高中物理選修3-2知識(shí)清單

高中物理選修3-2知識(shí)點(diǎn)

第四章：電磁感應(yīng)

一.磁通量

穿過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)；<t>=BS,sin^；單位Wb,lWb=lT?m?；標(biāo)量，但有正負(fù)。

--電磁感應(yīng)現(xiàn)象

當(dāng)穿過(guò)閉合電路中的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中有感應(yīng)電流的現(xiàn)象。如果電路不閉合只會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)

勢(shì)。(這種利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是1831年法拉第發(fā)現(xiàn)的)。

三.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件

1、閉合電路的磁通量發(fā)生變化。

2、閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁感線運(yùn)動(dòng)。(其本質(zhì)也是閉合回路中磁通量發(fā)生變化)。

四.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1、概念：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì);

2、產(chǎn)生條件：穿過(guò)回路的磁逋量發(fā)生改變，與電路是否閉合無(wú)去。

3、方向判斷：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向用援次定建或有壬定則判斷。

五.法拉第電磁感應(yīng)定律

1、內(nèi)容：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成正比。

2、公式：￡、=〃△,，其中"為線圈匝數(shù)。

△0

3、公式E=〃一中涉及到磁通量的變化量的計(jì)算，對(duì)△。的計(jì)算，一般遇到有兩種情況：

Ar

\B

(1).回路與磁場(chǎng)垂直的面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化，由=此時(shí)E=〃——S,此式中

的竺叫磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率，若竺■是恒定的，即磁場(chǎng)變化是均勻的，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定電動(dòng)勢(shì)。

Ar加

(2).磁感應(yīng)強(qiáng)度6不變，回路與磁場(chǎng)垂直的面積發(fā)生變化，則-AS,線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的

軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)就屬這種情況。

(3).磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的區(qū)別

7個(gè)量

比\

磁通量的變化量磁通量的變化率

磁通量

較項(xiàng)目

某時(shí)刻穿過(guò)

某個(gè)面的磁

物理意義某段時(shí)間內(nèi)穿過(guò)某個(gè)面的磁通量變化穿過(guò)某個(gè)面的磁通量變化的快慢

感線的條數(shù)

△①=杷一①、

A0ASA0\B

大小(P=B-ScosO

卜①=SNB△t=B△4x=Sz

既不表示磁通量的大小，也不表示變化

若有相反方開始時(shí)和轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)平面都與磁場(chǎng)

的多少。實(shí)際上，它就是單匝線圈上產(chǎn)

向磁場(chǎng)，磁通垂直，穿過(guò)平面的磁通量是一正一負(fù)，

注意A0

量可能抵消△①=2BS,而不是零

生的電動(dòng)勢(shì)，即E=p

注意：①該式E=〃?中普遍適用于求儂感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

Az

②E只與穿過(guò)電路的磁通量的變化率A。/加有關(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)

六.導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

1、導(dǎo)體垂直切割磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用萬(wàn)=&求出，式中/為導(dǎo)體切割磁感線的有效長(zhǎng)度。

(1)有效性：公式中的/為有效切割長(zhǎng)度，即導(dǎo)體與「垂直的方向上的投影長(zhǎng)度。

甲圖:1=cdsinB；

乙圖：沿x方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿彩方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，1=0。

丙圖：沿匕方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，1=木口；沿％方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，7=0；沿內(nèi)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，1=R

(2)相對(duì)性：￡=6加中的速度/是相對(duì)于磁場(chǎng)的速度，若磁場(chǎng)也運(yùn)動(dòng)，應(yīng)注意速度間的相對(duì)關(guān)系。

2、導(dǎo)體不垂直切割磁感線時(shí)，即r與8有一夾角0,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用￡=6/洛由?笫1求出。

3、公式一般用于導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度相同，對(duì)有些導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度不相同

的情況，如何求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？

例：如圖所示，一長(zhǎng)為，的導(dǎo)體桿力C繞4點(diǎn)在紙面內(nèi)以角速度。勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)XXXX

的區(qū)域的有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,求4C產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，奧

解析：4C各部分切割磁感線的速度不相等，口=0,也=R，且4C上各點(diǎn)的*x福行氣

線速度大小與半徑成正比，xyAyx

所以4C切割的速度可用其平均切割速度丫=巳山上=上=翅，故七=18O/2。

2222

4、E,"=n?B?S?①---面積為S的紙圈，共〃匝，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)6中，以角速度力

勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，則當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，線圈兩端有最大有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)￡,“。

解析：設(shè)線框長(zhǎng)為L(zhǎng),寬為d,以。轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí),

