物理選修_3-2知識點與考點

1、選修3-2知識點（考點）與教學(xué)要求考點56 .電磁感應(yīng)現(xiàn)象I只要穿過閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果電路不閉合只會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，是1831年法拉第發(fā)現(xiàn)的?？键c57 .感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件H1、回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的條件是回路所圍面積中的磁通量變化，因此研究磁通量的變化是關(guān)鍵，由磁通量的廣義公式中B - Ssin （是B與S的夾角）看，磁通量的變化可由面積的變化S引起；可由磁感應(yīng)強度 B的變化 B引起；可由B與S的夾角 的變化引起；也可由B、S、中的兩個量的變化，或三個量的同時變化引起。2、閉合回路中的一部分導(dǎo)體在磁場中

2、作切割磁感線運動時，可以產(chǎn)生感應(yīng)電動勢， 感應(yīng)電流，這是初中學(xué)過的，其本質(zhì)也是閉合回路中磁通量發(fā)生變化。3、產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化?？键c58 .法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律H電磁感應(yīng)規(guī)律：感應(yīng)電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律確定。BLv 當(dāng)長 L的導(dǎo)線，以速度v,在勻強磁場 B中，垂直切割磁感線，其兩端間感應(yīng) 電動勢的大小為。A X-Tt如圖所示。設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流強度為 I, MN間電動勢 為，則MN受向左的安培力 F BIL ,要保持MN以v 勻速向右運動，所施外力 F' F BIL,當(dāng)行進位移為 S 時，外力功 W BI L S BILv t。

3、t為所用時間。W W,則 I t BILv - t。而在t時間內(nèi)，電流做功 W' I - t ,據(jù)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，BIv , M點電勢高，N點電勢低。此公式使用條件是B、I、v方向相互垂直，如不垂直，則向垂直方向作投影。公式 n / t。注意：1）該式普遍適用于求平均感應(yīng)電動勢。2） 口只與穿過電路的磁通量的變 化率 / t有關(guān)，而與磁通的產(chǎn)生、磁通的大小及變化方式、電路是否閉合、電路的結(jié)構(gòu)與材料等因素?zé)o關(guān)。公式二： Blvsin 。要注意：1）該式通常用于導(dǎo)體切割磁感線時，且導(dǎo)線與磁感線互相垂直 （l B ）。2） 口為v與B的夾角。l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度 （即l為導(dǎo)體實際長度在

4、垂直于 B方向上的投影）。 公式|n一J中涉及到磁通量的變化量的計算，對口的計算，一般遇到有兩種情況：1）回路與磁場垂直的面積S不變，磁感應(yīng)強度發(fā)生變化，由|BSl,此時nS t此式中的用叫磁感應(yīng)強度的變化率，若用是恒定的，即磁場變化是均勻的，那么產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定電動勢。2）磁感應(yīng)強度 B不變，回路與磁場垂直的面積發(fā)生變化，則 B S ,線圈繞垂直于勻強磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電動勢就屬這種情況。嚴(yán)格區(qū)別磁通量 口，磁通量的變化量匚B磁通量的變化率匕|,磁通量 B . S|,表示穿過 研究平面的磁感線的條數(shù) ，磁通量的變化量|2 1,表示磁通量變化的多少,磁通量的變化率匕卜示磁通量變化的

5、快慢，公式|Blv |一般用于導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度相同，對有些導(dǎo)體各部x 2 |分切割磁感線的速度不相同的情況，如何求感應(yīng)電動勢？產(chǎn)氣* 乂 乂 x如圖1所示，一長為l的導(dǎo)體桿AC繞A點在紙面內(nèi)以角速度 勻速車專動,轉(zhuǎn)動圖1的區(qū)域的有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)弓II度為 B,求AC產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，顯然，AC各部分切割磁感線的速度不相等Va 0,vcl ,且AC上各點的線速度大小與半徑成正比，所以ACvVavcvcl,故1 -B2 l2222切割的速度可用其平均切割速O1-2 4, BL2 當(dāng)長為L的導(dǎo)線，以其一端為軸，在垂直勻強磁場2B的平面內(nèi)，以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，其兩端感應(yīng)電動勢

