(完整版)高中人教版物理選修3-2知識點及公式(非常齊全)講解(2),推薦文檔

1、物理選修 3-2 知識點總結一、電磁感應現象只要穿過閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，閉合回路中就會產生感應電流，如果電路不閉合只會產生感應電動勢。這種利用磁場產生電流的現象叫電磁感應，是 1831 年法拉第發(fā)現的。二、感應電流的產生條件1、回路中產生感應電動勢和感應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鍵，由磁通量的廣義公式中e= bs sine（e是b 與s 的夾角）看，磁通量的變化de可由面積的變化ds 引起；可由磁感應強度 b 的變化db 引起；可由 b 與 s 的夾角e的變化de引起；也可由 b、s、e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

2、分導體在磁場中作切割磁感線運動時，可以產生感應電動勢，感應電流，這是初中學過的，其本質也是閉合回路中磁通量發(fā)生變化。3、產生感應電動勢、感應電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。三、法拉第電磁感應定律e= nde/ dt公式一：。注意: 1)該式普遍適用于求平均感應電動勢。2)e只與穿過電路的磁通量的變化率de/ dt 有關, 而與磁通的產生、磁通的大小及變化方式、電路是否閉合、電路的結構與材料等因素無關。公式e= n de 中涉及到磁通量的變化量de的計算, 對de的計算, 一般遇到有兩種情況: 1)dt回路與磁場垂直的面積 s 不變, 磁感應強度發(fā)生變化, 由de= dbs , 此時e

3、= n db s , 此式中dtdbdtdbdt的叫磁感應強度的變化率, 若是恒定的, 即磁場變化是均勻的, 那么產生的感應電動勢是恒定電動勢。2)磁感應強度 b 不變, 回路與磁場垂直的面積發(fā)生變化, 則de=bds ,dtde線圈繞垂直于勻強磁場的軸勻速轉動產生交變電動勢就屬這種情況。dtde嚴格區(qū)別磁通量e, 磁通量的變化量deb 磁通量的變化率, 磁通量e= bs , 表示穿過研究平面的磁感線的條數, 磁通量的變化量de= e2 - e1 , 表示磁通量變化的多少, 磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢,10公式二:e= blv sine。要注意: 1)該式通常用于導體切割磁感線時, 且

4、導線與磁感線互相垂直(lb )。2)e為 v 與 b 的夾角。l 為導體切割磁感線的有效長度(即 l 為導體實際長度在垂直于 b 方向上的投影)。公式e= blv 一般用于導體各部分切割磁感線的速度相同, 對有些導體各部分切割磁感線的速度不相同的情況, 如何求感應電動勢？如圖 1 所示, 一長為 l 的導體桿 ac 繞 a 點在紙面內以角速度e勻速轉動, 轉動的區(qū)域的有垂直紙面向里的勻強磁場, 磁感應強度為 b, 求 ac 產生的感應電動勢, 顯然, ac 各部分切割磁感線的速度不相等,v a = 0, vc = el , 且 ac 上各點的線速度大小與半徑成正比, 所以 ac 切割的速度可用

5、其平均切割速 v = v a + vc = vc = el , 故e= 1 bel 2 。2222e= 1 bl2e當長為 l 的導線，以其一端為軸，在垂直勻強磁場 b 的平面內，以角速2度e勻速轉動時，其兩端感應電動勢為e。公式三：em = nbse面積為 s 的紙圈，共n 匝，在勻強磁場 b 中，以角速度e勻速轉坳，其轉軸與磁場方向垂直，則當線圈平面與磁場方向平行時，線圈兩端有最大有感應電動勢em 。 （圓運動半徑為寬邊如圖所示，設線框長為 l，寬為 d，以e轉到圖示位置時， ab 邊垂直磁場方向向紙外運動，切割磁感線，速度為v = edd 的一半）產生感應電動勢2e= blv = ble

6、 d = 1 bse， a 端電勢高于b 端電勢。22cd 邊垂直磁場方向切割磁感線向紙里運動，同理產生感應電動熱勢e= 1 bse。c 端電2勢高于e 端電勢。bc 邊， ae 邊不切割，不產生感應電動勢， b c 兩端等電勢，則輸出端 mn 電動勢為em = bse。如果線圈n 匝，則em = nbse，m 端電勢高，n 端電勢低。參照俯示圖，這位置由于線圈長邊是垂直切割磁感線，所以有感應電動勢最大值em ，如從圖示位置轉過一個角度e，則圓運動線速度v ，在垂直磁場方向的分量應為v cose，則此時線圈的產生感應電動勢的瞬時值即作最大值e= em .cose.即作最大值方向的投影，e= n

