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高考高中物理必考知識(shí)點(diǎn):磁場(chǎng)?第九章物態(tài)及物態(tài)變化?詳解
第三童磁場(chǎng)
續(xù)表
A.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)以中,若磁感線
與平面不垂直,公式4>=BS中
的S應(yīng)為平面在垂宜于磁感線
方向上的投影面積?稱為有效
而積,如圖所示
公對(duì)S的
式理解B.如圖所示.若閉合回路所
一…、
在平面與有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)3垂/xB、\
,\
江,且回路面積大于磁場(chǎng)t1
S?xXXxl
區(qū)域的截面積S「中=BS中\(zhòng)£/'
\XXX/
S應(yīng)是闈合同路中包含磁場(chǎng)
的那部分有效面積S?
磁通過(guò)是標(biāo)心?.但育正負(fù)之分.它的正、負(fù)符號(hào)僅表示磁感
標(biāo)矢性
線的貫穿方向
單位卡伯,簡(jiǎn)稱韋?符號(hào)Wb,lWb=lT-nr
求磁通盤時(shí)要按代
數(shù)和的方法求總的
磁通量(穿過(guò)該面的
磁感線的凈條數(shù)兀
如圖所示.穿過(guò)環(huán)a
的磁通量大于穿過(guò)
備注
環(huán)〃的磁通量
通過(guò)線圈的磁通量,與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)
勿=v?即磁感應(yīng)強(qiáng)度在數(shù)值上等「單位面積上的磁通1k
故磁感應(yīng)強(qiáng)度乂稱為磁通密度?單位也可以寫作Wb
四安培力與洛倫茲力
I.安培力與洛倫茲力
安培力洛倫茲力
定義通電導(dǎo)淺在磁場(chǎng)中受到的力運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受到的力
/與3垂直時(shí):F—v與8垂宜時(shí):
/與8平行時(shí):尸=。0與3平行時(shí):F=0
大小
/與8成。角時(shí):F=
0與B成夕角時(shí):F=qvBs\n0
/LBsin0
伸開左手?使大拇指與其余四指
伸開左手?使大拇指與其
垂宜并與手掌處于同一平面內(nèi)?
左手余四指垂宜并與手掌處于
將手放入磁場(chǎng),讓磁感線穿過(guò)手
定則同一平面內(nèi).將手放入磁
心?讓伸開的四指指向正電荷運(yùn)
(判場(chǎng),讓磁感線穿過(guò)手心.讓
動(dòng)的方向(或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方
斷方伸開的四指指向電流方
方向.即形成電流的方向).則大拇
法)向.那么大拇指所指的方
向指所指的方向即洛倫茲力的
向即安培力的方向
方向
同時(shí)垂宜尸電流與磁場(chǎng)方同時(shí)垂]-£于速度與磁場(chǎng)方向,即
特點(diǎn)向,即垂直于電流與磁場(chǎng)垂由于速度與磁場(chǎng)所決定的
所決定的平面平面
①安培力做功與路徑有關(guān)①洛倫茲力不做功
做功
②安培力做功可引起電能②洛倫茲力的分力可以做功?但一
特點(diǎn)
與其他形式能之間的轉(zhuǎn)化對(duì)分力所做的總功一定為零
(1)安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn).洛倫茲力是安培力的微
觀本質(zhì)
相互
關(guān)系
(2)通電導(dǎo)體所受安培力是其內(nèi)部所有自由電荷定向移動(dòng)所
受洛倫茲力的總和
第三章磁場(chǎng)
續(xù)表
安培力洛倫茲力
①L是有效K度
②勾強(qiáng)磁場(chǎng)中有效K度是①??衫斫鉃閹щ娏V相對(duì)磁場(chǎng)
導(dǎo)體兩端點(diǎn)連線在垂宜磁運(yùn)動(dòng)的速度
備注
場(chǎng)方向投影的K度②洛倫茲力與速度有關(guān),運(yùn)動(dòng)過(guò)
③勻強(qiáng)磁場(chǎng)中任意形狀的程與受力相對(duì)應(yīng)
閉合線圈其有效K度為o
2.磁電式電流表
(1)用途:電流表是用來(lái)測(cè)定電流大小和方
向的儀器。
(2)基本組成部分:磁鐵和放在磁鐵兩極之
間的線圈。
(3)構(gòu)造:
磁電式電流表的構(gòu)造如圖所示。在很強(qiáng)的
蹄形磁鐵的兩極間仃一個(gè)固定的圓柱形鐵
芯.鐵芯的外面套著一個(gè)可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的
鋁框?鋁框上繞有線圈.鋁框的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上裝
右兩個(gè)螺旋彈簧和一個(gè)指針。線圈的兩端分別接在這兩個(gè)螺旋彈簧
上?被測(cè)電流就是經(jīng)過(guò)這兩個(gè)彈簌流入線圈的。
(4)T.作原理:
蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場(chǎng)是均勻地軸向分
布的,如圖所示,不管通電線圈轉(zhuǎn)到什么角
度,它的平面都跟磁感線平行。在距軸線等
距離處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小總是相等的?保
iiEB的大小不發(fā)生變化,且安培力的方向與
線圈垂且。若通電線圈的匝數(shù)為N?則線圈
所受的磁場(chǎng)力矩M=NB/S,由于NBS為定值.所以M,與電流I成正
比。平衡時(shí)?夕.所以,測(cè)量時(shí)指針偏轉(zhuǎn)的角度與電流的大小成正比,
可以用指針的偏轉(zhuǎn)角度來(lái)指示電流的大小,這種電流計(jì)的刻度是均勻
第三章磁場(chǎng)
六帶電粒子在勻強(qiáng)復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
1.無(wú)約束情景下帶電粒子在勻強(qiáng)復(fù)合場(chǎng)中的常見運(yùn)動(dòng)形式
%〃B(E)勻變速直線運(yùn)動(dòng)
電B//E垂直于8的平而內(nèi)以5做勻速圓周運(yùn)動(dòng).沿E
場(chǎng)的方向上做勻變速直線運(yùn)動(dòng)
與
勻速直線運(yùn)動(dòng)(此時(shí)要求ulBUu±E,^=
磁F電與F海
與
場(chǎng)B±E等值反向
其他情況復(fù)雜曲線運(yùn)動(dòng)
重力、電場(chǎng)力、勻速宜線運(yùn)動(dòng)(反過(guò)來(lái),帶電粒子受到洛倫茲力
電
