物理选修3-2知识点归纳(鲁科版)

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，1k，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(eddycurrent)，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50Hz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(20～50kHz)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。①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。②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①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。②四指表示电流方向，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。③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（α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）tEemsin，其中nBlEm2tREReimsin，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：tIimsin。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，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P＝UI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Q＝I2Rt，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：①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．②作用：在输送电能的过程中改变电压．③原理：其工作原理是利用了电磁感应现象．④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．①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：tnE111，tnE222忽略原、副线圈内阻，有11EU，22EU。②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。③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：①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