人教版高中物理选修3-2知识点总结.doc

选修3-2知识点第四章.电磁感应一.电磁感应现象只要穿过闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流，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，是1831年法拉第发现的。二.感应电流的产生条件1、回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的磁通量变化，因此研究磁通量的变化是关键，由磁通量的广义公式中（是B及S的夹角）看，磁通量的变化可由面积的变化引起；可由磁感应强度B的变化引起；可由B及S的夹角的变化引起；也可由B、S、中的两个量的变化，或三个量的同时变化引起。2、闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，可以产生感应电动势，感应电流，这是初中学过的，其本质也是闭合回路中磁通量发生变化。3、产生感应电动势、感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。三.产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,则有感应电流,如果回路不闭合，则只能出现感应电动势，而不会形成持续的电流我们看变化是看回路中的磁通量变化，而不是看回路外面的磁通量变化第二节.探究感应电流的方向一.感应电流方向的判定1.右手定则:伸开右手，使拇指跟其余的四指垂直且及手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指指向导线运动的方向, 四指所指的方向即为感应电流方向(电源).二、楞次定律：1、1834年德国物理学家楞次通过实验总结出：感应电流的方向总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。即磁通量变化感应电流感应电流磁场磁通量变化。2、当闭合电路中的磁通量发生变化引起感应电流时，用楞次定律判断感应电流的方向。楞次定律的内容：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流为磁通量变化。（口诀：增反减同，来拒去留，近躲离追）楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因，即只要有某种可能的过程使磁通量的变化受到阻碍，闭合电路就会努力实现这种过程：（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”，具体表现为：若产生感应电流的回路或其某些部分可以自由运动，则它会以它的运动来阻碍穿过路的磁通的变化；若引起原磁通变化为磁体及产生感应电流的可动回路发生相对运动，而回路的面积又不可变，则回路得以它的运动来阻碍磁体及回路的相对运动，而回路将发生及磁体同方向的运动；（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）。如图1所示，在O点悬挂一轻质导线环，拿一条形磁铁沿导线环的轴线方向突然向环内插入，判断在插入过程中导环如何运动。若按常规方法，应先由楞次定律 判断出环内感应电流的方向，再由安培定则确定环形电流对应的磁极，由磁极的相互作用确定导线环的运动方向。若直接从感应电流的效果来分析：条形磁铁向环内插入过程中，环内磁通量增加，环内感应电流的效果将阻碍磁通量的增加，由磁通量减小的方向运动。因此环将向右摆动。显然，用第二种方法判断更简捷。3、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。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。用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是不少情况下，不如用右手定则判定的方便简单。反过来，用楞次定律能判定的，并不是用右手定则都能判定出来。如图2所示，闭合图形导线中的磁场逐渐增强，因为看不到切割，用右手定则就难以判定感应电流的方向，而用楞次定律就很容易判定。 （“因电而动”用左手，“因动而电”用右手） 第三节.法拉第电磁感应定律五、法拉第电磁感应定律 公式一： 。注意: 1)该式普遍适用于求平均感应电动势。2)只及穿过电路的磁通量的变化率有关, 而及磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是否闭合、电路的结构及材料等因素无关。公式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: 1)回路及磁场垂直的面积S不变, 磁感应强度发生变化, 由, 此时, 此式中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, 那么产生的感应电动势是恒定电动势。2)磁感应强度B 不变, 回路及磁场垂直的面积发生变化, 则, 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。严格区别磁通量, 磁通量的变化量磁通量的变化率, 磁通量, 表示穿过研究平面的磁感线的条数, 磁通量的变化量, 表示磁通量变化的多少, 磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢, 公式二: 。要注意: 1)该式通常用于导体切割磁感线时, 且导线及磁感线互相垂直(lB )。2)为v及B的夹角。l为导体切割磁感线的有效长度(即l为导体实际长度在垂直于B方向上的投影)。 公式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？如图1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, 显然, AC各部分切割磁感线的速度不相等, , 且AC上各点的线速度大小及半径成正比, 所以AC切割的速度可用其平均切割速, 故。当长为L的导线，以其一端为轴，在垂直匀强磁场B的平面内，以角速度匀速转动时，其两端感应电动势为。