磁洛倫茲力三力而做宜線運(yùn)動(dòng)時(shí)?必是勻速直線運(yùn)動(dòng),三力必平
場(chǎng)平衡時(shí)衡)
與
重
力重力、電場(chǎng)力
場(chǎng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)(反過(guò)來(lái).帶電粒子做勻速圓周運(yùn)
平衡,洛倫茲力
動(dòng)時(shí),重力必與電場(chǎng)力相平衡)
不為零時(shí)
2.電磁儀器
(1)速度選擇器
①平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度8互相垂直.這種裝置能把具布.
一定速度的粒子選擇出來(lái).所以叫做速度選擇器.如圖所示。
②帶電粒子能夠沿直線勻速通過(guò)速度選擇器的條件是,盧=平小.即
叁,與帶出粒子的質(zhì)量,所帶電荷的正位、電荷后均無(wú)關(guān),只與速度有關(guān)。
③若.五電〉廠洛?粒子向電場(chǎng)力方向偏?電場(chǎng)力做正功.粒子,動(dòng)能增
加;省心”.F電VF濟(jì)?粒子向磁場(chǎng)力力一向偏?電場(chǎng)力做負(fù)功.動(dòng)能減少。
(2)質(zhì)譜儀
①質(zhì)譜儀:用來(lái)分析各種元素并測(cè)凝其質(zhì)城及含屬百分比的儀器。
②構(gòu)造:如圖所示?主要由以下幾部分組成:①帶電粒子發(fā)射器;②加速
電場(chǎng)(U);③速度選擇器(8、E);④偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(星)°
m①
?y
***B2
③工作原理:設(shè)加速電壓為U,速度選擇器內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為£.磁感應(yīng)強(qiáng)度
為其.偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為我?所以應(yīng)有心=)〃源?只有0=吉的
粒廣才被選出進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng).根據(jù)牛頓第二定律得關(guān)系式伊凡=7〃).
由上述公式可得出需要研究的物理心如粒子軌道半徑、粒子?質(zhì)后、比荷:
1[2mUq一度(I2U
BNq2UL〃一段/
在,/相同時(shí),〃?8r,不同質(zhì)量的同位素從不同處可得到分離,故質(zhì)譜儀
乂是分離同位素的重要儀器。
(3)回旋加速器
①構(gòu)造
回旋加速器的核心部件是兩個(gè)D形扁金屬盒.整個(gè)裝置放在式空容器
中,如圖所示。
a兩個(gè)D形盒之間留有?個(gè)窄縫,在中心位置放有粒子源。
b兩個(gè)D形盒分別接在高頻交變電源的兩極上.在兩盒間的窄縫中形成
一HQ
第三章磁場(chǎng)
一個(gè)方向呈周期性變化的交變電場(chǎng)。
②原理
利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒.r-的加速作用和磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來(lái)次得
高能粒子,如圖所示。
a磁場(chǎng)的作用:帶電粒:以某一速度垂宜于磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí).只
在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng).其中周期與速度和半徑無(wú)關(guān).使帶
電粒:每次進(jìn)入D形盒中都能運(yùn)動(dòng)相等時(shí)間(半個(gè)周期)后?平行于電場(chǎng)
方向進(jìn)入電場(chǎng)中加速。
1)交流電壓:為r保證每次帶電粒戶經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)均被加速,使能量不斷提
高,要在狹縫處加一個(gè)周期與->相同的交流電壓。
a帶電粒f在D形盒中的回轉(zhuǎn)周期等F兩盒狹縫間高頻電場(chǎng)的變化周
期.與帶電粒廣速度無(wú)關(guān)(磁場(chǎng)保證帶電粒廣做叫旋運(yùn)動(dòng).如圖所示)。
b帶電粒廣在D形金屬盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不等距分布。
所以?任意相鄰兩軌道半徑之比
i味|72h+l
可見帶電粒廣在D形金屬盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)?越修近Q形金屬盒的邊緣,相鄰
兩軌道的間距越小。
c帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)的最終能最。
可見,帶電粒子離開回旋加速器的動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān)?而僅受磁感應(yīng)
強(qiáng)度召和D形盒半徑的限制。加速電壓的大小只能影響帶電粒r在I)
形盒內(nèi)加速的次數(shù)。
d帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短.與帶電粒子做勻速圓周運(yùn)
動(dòng)的周期有關(guān),同時(shí)還與帶電粒在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)有關(guān)。因每加速一
次粒了?獲得的能黃為qU,每圈仃兩次加速。結(jié)合心尸匚?乙知2叫U=
乙77<
2m°
。由于隨著帶電粒子速度的增大.當(dāng)速度接近光速時(shí),據(jù)愛因斯坦狹義相
對(duì)論可知,粒子質(zhì)量增大.mi傳周期變大.而丐交變電壓周期不?致,使
加速器無(wú)法正常1:作.所以回旋加速器不能無(wú)限地對(duì)帶電粒子加速。
(4)磁流體發(fā)電機(jī)
①磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù).它可以把內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。
②如圖所示,由燃燒室。燃燒電離成的正、負(fù)離子(等離子體)以高速。
噴人偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)8中。在洛倫茲力作用下?正、負(fù)離子分別向上、下極板偏
轉(zhuǎn)、積累,所以在板間形成一個(gè)向卜?的電場(chǎng),兩板間形成一電勢(shì)差,設(shè)兩
