物理选修3-2知识点解析

划时代的发现一、知识点说明1.电流的磁效应(电生磁)：电流的周围能够产生磁场。2.电磁感应(磁生电)：利用磁场产生电的现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流。3.“电”与“磁”的联系：(1)奥斯特实验证实电流的周围存在磁场，即“电生磁”的现象，这一实验揭示了电与磁之间的联系。(2)法拉第实验证实磁也可以生电，即“磁生电”的现象，这一实验进一步揭示了电与磁之间的联系。二、典型例题例1：在电磁学发展过程中，许多科学家做出了贡献，下列说法正确的是()A．奥斯特发现了电流磁效应；法拉第发现了电磁感应现象B．麦克斯韦预言了电磁感应现象，奥斯特发现了电磁感应现象C．库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值D．安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律感应电流的产生条件一、知识点说明1.磁通量：(1)定义：垂直穿过回路平面的磁感线的条数叫做磁通量，用Φ表示。(2)大小：在匀强磁场中，当磁场与某回路(平面)垂直时，穿过该回路(平面)的磁通量为Φ=BS；当磁场与某回路(平面)斜交时，穿过该回路(平面)的磁通量为Φ＝BSsinθ，(θ角为磁场方向与平面之间的角度)。2.磁通量的变化：(1)穿过同一个平面的磁通量在某两个时刻的差值(注意磁通量的正负)，可以利用磁感线的条数变化进行判断。(2)磁通量是双向标量，没有方向，但穿过某回路的磁感线如果存在穿出和穿入的情况，即有方向相反的磁感线同时穿过这个回路，则磁通量可以互相抵消．因此，磁通量是总的效果，磁通量的变化也是这种总的效果的变化。(3)磁通量与面积有关，但不一定是面积越大，磁通量越大。3.产生感应电流的条件：(1)一定是在闭合电路中；(2)磁通量一定发生变化。4.回路磁通量变化条件：(1)空间的磁场分布不变，而闭合电路的面积发生变化。(2)空间的磁场分布不变，闭合电路所围面积也不变，闭合电路所在平面与磁场方向的夹角发生变化。(3)闭合回路所围面积不变，而空间分布的磁场发生变化，引起闭合电路中的磁通量发生变化。(4)闭合电路所围的面积变化的同时，空间分布的磁场也发生变化，引起闭合电路中磁通量变化。二、典型例题例1：下列现象中，属于电磁感应现象的是()A．小磁针在通电导线附近发生偏转B．通电线圈在磁场中转动C．因闭合线圈在磁场中运动而产生的电流D．磁铁吸引小磁针例2：如图所示，将一个矩形小线圈放在一个匀强磁场中，若线圈平面平行于磁感线，则下列运动中能使线圈产生感应电流的是()A．矩形线圈平行于磁感线平移B．矩形线圈垂直于磁感线平移C．矩形线圈绕ab边转动D．矩形线圈绕bc边转动例3：如图所示，矩形线圈与直线电流共面，在线圈从位置Ⅰ移到位置Ⅱ的过程中，关于线框中的磁通量的变化情况正确的说法是()A．一直增加B．先增加再减少C．先增加再减少再增加D．先增加再减少再增加再减少例4：现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图连接，某同学如下操作中均发现电流表的指针发生偏转，用法拉第总结的五种引起感应电流方法，对产生的原因描述正确的是()A．闭合与打开开关均发现指针偏转，是变化的电流引起的B．闭合开关，线圈A向上拔出与向下插入时指针偏转，是运动的恒定电流引起的C．闭合开关，线圈A中的铁芯拔出与插入，指针偏转是变化的电流引起的D．闭合开关，移动滑动变阻器滑片，指针偏转的原因是运动的恒定电流引起的楞次定律一、知识点说明1.内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化。2.右手定则：(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。(2)试用范围：试用与闭合电路一部分导线切割磁感线产生感应电流的情况。3.感应电流的方向：即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。4.理解：(1)阻碍既不是阻止也不等于反向，增反减同，“阻碍”又称作“反抗”，注意不是阻碍原磁场而阻碍原磁场的变化。(2)注意两个磁场：原磁场和感应电流磁场。(3)学生在图中标出每个螺线管的感应电流产生的等效N极和S极。5.