6、為。如圖所示，AO導(dǎo)線長L,以O(shè)端為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動一周，所用時間t 2_,描過面積 S L2,（認為面積變化由0增到L2）2則磁通變化 B - L。在AO間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢A端電勢高，OB L21o - -BL且用右手7E貝U制7Et 2 /2端電勢低。面積為S的紙圈，共n匝，在勻強磁場B中，以角速度 勻速轉(zhuǎn)坳,其轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，則當(dāng)線圈平面與磁場方向平行時，線圈兩端有最大有感應(yīng)電動勢如圖所示，設(shè)線框長為 L,寬為d,以 轉(zhuǎn)到圖示位置時，ab邊垂直磁場方向向紙外運動, 切割磁感線，速度為 v d （圓運動半徑為寬邊 d的一半）產(chǎn)生感應(yīng)電動勢2- d 1 一 、一、，BL v BL B

7、S，a端電勢高于b端電勢。221一BS 。 c漏電勢圖2cd邊垂直磁場方向切割磁感線向紙里運動，同理產(chǎn)生感應(yīng)電動熱勢于e端電勢。bc邊，ae邊不切割，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，b . c兩端等電勢，則輸出端M . N電動勢為BS如果線圈n匝，則 m n B - S , M端電勢高，N端電勢低。如從圖參照俯示圖，這位置由于線圈長邊是垂直切割磁感線，所以有感應(yīng)電動勢最大值示位置轉(zhuǎn)過一個角度，則圓運動線速度V,在垂直磁場方向的分量應(yīng)為 vcos ,則此時線圈的產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的瞬時值即作最大值m.cos .即作最大值方向的投影，n B S cos（是線圈平面與磁場方向的夾角）。當(dāng)線圈平面垂直磁場方向時，線速度

8、方向與磁場方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電動勢為零。總結(jié)：計算感應(yīng)電動勢公式：/如V是即時速度，則 為即時感應(yīng)電動勢。 BLv ,、如v是平均速度，則 為平均感應(yīng)電動勢。/ t是一段時間，為這段時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢。1 2nBLt t o,為即時感應(yīng)電動勢。2n B S , cos （是線圈平面與磁場方向的夾角）。m nBS 線圈平面與磁場平行時 有感應(yīng)電動勢最大值 n EBJS- cos瞬時值公式， 是線圈平面與磁場方向 夾角注意：公式中字母的含義，公式的適用條件及使用圖景。區(qū)分感應(yīng)電量與感應(yīng)電流，回路中發(fā)生磁通變化時，由于感應(yīng)電場的作用使電荷發(fā)生定向移動而形成感應(yīng)電流，在匚0內(nèi)遷移的電量（

9、感應(yīng)電量）為q I t t - t n一 ,僅由回路電阻和磁通量的變化量決定，與發(fā)生磁通量變化的時R R t R間無關(guān)。因此，當(dāng)用一磁棒先后兩次從同一處用不同速度插至線圈中同一位置時，線圈里聚積的感應(yīng)電量相等，但快插與慢插時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流不同，外力做功也不同。楞次定律：1、1834年德國物理學(xué)家楞次通過實驗總結(jié)出：感應(yīng)電流的方向總是要使感應(yīng)電流的磁場阻 礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。一、， 產(chǎn)生 ,t一 建立 ,阻礙 一、， 即磁通量變化感應(yīng)電流感應(yīng)電流磁場磁通量變化。2、當(dāng)閉合電路中的磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流時，用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場總是阻

10、礙引起感應(yīng)電流為磁通量變化。楞次定律是判斷感應(yīng)電動勢方向的定律，但它是通過感應(yīng)電流方向來表述的。通過感應(yīng)電流的磁場方向和原磁通的方向的相同或相反，來達到“阻礙”原磁通的“變化”即減或增。這樣一個復(fù)雜的過程，可以用圖表理順如下：(這個不太好理解、不過很好用 口訣：增縮減擴，來拒去留)電磁感應(yīng)閉合電路電一磁效應(yīng)京變一LE吟L/感 ，媼阻礙變化楞次定律楞次定律也可以理解為：感應(yīng)電流的效果總是要反抗(或阻礙)產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，即只要有某種可能的過程使磁通量的變化受到阻礙，閉合電路就會努力實現(xiàn)這種過程：(1)阻礙原磁通的變化(原始表述)；(2)阻礙相對運動，可理解為“來拒去留”，具體表現(xiàn)為：若產(chǎn)生感應(yīng)