板之間的距離為“,當(dāng)華山號(hào)時(shí)?電勢(shì)差穩(wěn)定為u=這就相當(dāng)于
i~ADAQG
第三章磁場(chǎng)
一個(gè)可以對(duì)外供電的電源。
③電源內(nèi)阻廠a〃S.外電阻R,由閉合電路歐姆定律可得"小
BdvS
RS+pci
(5)電磁流量:計(jì)
工作原理:
如圖所示/川形導(dǎo)管宜徑為4,用非磁性材料制成?導(dǎo)電液體在管中向左
流動(dòng),導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子).在洛倫茲力的作用下橫向
偏轉(zhuǎn),*。間出現(xiàn)電勢(shì)差?形成電場(chǎng)?當(dāng)自由電荷所受的電場(chǎng)力和洛倫茲
力平衡時(shí).“、〃間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定?即儼8=/=勺[所以v=%
因此液體流量為:Q=SL耳?甚=嚶,即小田?將電壓表表盤相應(yīng)
4Lia4£)
地?fù)Q成流量計(jì)表盤制成流量計(jì)。
(6)霍爾效應(yīng)
在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體.當(dāng)磁場(chǎng)方向與電流方向垂
直時(shí),導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向匕出現(xiàn)了電勢(shì)差,這個(gè)現(xiàn)象
稱為霍爾效應(yīng).所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差.其原理如圖所示。實(shí)
驗(yàn)表明.當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí),電勢(shì)差U、電流1和3的關(guān)系為U券.式中
的比例系數(shù)々稱為霍爾系數(shù),"為導(dǎo)體沿磁場(chǎng)方向的厚度“霍爾效應(yīng)可
解釋為:外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè),在導(dǎo)
體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷,從而形成橫向電場(chǎng).橫向電場(chǎng)時(shí)電
子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力.當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡
時(shí)?導(dǎo)體板L下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。
X
選修3—2
第四章電磁感應(yīng)
一電磁感應(yīng)現(xiàn)象及產(chǎn)生條件
由磁生電的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象
概念在電磁感應(yīng)中得到的電流叫感應(yīng)電流?得到的電動(dòng)勢(shì)叫感
應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件:
①電路必須閉合②穿過(guò)【可路的磁通員要發(fā)生變化
產(chǎn)生條件感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生條件:
無(wú)論電路閉合與否?只要穿過(guò)線圈的磁通量?發(fā)生變化,電
路中就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部
分導(dǎo)體就是電源
二感應(yīng)電流方向的判定方法
1.楞次定律
感應(yīng)電流具有這樣的方向?即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻
內(nèi)容
礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化
適用范圍所有的電磁感應(yīng)現(xiàn)象
能量守恒的反映.在克服阻礙的過(guò)程中,其他形式的
本質(zhì)
能轉(zhuǎn)化為電能
-:11拈
第四童電磁感應(yīng)
續(xù)表
阻礙的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)(原磁場(chǎng))
主體磁通豉的變化
當(dāng)磁通量增大時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向
阻礙的
阻礙的相反,阻礙其增加,反之二者方【句則相同,即?.增反減
方式
含義同”
阻礙不是阻止,只是延緩「磁通量變化的過(guò)程.最終
阻礙的
結(jié)果不受影響O磁通lit是增加的最終增加?是減少的
結(jié)果
最終仍減少
(1)明確研究對(duì)象所在處原磁場(chǎng)方向及分布
步驟(2)判斷通過(guò)研究對(duì)象的磁通量變化情況
順序(3)由“增反減同”判定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向
(4)由安培定則判定感應(yīng)電流的方向
應(yīng)用四
根據(jù)安
步曲根據(jù)楞
該電路瞰通次定則培定則
明
確研笊3何變化
象
思維究M
一
是
那[___J判定感應(yīng)電判定感應(yīng)
會(huì)
個(gè)
框圖用流磁場(chǎng)方向電流方向
電
路
該電路磁場(chǎng)
方向如何"
2.右手定則
伸開右手?人拇指跟其余四指垂直.并且都跟手掌在同一平
內(nèi)容面內(nèi),讓磁感線垂直穿人掌心?大拇指指向?qū)w切割磁感線
運(yùn)動(dòng)的方向.其余四指所指的方向.就是感應(yīng)電流的方向
適用范圍導(dǎo)體切割磁感線
續(xù)表
在右手定則中?大拇指的指向是導(dǎo),____________,
體切割磁感線的方向.即導(dǎo)體相對(duì);XXXXX:
磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)方向?如圖中?磁場(chǎng)以度:一與Lu
一四
動(dòng)向右運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體棒以速度5也向IXXX>*1
XXX
相對(duì)性右運(yùn)動(dòng),若幼=".導(dǎo)體棒相對(duì)磁場(chǎng)1一1-----------J
靜止,不切割磁感線.若獨(dú)〈也,導(dǎo)
體棒向右切割磁感線,大拇指指向右方,但當(dāng)劭〉叨時(shí),導(dǎo)
體棒向左切割磁感線.大拇指需指向左方.