公式三：面积为S的纸圈，共匝，在匀强磁场B中，以角速度匀速转坳，其转轴及磁场方向垂直，则当线圈平面及磁场方向平行时，线圈两端有最大有感应电动势。如图所示，设线框长为L，宽为d，以转到图示位置时，边垂直磁场方向向纸外运动，切割磁感线，速度为（圆运动半径为宽边d的一半）产生感应电动势，端电势高于端电势。边垂直磁场方向切割磁感线向纸里运动，同理产生感应电动热势。端电势高于端电势。边，边不切割，不产生感应电动势，两端等电势，则输出端MN电动势为。如果线圈匝，则，M端电势高，N端电势低。参照俯示图，这位置由于线圈长边是垂直切割磁感线，所以有感应电动势最大值，如从图示位置转过一个角度，则圆运动线速度，在垂直磁场方向的分量应为，则此时线圈的产生感应电动势的瞬时值即作最大值.即作最大值方向的投影，（是线圈平面及磁场方向的夹角）。当线圈平面垂直磁场方向时，线速度方向及磁场方向平行，不切割磁感线，感应电动势为零。总结：计算感应电动势公式：注意：区分感应电量及感应电流, 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, 在内迁移的电量(感应电量)为, 仅由回路电阻和磁通量的变化量决定, 及发生磁通量变化的时间无关。第四节.电磁感应现象的两种情况一.感生电动势产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电荷在非静电力的作用下定向运动，产生感应电 流，即导体中产生了感应电动势。大小： 判断方法：楞次定律二. 动生电动势产生：导体切割磁感线时，如果磁场不变化，空间就不存在感生电场，自由电荷不受电场力的作用，但自由电荷会随着导体棒切割磁感线的运动而受到洛伦兹力，这种情况下产生的电动势称为动生电动势。大小：第五节、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。在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。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, 如图2所示, 原来电路闭合处于稳定状态, L及并联, 其电流分别为, 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立即消失, 但是灯A及线圈L构成一闭合回路, 由于L的自感作用, 其中的电流不会立即消失, 而是在回路中逐断减弱维持暂短的时间, 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的电流是从开始减弱的, 如果原来, 则在灯A熄灭之前要闪亮一下; 如果原来, 则灯A是逐断熄灭不再闪亮一下。原来哪一个大, 要由L的直流电阻和A的电阻的大小来决定, 如果, 如果。由上例分析可知：自感电动势总量阻碍线圈（导体）中原电流的变化。自感电动势的大小跟电流变化率成正比。L是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，有铁芯则线圈的自感系数L越大。单位是亨利（H）。涉及到的问题：灯泡亮度变化的问题，灯泡或电阻电流方向的问题（自感现象中的图像问题）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。电磁感应及力学综合又分为两种情况：一、及运动学及动力学结合的题目（电磁感应力学问题中，要抓好受力情况和运动情况的动态分析），(1)动力学及运动学结合的动态分析，思考方法是：导体受力运动产生E感I感通电导线受安培力合外力变化a变化v变化E感变化周而复始地循环。循环结束时，a=0，导体达到稳定状态抓住a=0时，速度v达最大值的特点.例：如图所示，足够长的光滑导轨上有一质量为m，长为L，电阻为R的金属棒ab，由静止沿导轨运动，则ab的最大速度为多少（导轨电阻不计，导轨及水平面间夹角为，磁感应强度B及斜面垂直）金属棒ab的运动过程就是上述我们谈到的变化过程，当ab达到最大速度时： BlLmgsin I= E /R E =BLv由得：v=mgRsin/B2L2。(2)电磁感应及力学综合方法：从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律基本思路:受力分析运动分析变化趋向确定运动过程和最终的稳定状态由牛顿第二定律列方程求解导体运动v感应电动势E感应电流I安培力F磁场对电流的作用电磁感应阻碍闭合电路欧姆定律)注意安培力的特点： 纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦力也随之而变，导致物体的运动状态发生变化，在分析问题时要注意上述联系电磁感应中的动力学问题 解题关键：在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等，F=BIL临界状态v及a方向关系运动状态的分析a变化情况F=ma合外力运动导体所受的安培力感应电流确定电源（E，r）基本思路方法是： 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.求回路中电流强度. 分析研究导体受力情况（包含安培力，用左手定则确定其方向）.列动力学方程或平衡方程求解. ab沿导轨下滑过程中受四个力作用，即重力mg，支持力FN 、摩擦力Ff和安培力F安，如图所示，ab由静止开始下滑后，将是（为增大符号），所以这是个变加速过程，当加速度减到a=0时，其速度即增到最大v=vm，此时必将处于平衡状态，以后将以vm匀速下滑 (1)电磁感应定律及能量转化在物理学研究的问题中，能量是一个非常重要的课题，能量守恒是自然界的一个普遍的、重要的规律在电磁感应现象时，由磁生电并不是创造了电能，而只是机械能转化为电能而已，在力学中：功是能量转化的量度那么在机械能转化为电能的电磁感应现象时，是什么力在做功呢？是安培力在做功。在电学中，安培力做正功(电势差U)将电能机械能(如电动机)，安培力做负功(电动势E)将机械能电能，必须明确在发生电磁感应现象时，是安培力做功导致能量的转化功能关系：电磁感应现象的实质是不同形式能量的转化过程。因此从功和能的观点入手，分析清楚电磁感应过程中能量转化关系，往往是解决电磁感应问题的关健，也是处理此类题目的捷径之一。