7、bse cose（e是線圈平面與磁場方向的夾角）。當線圈平面垂直磁場方向時，線速度方向與磁場方向平行，不切割磁感線，感應電動勢為零。 總結：計算感應電動勢公式：e= blve= n dedt如v是即時速度，則e為即時感應電動勢。如v是平均速度，則e為平均感應電動勢。dt是一段時間，e為這段時間內的平均感應電動勢。dt o，為即時感應電動勢。e= 1 bl2e2e= nbse cose（e是線圈平面與磁場方向的夾角）。me = nbse(線圈平(面與磁場平行時有感應電動勢最大值)e= nbsecose瞬時值公式，e是線圈平面與磁場方向夾角注意：區(qū)分感應電量與感應電流, 回路中發(fā)生磁通變化時, 由

8、于感應電場的作用使電荷發(fā)生定向移e 動而n形de成感應電流,在dt 內遷移的電量(感應電量)為t =q = idt =dt =nde, 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rdr時間無關。rdt四、楞次定律：1、1834 年德國物理學家楞次通過實驗總結出：感應電流的方向總是要使感應電流的磁場阻礙引起感應電流的磁通量的變化。即磁通量變化產生 感應電流建立 感應電流磁場阻礙 磁通量變化。2、當閉合電路中的磁通量發(fā)生變化引起感應電流時，用楞次定律判斷感應電流的方向。楞次定律的內容：感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流為磁通量變化。 （口訣：增反減同，來拒去留，近躲離追）楞次定律也可以

9、理解為：感應電流的效果總是要反抗（或阻礙）產生感應電流的原因，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”，具體表現為：若產生感應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生感應電流的可動回路發(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（自感現象）。如圖 1 所示，在 o 點懸掛一輕質導線環(huán)，

10、拿一條形磁鐵沿導線環(huán)的軸線方向突然向環(huán)內插入，判斷在插入過程中導環(huán)如何運動。若按常規(guī)方法，應先由楞次定律 判斷出環(huán)內感應電流的方向，再由安培定則確定環(huán)形電流對應的磁極， 由磁極的相互作用確定導線環(huán)的運動方向。若直接從感應電流的效果來分析： 條形磁鐵向環(huán)內插入過程中，環(huán)內磁通量增加，環(huán)內感應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。3、當閉合電路中的一部分導體做切割磁感線運動時，用右手定則可判定感應電流的方向。運動切割產生感應電流是磁通量發(fā)生變化引起感應電流的特例，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

11、定也能用楞次定律判定，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）五、互感 自感 渦流1、互感：由于線圈 a 中電流的變化，它產生的磁通量發(fā)生變化，磁通量的變化在線圈b 中激發(fā)了感應電動勢。這種現象叫互感。2、自感：由于線圈（導體）本身電流的變化而產生的電磁感應現象叫自感現象。在自感現象中產生感應電動勢叫自感電動勢。自感現象分通電自感和斷電自感兩種, 其中斷電自感中“

12、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 la 并聯, 其電流分別為i l 和i a , 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 構成一閉合回路, 由于 l 的自感作用, 其中的電流 i l不會立即消失, 而是在回路中逐斷減弱維持暫短的時間, 在這個時間內燈 a 中有從右向左的電流通過, 此時通過燈 a 的電流是從 i l 開始減弱的, 如果原來 i l i a , 則在燈 a 熄滅之前要閃亮一下; 如果原來 i l i a ,則燈 a 是逐斷熄滅不再閃亮一下。原來

13、i l 和i a 哪一個大, 要由l 的直流電阻 rl 和 a 的電阻 ra 的大小來決定,如果rl ra ，則i l i a , 如果 rl i a 。由上例分析可知：自感電動勢總量阻礙線圈（導體）中原電流的變化。自感電動勢的大小跟電流變化率成正比。e = l di自dtl 是線圈的自感系數，是線圈自身性質，線圈越長，單位長度上的匝數越多，截面積越大，有鐵芯則線圈的自感系數 l 越大。單位是亨利（h）。3、渦流及其應用1. 變壓器在工作時，除了在原、副線圈產生感應電動勢外，變化的磁通量也會在鐵芯中產生感應電流。一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導體就會產生感應電流，我們把這種感應電流叫

14、做渦流2. 應用：（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。六、交變電流描述交變電流的物理量和圖象一）交流電的產生及變化規(guī)律：（1）產生：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動時，如圖 51所示，產生正弦（或余弦）交流電動勢。當外電路閉合時形成正弦（或余弦）交流電流。圖 51（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，感應電動勢為零 。圖 52當線圈平面勻速轉到垂直于中性面的