當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線但同路中磁通出不變時(shí),回路中沒有電
流.但切割磁感線的那部分導(dǎo)體仍是要產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的?右手
定則所判定的方向就是所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的方.向(在電源內(nèi)
部由負(fù)極指向正極的方向.也是該電源使電流流動(dòng)的方向)
三法拉第電磁感應(yīng)定律
I.感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電流必存在
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源.該部分導(dǎo)體的電
阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻。如果電路斷開,則沒有電流?但感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)仍然
存在。
(1)電路不論閉合與否.只要有一部分導(dǎo)體切割磁感線.則這部分導(dǎo)體就
會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),它相當(dāng)于一個(gè)電力原.
(2)不論電路閉合與否.只要電路中的磁通聯(lián)發(fā)生變化.電路中就產(chǎn)生感
應(yīng)電動(dòng)勢(shì),磁通量發(fā)生變化的那部分相當(dāng)于電源。
(3)除電源外的其余部分為純電阻元件時(shí),感應(yīng)電流與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)
系遵守閉合電路歐姆定律,即/=蓋;。
第四童電磁感應(yīng)
2.法拉第電磁感應(yīng)定律
電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小?跟穿過(guò)這一電路的磁通量的變化率
內(nèi)容
成正比
E=-
公式〃:線圈的匝數(shù)磁通量的變化量
Z:對(duì)應(yīng)于所用的時(shí)間看:磁通量的變化率
①E=部適用于單Hi線圈.多噸線圖每MilHj是串聯(lián)的,故有E
②公式可用于任何原因引起的電動(dòng)勢(shì).mi路不要求閉合
③E由〃及胃決定,與中、△①無(wú)關(guān)
④&較長(zhǎng)時(shí).E為N時(shí)間內(nèi)的平均值.0—0時(shí).£為瞬時(shí)值
⑤6/圖像上?某點(diǎn)切線斜率表示該時(shí)刻看的瞬時(shí)值;某兩點(diǎn)
備注連線的斜率表示該段時(shí)間內(nèi)照的平均值
⑥當(dāng)3變化引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí).E是整個(gè)網(wǎng)路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?
不是某部分導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).但在處理時(shí)習(xí)慣上仍將處
于磁場(chǎng)內(nèi)的部分作為電源?其余部分作為外電路
⑦當(dāng)96僅由〃的變化引起時(shí),£=〃卷
當(dāng)AG僅由S的變化引起時(shí).E=〃B卓
二者都變化時(shí),E=〃經(jīng)與?應(yīng)
續(xù)表
⑧如圖所示,計(jì)算回路中產(chǎn)生的e
XXXX
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小時(shí),可以取abfe
回路.也可以取efcd回路,得到
XXXXR
的電動(dòng)勢(shì)就是回路中的電動(dòng)外.A?1
備注
而不能同時(shí)取abfe與efcd兩回
XxXX
路,將求得的結(jié)果再相加1。實(shí)質(zhì)b
I:當(dāng)導(dǎo)體切割磁感線引起回路面
積變化時(shí).AS是導(dǎo)體掃過(guò)的面積
3.導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)
公式E=BZv
大小①勻強(qiáng)磁場(chǎng)②平動(dòng)切割(棒上各點(diǎn)速度相同)③&/、”
適用
三者相互垂直。不垂直時(shí)取垂直分量.任意兩者平行時(shí)E
條件
=0
方向可由右手定則判定,四指的指向?yàn)榈碗妱?shì)到高電勢(shì)
①/是導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度,即導(dǎo)體兩端點(diǎn)連線在垂直于Be
方向上的投影長(zhǎng)度
Qa\
X%XxhX<;X
有效性X*X及口
xyxx<!X
XXXXXXAx
第四童電磁感應(yīng)
②在計(jì)算P1路中電流時(shí)」是接入回路XX
中的長(zhǎng)度/
XX
③/是處于磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度
有效性
①B、/不變時(shí)?£=&)②B、v不變時(shí).五=8加③0、/
平均性
不變時(shí)
對(duì)應(yīng)性E為瞬時(shí)值時(shí),BJe為同一時(shí)刻的瞬時(shí)值
”是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)的速度,當(dāng)遨場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí).v不是導(dǎo)體的對(duì)
相對(duì)性
地速度
四電磁感應(yīng)現(xiàn)象的兩類情況
基本性質(zhì),靜電場(chǎng)相同.能夠?qū)μ幱谄渲械碾姾僧a(chǎn)生力的作用
場(chǎng)源變化的磁場(chǎng)激發(fā)感生電場(chǎng)
電場(chǎng)線與變化的磁場(chǎng)正交的閉合仙線
與判定感應(yīng)電流方向的方法相
nj根砧瞼場(chǎng)的變化優(yōu)優(yōu)山(廣
方向及判定楞次定律來(lái)判定.如圖所示是
感
生磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生的感生電場(chǎng)示
電意圖
場(chǎng)
概念由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫做感生電動(dòng)勢(shì)
感生電場(chǎng)對(duì)自由電荷的作用力(變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的渦
感生非靜電力