11、電流的回路或其某些部分可以自由運動，則它會以它的運動來阻礙穿過路的磁通的變化；若引起原磁通變化為磁體與產(chǎn)生感應(yīng)電流的可動回路發(fā)生相對運動，而回路的面積又不可變， 則回路得以它的運動來阻礙磁體與回 路的相對運動，而回路將發(fā)生與磁體同方向的運動；(3)使線圈面積有擴大或縮小的趨勢；(4)阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)。利用上述規(guī)律分析問題可獨辟蹊徑，達到快速準(zhǔn)確的效果。如圖 1所示，在O點懸掛一輕質(zhì)導(dǎo)線環(huán)，拿一條形磁鐵沿導(dǎo)線環(huán)的軸線方向突然向環(huán)內(nèi)插入，判斷在插入過程中導(dǎo)環(huán)如何運動。若按常規(guī)方法，應(yīng)先由楞次定律判斷出環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向，再由安培定則確定環(huán)形電流對應(yīng)的磁極，由磁極的相互作用確定導(dǎo)線環(huán)的運

12、動方向。若直接從感應(yīng)電流的效果來分析：條形磁鐵向環(huán)內(nèi)插入過程中，環(huán)內(nèi)磁通量增加，環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的效果將阻礙磁通量的增加，由磁通量減小的方向運動。因此環(huán)將向右擺動。顯然，用第二種方法判斷更簡捷。應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的具體步驟:(1)查明原磁場的方向及磁通量的變化情況;(2)根據(jù)楞次定律中的“阻礙”確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向；(3 )由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向用安培表判斷出感應(yīng)電流的方向。3、當(dāng)閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時，用右手定則可判定感應(yīng)電流的方向。運動切割產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例，所以判定電流方向的右手定則也是楞次定律的特例。用右手定則能判定的，一定也

13、能用楞次定律判定，只是不少情況下，不如用右手定則判定的方便簡單。反過來，用楞次 定律能判定的，并不是用右手定則都能判定出來。如圖 2所示，閉合圖形導(dǎo)線中的磁場逐漸增強，因為看不到切割，用右手定則就難以判定感應(yīng)電流的方向，而用楞次定律就很容易判定。(“因電而動”用左手，“因動而電”用右手)考點59 .互感自感渦流I互感：由于線圈A中電流的變化，它產(chǎn)生的磁通量發(fā)生變化，磁通量的變化在線圈B中激發(fā)了感應(yīng)電動勢。這種現(xiàn)象叫互感。自感現(xiàn)象是指由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢。自感系數(shù)簡稱自感或電感，它是反映線圈特性的物理量。線圈越長，單位長度上的匝數(shù)越多，

14、截面積越大，它的自感系數(shù)就越大。另外 ，有鐵心的線圈的自感系數(shù)比沒有 鐵心時要大得多O自感現(xiàn)象分通電自感和斷電自感兩種，其中斷電自感中“小燈泡在熄滅之前是否要閃亮一下”的問 題，如圖2所示，原來電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài),L與垣并聯(lián)，其電流分別為|lL和Ia| ,方向都是從左到右。在斷開 S的瞬間，燈A中原來的從左向右的電流 I a立即消失，但是燈A與線圈L構(gòu)成一閉 合回路，由于L的自感作用，其中的電流Il不會立即消失，而是在回路中逐斷減弱維持暫短的時間，在這個時間 內(nèi)燈A中有從右向左的電流通過,此時通過燈 A的電流是從 回開始 減弱的，如果原來Il I a,則在燈A熄滅之前要閃亮一下；如果原 來I