15、位置時（即線圈平面與磁力線平行時）如圖 52（c）所示，穿過線圈的磁通量雖然為零，但線圈平面內磁通量變化率最大。因此，感應電動勢值最大。em = 2nblv = nbes（伏）（n 為匝數）（2） 感應電動勢瞬時值表達式：若從中性面開始，感應電動勢的瞬時值表達式： 所示。感應電流瞬時值表達式： i = im sinet （安）e = em sinet （伏）如圖 52（b）若從線圈平面與磁力線平行開始計時，則感應電動勢瞬時值表達式為：e = em coset（伏）如圖 52（d）所示。感應電流瞬時值表達式： i = im coset （安） 二）表征交流電的物理量：（1） 瞬時值、最大值和有效

16、值：e= em2=& 0.707em交流電的有效值是根據電流的熱效應規(guī)定的：讓交流電和恒定直流分別通過同樣阻值的電阻，如果二者熱效應相等（即在相同時間內產生相等的熱量）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。正弦（或余弦）交流電電動勢的有效值e和最大值em的關系為： 交流電壓有效值u =& 0.707u m ； 交流電流有效值 i =& 0.707im 。 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

17、秒內完成周期性變化的次數叫頻率。以 f 表示，單位是赫茲。周期和頻率互為倒數，即 t = 1 f我國市電頻率為 50 赫茲，周期為 0.02 秒。角頻率e：e= 2e= 2eft單位：弧度/秒交流電的圖象：e = em sinet圖象如圖 53 所示。e = em coset圖象如圖 54 所示。三）正弦交變電流的函數表達式u=umsint i=imsint七、電感和電容對交變電流的影響電感對交變電流有阻礙作用，阻礙作用大小用感抗表示。低頻扼流圈，線圈的自感系數很大，作用是“通直流，阻交流”； 高頻扼流圈，線圈的自感系數很小，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

18、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、通高頻八、變壓器一）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 56），原、副線圈上的電壓與它們的匝數成正。u 2n2u1 = n1即i 2n1i1 = n2因為有u1i1 = u 2 i 2 ，因而通過原、副線圈的電流強度與它們的匝數成反比。即 注意：1、理想變壓器各物理量的決定因素輸入電壓 u1 決定輸出電壓 u2，輸出電流 i2 決定輸入電流 i1，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?。?、一

19、個原線圈多個副線圈的理想變壓器的電壓、電流的關系u1:u2:u3:=n1:n2:n3:i1n1=i2n2+i3n3+p入 = p出因為，即u1i1 = u 2 i 2 ，所以變壓器中高壓線圈電流小，繞制的導線較細，低電壓的線圈電流大，繞制的導線較粗。上述各公式中的 i、u、p 均指有效值，不能用瞬時值。3、解決變壓器問題的常用方法動態(tài)分析問題的思路程序可表示為：uni = u 2u u 1 = n12rp = p (i u = i u )p = i up1 22 u決定2 二）電能的輸送負載 i決定21 2 1 1決定22 i 1 1 1 11決定由于送電的導線有電阻，遠距離送電時，線路上損失

20、電能較多。在輸送的電功率和送電導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：注意：送電導線上損失的電功率，不能用九、傳感器的及其工作原理求，因為u 出不是全部降落在導線上。有一些元件它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉換為電壓、電流等電學量，或轉換為電路的通斷。我們把這種元件叫做傳感器。它的優(yōu)點是：把非電學量轉換為電學量以后，就可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制了。光敏電阻在光照射下電阻變化的原因：有些物質，例如硫化鎘，是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性

21、能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導電性變好。光照越強，光敏電阻阻值越小。金屬導體的電阻隨溫度的升高而增大，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，且阻值隨溫度變化非常明顯。金屬熱電阻與熱敏電阻都能夠把溫度這個熱學量轉換為電阻這個電學量，金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。十、傳感器的應用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. 力傳感器將力信號轉化為電流信號的元件。5. 霍爾元件霍爾元件是將電磁感應這個磁學量轉化為電壓這個電學量的元件。外部磁場使運動的載流子受到洛倫茲力，在導體板的一側聚集，在導體板的另一側會出現多余的另一種電荷，從而形成橫向電場；橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力，當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體板左右兩例會形成穩(wěn)定的電壓，被稱為霍爾電勢差或霍爾ib傳感器放大電路執(zhí)行機構顯示器指針式電表電壓uh， uh = k轉換d數字屏i = p輸up= i 2 r損線出p=u 2出損r線1. 傳感器應用的一般模式2. 傳感器應用：力傳感器的應用電子秤聲傳感器的應用話筒計算機系統(tǒng)溫度傳感器的應用電熨斗、電飯鍋、測溫儀光傳感器的應用鼠標器、火災報警器傳感器的應