旋電場(chǎng))
電動(dòng)
存在位置整個(gè)包圍磁場(chǎng)區(qū)域的回路
勢(shì)
攀
公式E="
續(xù)表
概念因?qū)w的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)
動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)是自由電Xl1axx「1x
子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力而fQ-
運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。如圖所示?導(dǎo)體X0XX'X
"向右運(yùn)動(dòng)時(shí),自由電子在/丫-v吉一]
磁場(chǎng)中會(huì)隨著導(dǎo)體一起向右X?XX▼X
運(yùn)動(dòng),由左手定則可知.自由/o/
非靜電力電子受到向下的洛倫茲力的^|±1xx[_jx
bb
動(dòng)作用而向下運(yùn)動(dòng),正電荷向上,
生運(yùn)動(dòng)?電荷在導(dǎo)體兩端堆積,從而在”上形成由
電a>
動(dòng)h的電場(chǎng),達(dá)到平衡時(shí)?導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再定向
勢(shì)
移動(dòng)。若把辦兩端與用電器連接,它就等效成「一
個(gè)電源
感方向判定右手定則。上圖中因〃端積累了負(fù)電荷,所以%>他
生
電動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)只存在于運(yùn)動(dòng)的那段導(dǎo)體上?不動(dòng)的導(dǎo)
場(chǎng)
體只是提供電流可運(yùn)行的通路。如果沒有形成閉合
存在位置
回路,在導(dǎo)體中就不會(huì)有電流通過(guò),但動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)卻
與電路是否閉合無(wú)關(guān)
公式E=B/M可由q寧=3仔推得)
有兩導(dǎo)體切割形成的雙動(dòng)生電動(dòng)勢(shì);有一導(dǎo)體切割
分類磁感線同時(shí)磁場(chǎng)變化形成的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)
勢(shì)的雙感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
雙感從電學(xué)角度來(lái)看,雙感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以等效為一個(gè)電
應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?其方法為:
動(dòng)勢(shì)根據(jù)楞次定律或右手定則判斷兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方
處理方法
向。若方向相同?則回路中的電動(dòng)勢(shì)等于兩個(gè)電動(dòng)
勢(shì)之和;若方向相反?則回路中的電動(dòng)勢(shì)等于兩個(gè)電
動(dòng)勢(shì)之差.電流方向由大的電動(dòng)勢(shì)決定
9
第四童電磁感應(yīng)
五互感與自感
1.互感與自感
當(dāng)一個(gè)線圈中電流變化時(shí),在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感
概念
應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象?稱為互感現(xiàn)象
互感現(xiàn)象不僅發(fā)生于繞在同?鐵芯上的任何兩個(gè)相
產(chǎn)生情況互靠近的電路之間、線圈之間.而且可以發(fā)生于任何
兩個(gè)相互靠近的電路之間
互
感定義互感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
互感電
現(xiàn)
動(dòng)勢(shì)大小E=M坐,£=M¥(M為互感系數(shù))
象
互感系數(shù)由線圈的幾何形狀、大小、匝數(shù)以及線圈間的相對(duì)位
決定因素置決定
互感現(xiàn)象可以把能員由一個(gè)電路傳到另一個(gè)電路。
作用
變壓器就是利用互感現(xiàn)象制成的
由于導(dǎo)體本身電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)
概念
象.叫做自感現(xiàn)象
定義在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
羋,瓦為互感系數(shù))
大小£=M=M^(M
自a?
感
總是阻礙導(dǎo)體中原電流的變化.起到延遲電流變化
現(xiàn)作用
自感電的作用
象
動(dòng)勢(shì)
自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原來(lái)電流的變化,當(dāng)原
方向來(lái)電流增大時(shí),力感電動(dòng)勢(shì)與原來(lái)電流方.向相反.當(dāng)
原來(lái)電流減小時(shí).口感電動(dòng)勢(shì)與原來(lái)電流方向相同
續(xù)表
自感電動(dòng)勢(shì)與引起自感電動(dòng)勢(shì)的電流變化率的比
定義
值,符號(hào)為L(zhǎng)
自感系數(shù)與線圈的大小、形狀、匝數(shù).以及是否有鐵
自決定芯等線圈自身因素右關(guān)。線圈的長(zhǎng)度越長(zhǎng).線圈的
感自感因素面積越大?單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)越多,線圈的百感系數(shù)
現(xiàn)系數(shù)越大;線圈有鐵芯時(shí)比無(wú)鐵芯時(shí)自感系數(shù)大
象
表征線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)本領(lǐng)大小的物理量。數(shù)值
物理
上等于通過(guò)線圈的電流在1s內(nèi)改變1A時(shí)產(chǎn)生的
意義
自感電動(dòng)勢(shì)的大小
單位亨利.簡(jiǎn)稱亨,符號(hào)是H,lH=1V?s/A
第四童電磁感應(yīng)
續(xù)表
通電自感斷電自感
斷開開關(guān)S時(shí)?通過(guò)線圈
/-的電流減小,產(chǎn)生自感
電動(dòng)勢(shì),阻礙了電流的減
小,使電流繼續(xù)存在一段
由于開關(guān)閉合時(shí).通過(guò)電感線
時(shí)間;在S斷開后,通過(guò)L
圈的電流迅速增大.使線圈產(chǎn)
的電流反向通過(guò)電燈八.