强调：楞次定律可以从两种不同的角度来理解：(1)从磁通量变化的角度看：感应电流总要阻碍磁通量的变化。(2)从导体和磁体的相对运动的角度来看，感应电流总要阻碍相对运动。(3)感应电流的方向即感应电动势的方向。(4)阻碍的过程中，即一种能向另一种转化的过程。6.应用楞次定律步骤：(1)明确原磁场的方向；(2)明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；(3)根据楞次定律(增反减同)，判定感应电流的磁场方向；(4)利用安培定则判定感应电流的方向。二、典型例题例1：如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动。金属线框从右侧某一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面。则线框中感应电流的方向是()A.a→b→c→d→aB.d→c→b→a→dC.先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD.先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d例2如图1所示，光滑固定导轨m、n水平放置，两根导体棒p、q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落靠近回路时()A.p、q将互相靠拢B.p、q将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g法拉第电磁感应定律一、知识点说明1.感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势。2.电磁感应定律(1)内容(2)表达式E=nΔΦ/Δt：求平均电动势E=BLV：V为瞬时值时求瞬时电动势，V为平均值求平均电动势。3.定律的理解：⑴磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化量率的区别Φ、ΔΦ、ΔΦ／Δt⑵感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比⑶感应电动势的方向由楞次定律来判断。⑷感应电动势的不同表达式由磁通量的的因素决定：当ΔΦ＝ΔＢＳcosθ则ε＝ΔＢ／ΔtＳcosθ当ΔΦ＝ＢΔＳcosθ则ε＝ＢΔＳ／Δtcosθ当ΔΦ＝ＢＳΔ(cosθ)则ε＝ＢＳΔ(cosθ)／Δt(5)有效切割长度：E=BlvsinθE=2BRvE=BRv注意：公式中的L为有效切割长度，即垂直于B、垂直于v且处于磁场中的直线部分长度。二、典型例题例1：固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd，各边长l，其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜线.磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，现有一与ab段所用材料、粗细、长度都相同的电阻丝PQ架在导线框上，如图所示，以恒定速度v从ad滑向bc，当PQ滑过的距离时，通过aP段电阻丝的电流是多大?方向如何?例2：如图所示，用截面均匀的导线弯成一个半径为r的闭合圆环，将其垂直地置于磁感强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。用同样规格的直导线取一段置于环上(二者金属裸露相接)，并以速度v匀速地向右运动，当它运动到bc位置时bc两点的电势差是多少？例3：如图，直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中，ab是一段长为l、电阻为R的均匀导线，ac和bc的电阻可不计，ac长度为。磁场的磁感强度为B，方向垂直于纸面向里。现有一段长度为、电阻为的均匀导体杆MN架在导线框上，开始时紧靠ac，然后沿ac方向以恒定速度v向b端滑动，滑动中始终与ac平行并与导线框保持良好接触。MN滑过的距离为时，导线ac中的电流是多大？方向如何？感生磁二、知识点说明1.感应电场：感应电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感应电场的方向也可以由楞次定律来判断；感应电流的方向与感应电场的方向相同。