15、 l I a ,則燈A是逐斷熄滅不再閃亮一下。 原來I l和I a哪一個大,要由L的直流電阻回和 A的電阻RA的大小來決定，如果| RlRa,則Il Ia ,如果RL RA , 1 L 1 A2、由于線圈（導(dǎo)體）本身電流的變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢叫自感電動勢。由上例分析可知：自感電動勢總量阻礙線圈（導(dǎo)體）中原電流的變化。3、自感電動勢的大小跟電流變化率成正比。L是線圈的自感系數(shù)，是線圈自身性質(zhì)，線圈越長，單位長度上的匝數(shù)越多，截面積越大，有鐵芯則線圈的自感系數(shù) L越大。單位是亨利（H）。如是線圈的電流每秒鐘變化 1A,在線圈可以產(chǎn)生1V的自感電動勢，則線圈

16、的自感系數(shù)為1H。 還有毫亨（mH ）,微亨（H ）。渦流及其應(yīng)用1 .變壓器在工作時，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢外，變化的磁通量也會在鐵芯中產(chǎn)生 感應(yīng)電流。一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng) 電流叫做渦流2 .應(yīng)用：（1 新型爐灶電磁爐。（2）金屬探測器：飛機場、火車站安全檢查、掃雷、探礦?？键c60 .交變電流 描述交變電流的物理量和圖象I、交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律:(1)產(chǎn)生：強度和方向都隨時間作周期性變化的電流叫交流電。矩形線圈在勻強磁場中，繞垂直于勻強磁場的線圈的對稱軸作勻速轉(zhuǎn)動時，如圖5 1所示,產(chǎn)生正弦(或余弦)交流電動勢。當(dāng)外電路閉合時

17、形成正弦(或余弦)交流電流。圖5 1(2)變化規(guī)律：(1)中性面：與磁力線垂直的平面叫中性面。線圈平面位于中性面位置時，如圖52 (A)所示，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量變化率為零。因此，感應(yīng)電動勢為零。圖525-2 (C)m 2 N B l v N - B - S(伏)(N為匝數(shù))當(dāng)線圈平面勻速轉(zhuǎn)到垂直于中性面的位置時(即線圈平面與磁力線平行時)如圖 所示，穿過線圈的磁通量雖然為零，但線圈平面內(nèi)磁通量變化率最大。因此，感應(yīng)電動勢值最大。(2)感應(yīng)電動勢瞬時值表達式:若從中性面開始， 感應(yīng)電動勢的瞬日值表達式：e m sin t （伏）如圖5 2 （B）所示。感應(yīng)電流瞬時值表達式：i Im

18、sin t （安）若從線圈平面與磁力線平行開始計時，則感應(yīng)電動勢瞬時值表達式為：e m - cos t （伏） 如圖5 2 （D）所示。感應(yīng)電流瞬時值表達式：i Im - cos t （安）、表征交流電的物理量:（1）瞬時值、最大值和有效值:交流電在任一時刻的值叫瞬時值。瞬時值中最大的值叫最大值又稱峰值。交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流電和恒定直流分別通過同樣阻值的電阻，如果二者熱效應(yīng)相等 （即在相同時間內(nèi)產(chǎn)生相等的熱量）則此等效的直流電壓，電流值叫做該交流電的電壓，電流有效值。20.707 m正弦（或余弦）交流電電動勢的有效值和最大值口的關(guān)系為：交流電壓有效值|U 0.707U

19、m|;交流電流有效值|I0707I注意：通常交流電表測出的值就是交流電的有效值。用電器上標(biāo)明的額定值等都是指有效值。 用電器上說明的耐壓值是指最大值。（2）周期、頻率和角頻率交流電完成一次周期性變化所需的時間叫周期。以T表示，單位是秒。交流電在1秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫頻率。以 f表示，單位是赫茲。周期和頻率互為倒數(shù)，即我國市電頻率為 50赫茲，周期為0.02秒。角頻率:單位：弧度/秒交流電的圖象:e m - sin t圖象如圖5 3所示?？键c61 o正弦交變電流的函數(shù)表達式Iu=U msin wti=I msin cot考點62 .電感和電容對交變電流的影響I電感對交變電流有阻礙作用，阻礙