原因生H感電動(dòng)勢(shì),阻礙r電流的
且由于凡《心,使得流過(guò)
增大.使流過(guò)A燈的電流比
八燈的電流在開關(guān)斷開的
流過(guò)燈的電流增加得慢
瞬間突然增大.從而使A
燈的發(fā)光功率突然變大
能鼠轉(zhuǎn)化情況:磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)
化為電能
能量轉(zhuǎn)化
電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能
情況
六渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)
1.渦流
當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí),線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)
定義生感應(yīng)電流?電流在導(dǎo)體內(nèi)自成回路?其電流就像水中的旋渦,
故稱渦流
電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路,整塊金屬的電阻很小,渦流往往
特點(diǎn)
很強(qiáng)
冶煉合金鋼的真空冶煉爐.冶煉過(guò)程可在真空中進(jìn)行.防止雜質(zhì)
進(jìn)入金屬,提高冶煉質(zhì)量
應(yīng)用
探測(cè)地出的探雷器,可探測(cè)地下埋藏的金屬物品
機(jī)場(chǎng)的安檢門.可探測(cè)人身攜帶的金屬物品
續(xù)表
電動(dòng)機(jī)與變壓器的鐵芯:①選用電阻率大的硅鋼;②采用疊介硅
防止
鋼片減小橫截面增大電阻
2.電磁阻尼與電磁驅(qū)動(dòng)
電磁阻力電磁驅(qū)動(dòng)
當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí).當(dāng)磁場(chǎng)相對(duì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí).感應(yīng)
概念感應(yīng)電流受到的安培力總電流受到的安培力使導(dǎo)體運(yùn)
是阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象動(dòng)起來(lái)的作用
實(shí)例電表交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
由于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而由于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)引起磁通量的
成因
產(chǎn)生感應(yīng)電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流
安培力的方向與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體受安培力的方向與導(dǎo)體
效果
不同方向相反?阻礙導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向相同?推動(dòng)導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)
點(diǎn)
掃于電磁感應(yīng).磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為
導(dǎo)體克服安培力做功,其
能量電能,通過(guò)安培力做功,電能
他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.
轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機(jī)械能?而對(duì)外
最終轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
做功
相同點(diǎn)都是電磁感應(yīng)現(xiàn)象?都是安培力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)
-A(布
第五童交變電流
第五章交變電流
一交變電流的產(chǎn)生及其描述
1.交變電流
大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流.稱為交變電流,簡(jiǎn)稱
定義
交流.用字母“AC”或符號(hào)“?”表示
電流方向隨時(shí)間做周期性變化?是交流電最主要的特征,也是交
流電與直流電最主要的區(qū)別
按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦交流電
方向不隨時(shí)間變化的電流稱為直流.用字母“'或符號(hào)“一”
備注
表示
方向、大小都不隨時(shí)間變化的電流稱為恒定電流
2.正弦式交變電流的產(chǎn)生
將閉合線圈置于勻強(qiáng)磁場(chǎng).并繞垂克于磁場(chǎng)方向的軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng).線圈
中將產(chǎn)生按正(余)弦規(guī)律變化的交流電。
IIC
r戊
如圖所示表示了線圈八枚7)在磁場(chǎng)中逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一周的情況。前半周
(甲f乙f丙)電流沿著IX714方向流動(dòng)(由右手定則分別判斷ABXL)
邊切割腋感線.而八QIC邊不切割磁感線),后半周(丙一「,戊)電流
方向?yàn)锳3CD?兩種情況交替出現(xiàn).形成交變電流。
3.交變電流的描述
一…加小
第五童交變電流
描述交變電流變化快慢的物理量,周期越小、頻率越
意義
高,變化越快
周
周期交變電流完成一次周期性變化所“時(shí)間,符號(hào)為7,
期定義
頻率變電流在內(nèi)完成周期性變化的次數(shù).符號(hào)為/
與1s
頻
關(guān)系Tf=l,g4=25
率
①一個(gè)周期內(nèi)交變電流方.向改變兩次
備注
②我國(guó)交流電周期為0.02S.頻率為50Hz
續(xù)表
交變電流在某時(shí)刻的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的數(shù)苴稱為
概念
瞬時(shí)值,通常用小寫字母i?、e表示
瞬
瞬時(shí)值可以由表達(dá)式、圖像來(lái)獲得,也可由導(dǎo)體產(chǎn)生
時(shí)獲得方法
的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)公式進(jìn)行推導(dǎo)
值
計(jì)算線圈某時(shí)刻受力、負(fù)載的瞬時(shí)功率、嵐管的發(fā)光
應(yīng)用環(huán)境
時(shí)間等需用瞬時(shí)值
概念峰值是指最大的瞬時(shí)值.通常用表示.