导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化，在回路中产生感应电流，机械能或其他形式能量便转化为电能，具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因此，电磁感应过程总是伴随着能量转化，用能量转化观点研究电磁感应问题常是导体的稳定运动（匀速直线运动或匀速转动），对应的受力特点是合外力为零，能量转化过程常常是机械能转化为内能，解决电磁感应能量转化问题的基本方法是: 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向. 画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表达式. 分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变及回路中电功率的改变所满足的方程. (2)电磁感应及动量、能量的综合 方法： (1)从受力角度着手，运用牛顿运动定律及运动学公式变化过程是：导体受力做切割B运动产生E感I感(出现及外力方向相反的安培力体现阻碍效果)导线做a的变加速直线运动(运动过程中v变，E感=BLv也变，F安=BlL亦变) 当F安=F外时，a=0，此时物体就达到最大速度导线受力做切割磁力线运动,从而产生感应电动势,继而产生感应电流,这样就出现及外力方向相反的安培力作用,于是导线做加速度越来越小的变加速直线运动,运动过程中速度v变,电动势BLv也变,安培力BIL亦变,当安培力及外力大小相等时,加速度为零,此时物体就达到最大速度(2)从动量角度着手，运用动量定理或动量守恒定律应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量，如在非匀变速运动问题应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题在相互平行的水平轨道间的双棒做切割磁感线运动时，由于这两根导体棒所受的安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒解决此类问题往往要应用动量守恒定律(3)从能量转化和守恒着手，运用动能定律或能量守恒定律基本思路：受力分析弄清哪些力做功，正功还是负功明确有哪些形式的能量参及转化，哪增哪减由动能定理或能量守恒定律列方程求解能量转化特点：其它能（如：机械能）电能内能（焦耳热）(3)电磁感应及电路 综合分析 要将电磁感应、电路的知识，甚至和力学知识综合起来应用。在电磁感应中切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，将它们接上电容器，便可使电容器充电；将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流，因此电磁感应问题又往往跟电路问题联系起来，解决这类问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律：如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等；另一方面又要考虑电路中的有关规律：如欧姆定律，串并联电路的性质等。解决电磁感应及电路综合问题的基本思路是： (1)确定电源明确哪部分相当于电源(产生感应电流或感应电动势的那部分电路)就相当于电源，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路利用法拉第电磁感应定律 E大小，利用楞次定律 E的正负极 (及I感方向)需要强调的是：在电源内部电流是由负极流向正极的，在外部从正极流向外电路，并由负极流入电源如无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向(2)分析电路结构，画出等效电路图(3)利用电路规律求解主要闭合电路欧姆定律、串并联电路性质特点、电功、电热的公式求解未知物理量(4)图象问题 电磁感应中常涉及磁感应强度B、 磁通量、 感应电动势E或e 和 感应电流I随时间t变化的图线，即Bt图线、 一t图线、 e一t图线 和I一t图线。对于切割产生应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随位移X变化的图线，即eX图线和IX图线。这些图象问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象，或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量，不管是何种类型，电磁感应中的图象常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和感应电流的大小。电磁感应现象中图像问题的分析，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势（电流）大小是否恒定.用楞次定律判断出感应电动势（或电流）的方向，从而确定其正负，以及在坐标中的范围.   另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的意义把图像反映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的抽象规律对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断. 棒平动切割B时达到的最大速度问题；及电路中产生的热量Q；通过导体棒的电量问题 （为导体棒在匀速运动时所受到的合外力）。求最大速度问题，尽管达最大速度前运动为变速运动，感应电流(电动势)都在变化，但达最大速度之后，感应电流及安培力均恒定，计算热量运用能量观点处理，运算过程得以简捷。Q=WF -Wf- （WF 为外力所做的功； Wf-为克服外界阻力做的功）；感应电量（一）电磁感应中的“双杆问题” 电磁感应中“双杆问题”是学科内部综合的问题，涉及到电磁感应、安培力、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律及能量守恒定律等。