20、作用大小用感抗表示。低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)L很大，作用是“通直流，阻交流”高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)L很小，作用是“通低頻，阻高頻”電容對交變電流有阻礙作用，阻礙作用大小用容抗表示耦合電容，容量較大，隔直流、通交流高頻旁路電容，容量很小，隔直流、阻低頻、通高頻考點63 .變壓器I變壓器是可以用來改變交流電壓和電流的大小的設(shè)備。理想變壓器的效率為 1,即輸入功率等于輸出功率。對于原、副線圈各一組的變壓器來說（如圖5 6）,原、副線圈上的電壓與它們的匝數(shù)成正。因為有U1 , I1 U 2 4 I 2 ,因而通過原、副線圈的電流強度與它們的匝數(shù)成反比。注意：1 .理想變壓器各物理量的決定因素輸入

21、電壓Ui決定輸出電壓 U2,輸出電流I2決定輸入電流II ,輸入功率隨輸出功率的變化而 變化直到達到變壓器的最大功率（負載電阻減小，輸入功率增大；負載電阻增大，輸入功率減小）2. 一個原線圈多個副線圈的理想變壓器的電壓、電流的關(guān)系Ui:U2：U3：- = ni：n2：n3：Iini=l2n2+I3n3+因為艮PU,即口 I1 U2 I2|,所以變壓器中高壓線圈電流小，繞制的導(dǎo)線較細，低 電壓的線圈電流大，繞制的導(dǎo)線較粗。上述各公式中的I、U、P均指有效值，不能用瞬時值。（3）電壓互感器和電流互感器電壓互感器是將高電壓變?yōu)榈碗妷?，故其原線圈并聯(lián)在待測高壓電路中；電流互感器是將大電流變?yōu)樾‰娏鳎?/p>

22、其原線圈串聯(lián)在待測的高電流電路中。（二）解決變壓器問題的常用方法思路i電壓思路。變壓器原、副線圈的電壓之比為Ui/U2=ni/n2；當(dāng)變壓器有多個副繞組時Ui/ni = U2/n2 = U3/ n3 =思路2功率思路。理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出，即P1 = P2；當(dāng)變壓器有多個副 繞組時Pi= P2+P3 +思路3電流思路。由I=P/U知，對只有一個副繞組的變壓器有Ii/l2=n2/ni；當(dāng)變壓器有多 個副繞組時 nili = n2I2+ n3l3+思路4 （變壓器動態(tài)問題）制約思路。（1）電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（ni/n2）一定時，輸出電壓 U2由輸入電壓決定，即U

23、2=n2Ui/ni,可簡述為“原制約副”.（2）電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（ ni/n2）一定，且輸入電壓 Ui確定時，原線 圈中的電流Ii由副線圈中的輸出電流 I2決定，即Ii=n2l2/ni,可簡述為“副制約原”.（3）負載制約：變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2= P負1+P負2+；變壓 器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓 U2確定，I2=P2/U2；總功率P總=P線+ P2.動態(tài)分析問題的思路程序可表示為:U. n,U 9i iI 2PIiUiPi決定/ At相等；當(dāng)遇到 “ 口 I”Ui U2 n2 u 2 R 負載 I PP2(IiUiI2U2)I決定2 決定2決定1思路5原理思路。變壓器原線圈中磁通量發(fā)生變化，鐵芯中A 型變壓器時有Ai/ At= A2/ At+ A3/ At,此式適用于交流電或電壓（電流）變化的直流電，但不適用于穩(wěn)壓或恒定電流的情況.考點64 .電能的輸送I由于送電的導(dǎo)線有電阻，遠距離送電時，線路上損失電能較多。在輸送的電功率和送電導(dǎo)線電阻一定的條件下，提高送電電壓，減小送電電流強度可以達到減 少線路上電能損失的目的。線路中電流強度I和損失電功率計算式如下:I UP損 12 R 線U注意：送電導(dǎo)線上損失的電功率，不能用P損 R一求，因為巴不是全部降落在導(dǎo)線上。考點65 .傳感器的及其工作原