最大值可由圖像獲得?可由瞬時(shí)值表達(dá)式i=L”sin
峰值
ca/.w=[7,?sin^.e=EsincW獲得,也可通過(guò)關(guān)系式
(最獲得方法w
ExNB3岫皿,.赳.U■=L*來(lái)計(jì)算
大值)
當(dāng)考慮某些電學(xué)元件(電容器、晶體管等)的擊穿電
應(yīng)用環(huán)境
壓(耐壓值)時(shí).指的是交變電流的最大值
有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的一個(gè)等效概念:
讓交變電流與恒定電流分別通過(guò)大小相同的電阻.
概念如果它們?cè)谝粋€(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等.而這個(gè)恒
定電流是/、電壓是U.我們就把I、U叫做這個(gè)交流
電的有效值。有效值通常用大寫字母/、U、E表示
有對(duì)于正弦式交變電流有:,=泉=0.707L
效
值U=/=0.7O7LLE=^=0.7O7E,?
42V2
獲得方法對(duì)于非正弦式交變電流.可利用有效值的定義來(lái)計(jì)
算其有效值
對(duì)純電阻電路以下各式仍成立
廣火工HR
9
第五童交變電流
續(xù)表
當(dāng)計(jì)算某時(shí)間內(nèi)的功率、產(chǎn)生的熱最、電流做的功等
應(yīng)用環(huán)境
問(wèn)題時(shí)需使用有效值
①提到交變電流,在沒有特別說(shuō)明時(shí)都是指有效值,
②交流電氣設(shè)備上,標(biāo)出的額定電壓、額定電流都是
有效值。
有③交流電表顯示的示數(shù)是有效值。
效④計(jì)算電功、電熱時(shí)需用有效值.
值⑤保險(xiǎn)絲的熔斷電流是指有效值。
備注
⑥在半個(gè)周期的整數(shù)倍時(shí)間內(nèi)有最大值?最大值等
于有效值的女倍。
⑦四分之一周期內(nèi)峰值等于有效值一倍的條件是計(jì)
時(shí)起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)值為零或峰值。
⑧小于四分之一周期內(nèi)有效值不等于峰值的1y
交變電流的電量對(duì)時(shí)間的平均,通常用符號(hào)7、"、E
概念
表示
平
方〃照E*對(duì)于純電機(jī)電路:7總,口
均獲得方法
值=1R
在計(jì)算某段時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷址時(shí)需用
應(yīng)用環(huán)境
平均值
二電感和電容對(duì)交變電流的影晌
電阻電感器電容器
定向移動(dòng)的自由由「電感器的自電容器兩極板上聚集的
產(chǎn)生阻礙
電荷與不動(dòng)的粒感現(xiàn)象阻礙電流電荷對(duì)向相應(yīng)方向移動(dòng)
的原因
子間的碰撞的變化的電荷的反抗作用
不能通直流,只能通變
化的電流。對(duì)M流電的
對(duì)直流、交流均只對(duì)變化的電濯
在電路中阻礙作用為無(wú)窮大,對(duì)
有相同的阻礙作有阻礙作用.即
的作用交流電的阻礙作用隨頻
“通直阻交”
m率的增大而減小,即“通
交隔直”
由導(dǎo)體本身的因感抗由導(dǎo)體本身
阻礙作用素決定(材料、長(zhǎng)的自感系數(shù)L容抗由電容廠的大小和
大小的決短、粗細(xì))?與溫和交流電的頻率電流的頻率/決定?「、/
定因素度有關(guān),與電流/決定./.、/越越大.容抗越小
頻率無(wú)關(guān)大,感抗越大
R=
表達(dá)式pi品.=2次加Rl~2nfC
卜流通過(guò)電阻做
電源電能和線圈
電能的轉(zhuǎn)電源電能和電容器中電
功,電能轉(zhuǎn)化為中磁場(chǎng)能相互往
化與做功場(chǎng)能相互往復(fù)轉(zhuǎn)化
內(nèi)能復(fù)轉(zhuǎn)化
第五童交變電流
三變壓器與電能的輸送
1.變壓器
原線圈副線圈
構(gòu)造
原線圖:接在電源上的線圈
副線圈:連接負(fù)載的線圈
鐵芯:硅鋼登合成的閉合框架.能增強(qiáng)磁場(chǎng)和集「II磁感線
原線圈輸入交變電流f鐵芯中產(chǎn)生變化磁場(chǎng)f通過(guò)副線圈
工作原理
磁通盤變化f副線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)f對(duì)負(fù)載供電
①互感現(xiàn)象是變壓器的「?作基礎(chǔ).其實(shí)質(zhì)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
②若在原線圈I二加交流電壓,副線圈上空載(開路).則副線
圈上存在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
備注③變壓器改變電壓的作用只適用于交變電流,不適用于恒
定電流。
④其能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程為:
原線圖的電能f磁場(chǎng)能f副線圈的電能
2.理想變壓器
無(wú)漏磁:穿過(guò)原副線圈每匝的磁通量都相同
無(wú)銅損:線圈的電阻不計(jì)?不產(chǎn)生熱量.不引起電能損
特點(diǎn)失
無(wú)鐵損:鐵芯中渦電流忽略不計(jì).不發(fā)熱.不引起電能
損失
續(xù)表