2、感生电动势(1)产生：磁场变化时会在空间激发电场，闭合导体中的自由电子在电场力的作用下定向运动，产生感应电流，即产生了感应电动势；感应电动势在电路中的作用就是充当电源。(2)定义：由感生电场产生的感应电动势成为感生电动势。(3)感生电场方向判断：右手螺旋定则。3.动生电动势：(1)产生：导体切割磁感线运动产生动生电动势(2)大小：E=BLv(B的方向与v的方向垂直)(3)动生电动势大小的推导：ab棒处于匀强磁场中，磁感应强度为B，垂直纸面向里，棒沿光滑导轨以速度v匀速向右滑动，已知导轨宽度为L，经过时间t由M运动导N，如图所示，由法拉第电磁感应定律可得：E=BLvtvtLBtBStMNab故动生电动势大小为E=BLv。三、典型例题例1：在空间出现如图所示的闭合电场，电场线为一簇闭合曲线，这可能是()A．沿AB方向磁场在迅速减弱B.沿AB方向磁场在迅速增强C.沿BA方向磁场在迅速减弱D.沿BA方向磁场在迅速增强解析：根据电磁感应，闭合回路中的磁通量变化时，使闭合回路中产生感应电流，该电流可用楞次定律来判断，根据麦克斯韦电磁理论，闭合回路中产生感应电流，使因为闭合回路中受到了电场力的作用，而变化的磁场产生电场，与是否存在闭合回路没有关系，故空间磁场变化产生的电场方向，仍可用楞次定律来判断，四指环绕方向即感应电场的方向，由此可知AC正确。例2：如图所示，光滑导轨倾斜放置，其下端连接一个灯泡，匀强磁场垂直于导轨所在平面，当ab棒下滑到稳定状态时，小灯泡获得的功率为P0，除灯泡外，其他电阻不计，要使稳定状态灯泡的功率变为2P0，下列措施正确的是A．换一个电阻为原来一半的灯泡B．把磁感应强度B增为原来的2倍C．换一根质量为原来的2倍的金属棒D．把导轨间的距离增大为原来的2倍【解析】解答这类问题的基本思路是：先求出灯泡功率P与其他量的关系式，BA然后再讨论各选项是否正确．金属棒在导轨上下滑的过程中，受重力mg、支持力FN和安培力F＝IlB三个力的作用．其中安培力F是磁场对棒ab切割磁感线所产生的感应电流的作用力，它的大小与棒的速度有关．当导体棒下滑到稳定状态时(匀速运动)所受合外力为零，则有mgsinθ＝IlB．此过程小灯泡获得稳定的功率P＝I2R．由上两式可得P＝m2g2Rsin2θ／B2l2．要使灯泡的功率由P0变为2P0，根据上式讨论可得，题目所给的四个选项只有C是正确的例3：一个质量m＝0.1kg的正方形金属框总电阻R＝0.5Ω，金属框放在表面是绝缘且光滑的斜面顶端，自静止开始沿斜面下滑，下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB’平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端BB’，设金属框在下滑时即时速度为v，与此对应的位移为S，那么v2－S图象如图2所示，已知匀强磁场方向垂直斜面向上。试问：(1)分析v2－S图象所提供的信息，计算出斜面倾角和匀强磁场宽度d。(2)匀强磁场的磁感强度多大？金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少？(3)现用平行斜面沿斜面向上的恒力F作用在金属框上，使金属框从斜面底端BB’静止开始沿斜面向上运动，匀速通过磁场区域后到达斜面顶端。试计算恒力F做功的最小值。解析：⑴题的关键信息隐含在图像中，只有读懂两副图，才能够掌握运动过程。从S＝0到S＝1.6米的过程中，由公式v2＝2as，得该段图线斜率a＝5m/s2，根据牛顿第二定律mgsinθ＝ma从线框下边进磁场到上边出磁场，均做匀速运动(看图得出)∴⑵线框通过磁场时，∴t＝t1＋t2＋t3＝0.8＋0.25＋0.2＝1.25秒⑶在未入磁场时F－mgsinθ＝ma2进入磁场F＝mgsinθ＋F安，∴F安＝ma2∴最小功互感和自感一、学习目标1.了解互感现象的电磁感应特点。2.指导学生运用观察、实验、分析、综合的方法，认识自感现象及其特点。svdt25.045.02212sin)(2321SSSmgdFWF安stattvSS2.0,21,8.06.24.33233133米)1(/25.22,212212分smmRSLBvSvmRBLvBL)2(98.1sin)(232122分焦SSSmgRdvLBsavt8.0541110161622asvk30,21105singammLSdmS5.021,16.16.2