要求学生综合上述知识，认识题目所给的物理情景，找出物理量之间的关系，因此是较难的一类问题，也是近几年高考考察的热点。下面对“双杆”类问题进行分类例析aa/bb/dd/cc/efgh1、“双杆”向相反方向做匀速运动：当两杆分别向相反方向运动时，相当于两个电池正向串联。Bv0Lacdb2.“双杆”同向运动，但一杆加速另一杆减速vv当两杆分别沿相同方向运动时，相当于两个电池反向串联。3. “双杆”中两杆都做同方向上的加速运动。“双杆”中的一杆在外力作用下做加速运动，另一杆在安培力作用下做加速运动，最终两杆以同样加速度做匀加速直线运动。4“双杆”在不等宽导轨上同向运动。“双杆”在不等宽导轨上同向运动时，两杆所受的安培力不等大反向，所以不能利用动量守恒定律解题。第五章.交变电流 描述交变电流的物理量和图象一）交流电的产生及变化规律：（1）产生：强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。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51所示，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。图51（2）变化规律：（1）中性面：及磁力线垂直的平面叫中性面。线圈平面位于中性面位置时，如图52（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 。图52当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时（即线圈平面及磁力线平行时）如图52（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。（伏） （N为匝数）（2）感应电动势瞬时值表达式：若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：（伏）如图52（B）所示。感应电流瞬时值表达式：（安）若从线圈平面及磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：（伏）如图52（D）所示。感应电流瞬时值表达式：（安）二）表征交流电的物理量：（1）瞬时值、最大值和有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流电和恒定直流分别通过同样阻值的电阻，如果二者热效应相等（即在相同时间内产生相等的热量）则此等效的直流电压，电流值叫做该交流电的电压，电流有效值。正弦（或余弦）交流电电动势的有效值和最大值的关系为：交流电压有效值；交流电流有效值。注意：通常交流电表测出的值就是交流电的有效值。用电器上标明的额定值等都是指有效值。用电器上说明的耐压值是指最大值。（2）周期、频率和角频率交流电完成一次周期性变化所需的时间叫周期。以T表示，单位是秒。交流电在1秒内完成周期性变化的次数叫频率。以f表示，单位是赫兹。周期和频率互为倒数，即。我国市电频率为50赫兹，周期为0.02秒。角频率： 单位：弧度/秒交流电的图象：图象如图53所示。图象如图54所示。三）正弦交变电流的函数表达式u=Umsinti=Imsint七、电感和电容对交变电流的影响电感对交变电流有阻碍作用，阻碍作用大小用感抗表示。低频扼流圈，线圈的自感系数很大，作用是“通直流，阻交流”；高频扼流圈，线圈的自感系数很小，作用是“通低频，阻高频”电容对交变电流有阻碍作用，阻碍作用大小用容抗表示耦合电容，容量较大，隔直流、通交流高频旁路电容，容量很小，隔直流、阻低频、通高频八、变压器一）理想变压器的效率为1，即输入功率等于输出功率。对于原、副线圈各一组的变压器来说（如图56），原、副线圈上的电压及它们的匝数成正。即因为有，因而通过原、副线圈的电流强度及它们的匝数成反比。即注意：1、理想变压器各物理量的决定因素输入电压U1决定输出电压U2，输出电流I2决定输入电流I1，输入功率随输出功率的变化而变化直到达到变压器的最大功率（负载电阻减小，输入功率增大；负载电阻增大，输入功率减小）。2、一个原线圈多个副线圈的理想变压器的电压、电流的关系U1:U2:U3:=n1:n2:n3: I1n1=I2n2+I3n3+因为，即，所以变压器中高压线圈电流小，绕制的导线较细，低电压的线圈电流大，绕制的导线较粗。上述各公式中的I、U、P均指有效值，不能用瞬时值。3、解决变压器问题的常用方法动态分析问题的思路程序可表示为：U1P1二）电能的输送由于送电的导线有电阻，远距离送电时，线路上损失电能较多。在输送的电功率和送电导线电阻一定的条件下，提高送电电压，减小送电电流强度可以达到减少线路上电能损失的目的。线路中电流强度I和损失电功率计算式如下：注意：送电导线上损失的电功率，不能用求，因为不是全部降落在导线上。第六章、传感器的及其工作原理有一些元件它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。光敏电阻在光照射下电阻变化的原因：有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。光照越强，光敏电阻阻值越小。金属导体的电阻随温度的升高而增大，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。金属热电阻及热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。十、传感器的应用1光敏电阻2热敏电阻和金属热电阻3电容式位移传感器4力传感器将力信号转化为电流信号的元件。5霍尔元件 霍尔元件是将电磁感应这个磁学量转化为电压这个电学量的元件。传感器执行机构计算机系统显示器外部磁场使运动的载流子受到洛伦兹力，在导体板的一侧聚集，在导体板的另一侧会出现多余的另一种电荷，从而形成横向电场；横向电场对电子施加及洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力及洛伦兹力达到平衡时，导体板左右两例会形成稳定的电压，被称为霍尔电势差或霍尔电压1传感器应用的一般模式2传感器应用：力传感器的应用电子秤声传感器的应用话筒温度传感器的应用电熨斗、电饭锅、测温仪光传感器的应用鼠标器、火灾报警器传感器的应用实例：1光控开关2温度报警器第 17 页