功率關(guān)系原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率:/\=P出
原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比?公式:MU=力/
電壓關(guān)系
物理?與負(fù)載、線圈的多少無(wú)關(guān)
量間
基本①只有-■個(gè)副線圈時(shí):L〃2/%2
關(guān)系電流關(guān)系②有多個(gè)副線圈時(shí):由,'人=P出得LU[=>5+
L5+.....1/"或一八〃21八〃31......+/牌”
頻率關(guān)系=人(變壓器不改變交流電的頻率)
①由Ui="u?可知a決定u」.原線圈兩端的電壓
力
決定副線圈兩端的電壓
因果關(guān)系(、
②由/|=^/2可知/2決定L,副線圈中的電流決定
n2不變)
原線圈中的電流
③由P、=RH可知輸出功率決定輸入功率?功率按需
分配
3.電能的輸送
安全:供電線路工作可靠.少有故障和停電
基本
保質(zhì):電壓、頻率穩(wěn)定
要求
經(jīng)濟(jì):輸電線路的建造與運(yùn)行費(fèi)用低?電能損耗少
輸電線上有電阻?電流通過(guò)產(chǎn)生焦耳熱,引起電能損失:Q
電能損失
=r-Rt
IOr!
第五童交變電流
續(xù)表
輸電線路始端電壓與末端電壓的差值稱為輸電線路上的
電壓損失:△u=u-u'
電壓損失造成電壓損失的因素有:
①輸電線電阻:△u=/R;
②輸電線路中的感抗和容抗
P=/g"=(&從/=£R
依據(jù)
減小
(1)減小輸電線電阻R:①減小電阻率,一般用銅或鋁做導(dǎo)
損失
線材料;②增大導(dǎo)線橫截面?但要多耗材料?增加架設(shè)難
的方
方法度?增加成本
法
(2)減小輸電電流/:保證輸電功率不減小的前提下,采用
高壓輸電.即提高輸電電壓
4.高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系
1.功率關(guān)系H=P??P尸化,R=夕損+R
2.電壓、電流關(guān)系為="=:舊=必=+5=母_/+5.1>=/3=
C>2〃2<Iv/.|H\13
I線
3.輸電電流上唱=翁=氣是
當(dāng)輸送的功率一定時(shí),輸電電壓增大到原來(lái)的〃倍,輸電線上損耗的功
率就減小到原來(lái)的土。
第六章傳感器
一傳感器
1.傳感器
傳感器指這樣一類元件:它能夠感,受諸如力、溫度、光、聲、化
概念學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、
電流等電學(xué)量或轉(zhuǎn)換為電路的通斷
把卡電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后?就可以很方便地進(jìn)行測(cè)量、傳
用途
輸、處理和控制「
原理非電學(xué)最f敏感元件f轉(zhuǎn)換器件f轉(zhuǎn)換電路f電學(xué)量
應(yīng)用一
般模式
2.傳感器的相關(guān)元件
(1)光敏電阻
(2)熱敏電阻和金屬熱電阻
(3)電容式位移傳感器
(4)霍爾元件
-傳感器的幾種具體應(yīng)用
1.力傳感器的應(yīng)用一電子秤(應(yīng)變片)
2.溫度傳感器的應(yīng)用—電熨斗(雙金屬片)
3.溫度傳感器的應(yīng)用電飯鍋(感溫鐵氧體)
4.光傳感器的應(yīng)用火災(zāi)報(bào)警器(光電三極管)
第七章分子動(dòng)理論
選修3—3
第七章分子動(dòng)理論
一物質(zhì)是由大量分子組成的
分廣線度的數(shù)量級(jí):10T°m
分子大小分子質(zhì)量的數(shù)量級(jí):10-26kg“小”反映r分子的多
分子體枳的數(shù)量級(jí)n?
1mol任何物質(zhì)中所含有的分子
阿伏伽德
數(shù),用NA表示直接反映了分子的“多”
羅常數(shù)
NA=6.02X10^mol,
二分子的熱運(yùn)動(dòng)
實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)(D擴(kuò)散現(xiàn)象,(2)布朗運(yùn)動(dòng)
概念兩種物質(zhì)相接觸時(shí).物質(zhì)分子可以彼此進(jìn)入對(duì).方中去的現(xiàn)象
起因物質(zhì)分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)
擴(kuò)散范圍固、液、氣三態(tài)都可發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象
現(xiàn)象擴(kuò)散的方向總是自發(fā)地從濃度大處向濃度小處擴(kuò)散
特點(diǎn)
擴(kuò)散的快慢與物質(zhì)的狀態(tài)、溫度有關(guān)
意義直接證明分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)
概念懸浮在液體中的固體顆粒所做的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)
條件任何固體微粒,在任何溫度下懸浮在液體中都可做布朗運(yùn)動(dòng)
布朗起因液體分子對(duì)微粒撞擊的不平衡
運(yùn)動(dòng)只要液
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