 表示副线圈所接的用电器的实际功率。实际上，R 越大，负载越小；R 越小，负载越大。这一点在审题时要特别注意。第五章传感器及其应用第 1 节揭开传感器的“面纱”1.传感器： 能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置，叫做传感器。2.作用：传感器通常应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化任务。由于电压、电流、电阻、电容和电感等电学量与压力、位移、速率、加速度、流量、温度、浓度等非电学量相比，更加便于仪表显示和用于自动控制，传感器通常需要把非电学量转化为电学量。3.分类： 按传感器工作原理的不同把传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。（1）物理传感器是利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息的传感器，如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等。物理传感器开发早、发展快、品种多、应用广，目前正向集成化、系列化、智能化方向发展。（2）化学传感器是利用化学反应识别和检测信息的传感器，如气敏传感器、湿敏传感器等。这类传感器很有发展前途，在环境保护、火灾报警、医疗卫生和家用电器方面有极其广泛的应用。（3）生物传感器是指利用生物化学反应识别和检测信息的传感器，它是由固定生物体材料和适当转换器件组合成的系统，如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。生物传感器与物理传感器和化学传感器的最大区别在于生物传感器的感受器中含有生命物质。将生物分子，如蛋白质、核酸等作为感受器， 更成为当代生物传感器发展的主流。这类传感器专一性好，易操作， 设备简单，测量快速准确，适用范围广。4.组成部分以及各部分的作用：传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路组成(如图 )，有时还需要加辅助电源。电学量电路转换元件转换元件敏感非电学量（1）敏感元件是传感器的核心部分，它是利用材料的某种敏感效应(如热敏、光敏、压敏、力敏、湿敏等 )制成的。（2）转换元件是传感器中能将敏感元件输出的、与被测物理量成一定关系的非电信号转换成电信号的电子元件。（3）转换电路的作用是将此电信号转换成易于传输或测量的电学量输出。5.常见传感器的工作原理：（1）光电传感器是一种能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转换成电信号的器件或装置。光敏电阻器是用金属硫化物等半导体材料制成的，当光照射到这些半导体物质上时，它的电阻率减小，阻值也随之减小。入射光强，电阻小；入射光弱，电阻大。不受光照射时，其电阻值是受光照射时的1001000 倍。光敏电阻器一般用于光的测量和光的控制。常见的光电传感器除了光敏电阻外，还有光敏晶体管、光电池等。与光敏电阻类似，它们都是利用某些物质在光照射下电学特性随之变化的性质制成的。（2）温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置。常见的温度传感器有热敏电阻和热电偶等。（3）半导体的电阻会随温度的变化而改变，热敏电阻就是利用半导体的这种特性制成的。（4）热敏电阻是一种灵敏度极高的温度传感器，在测温过程中响应非常快，利用热敏电阻制成的电子体温计能很快测出体温。家用电器(如电脑、空调、电冰箱等)的温度传感器主要使用热敏电阻。6,传感器的典型应用：（1）全自动洗衣机（2）自动门（3）指纹识别器（4）机器人精选学习资料 - 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