邊垂直磁場(chǎng)方向向紙外運(yùn)動(dòng)切割磁感線，速度為v

(圓運(yùn)動(dòng)半徑為寬邊d的一半)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

(右圖的俯小圖)

E=BL?v=BL?①包=1BS?3,a端電勢(shì)高于〃端電勢(shì)。

22

1

同理cd邊產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=8S&）。c端電勢(shì)高于d端電勢(shì)。

2

則輸出端機(jī)/￥電動(dòng)勢(shì)為E,“=8S。。如果線圈〃匝，則及V端電勢(shì)高，川端電勢(shì)低。

參照俯示圖:這位置由于線圈邊長(zhǎng)是垂直切割磁感線，所以有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值及“，如從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)一

個(gè)角度。，如果圓周運(yùn)動(dòng)線速度v,在垂直磁場(chǎng)方向的分量應(yīng)為vcosS,此時(shí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值

E=￡,“.85a即作最大值方向的投影后=及“.85。=〃咕4。8$。（6是線圈平面與磁場(chǎng)方向的夾角）。當(dāng)

線圈平面垂直磁場(chǎng)方向時(shí)，線速度方向與磁場(chǎng)方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。

七.總結(jié)：計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式：

、如V是瞬時(shí)速度，則￡為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

E=BLvI

如V是平均速度，則￡為平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

加是一段時(shí)間，￡為這段時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

E=n^l

/。一。，為瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

2

E=1BL2CO（導(dǎo)體繞某一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)）

2

[E（線圈平面與磁場(chǎng)平行時(shí)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值）

用（）

[E=n-B-S*6rcos3瞬時(shí)值公式，。是線圈平面與磁場(chǎng)方向夾角

注意：1.公式中字母的含義，公式的適用條件及使用條件。

2.感應(yīng)電流與感應(yīng)電量,當(dāng)回路中發(fā)生磁通變化時(shí)，由于感應(yīng)電場(chǎng)的作用使電荷發(fā)生定向移動(dòng)而形成

感應(yīng)電流，在加內(nèi)遷移的電荷量為感應(yīng)電量。

q=IZ=E2=ZZ=Z,僅由回路電阻和磁通量的變化量決定，與磁通量變化的時(shí)間無(wú)關(guān)。

RRAtR

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(shí)，線圈里聚積的感應(yīng)電量相等，但

快插與慢插時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流不同，外力做功也不同。

八.楞次定律：

1、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)電流具有這樣的的方向，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流磁通量的變化。即

原磁通量變化產(chǎn)生＞感應(yīng)電流建立＞感應(yīng)電流磁場(chǎng)阻礙＞原磁通量變化。

（這個(gè)不太好理解、不過(guò)很好用口訣：增縮減擴(kuò)，來(lái)拒去留，增反減同）

2、楞次定律的理解：感應(yīng)電流的效果總是要反抗（或阻礙）引起感應(yīng)電流的原因。

（1）阻礙原磁通的變化（原始表述）；（2）阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可理解為“來(lái)拒去留”。

（3）使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)；（4）阻礙原電流的變化（自感現(xiàn)象）。

3、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(chǎng)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(chǎng)方向；

（3）由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向用安培表判斷出感應(yīng)電流的方向。

4、當(dāng)閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則可判定感應(yīng)電流的方向。

導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)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。（“力”用左手，“其它”用右手）

九.互感自感渦流I/ZX

1、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(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫互感。

2、自感：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。BI

①在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。分析可知：自感電動(dòng)勢(shì)總是阻

礙線圈（導(dǎo)體）中原電流的變化。

E=LA/

自感電動(dòng)勢(shì)的大小跟電流變化率成正比。

自

￡是線圈的自感系數(shù)，是線圈自身性質(zhì)，線圈越長(zhǎng)，匝數(shù)越多，橫截面積越大，自感系數(shù)/越大。另

外，有鐵心的線圈的自感系數(shù)比沒(méi)有鐵心時(shí)要大得多。單位是亨利(H)o

②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(wèn)題，

例：如圖2所示，原來(lái)電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài)，/與〃并聯(lián)，其電流分別為/么和的，方向都是從左到

右。在斷開S的瞬間，燈/中原來(lái)的從左向右的電流/八立即消失，但是燈火與線圈上構(gòu)成一閉合如路,由于

工的自感作用，其中的電流〃不會(huì)立即消失，而是在回路中逐斷減弱維持t―f―L

短暫的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間內(nèi)燈/中有從右向左的電流通過(guò)，此時(shí)通過(guò)燈/的電百一

流是從九開始減弱的，如果原來(lái)〃>品，則在燈力熄滅之前要閃亮一下；如——1|||——￡Ll

9

果原來(lái)IL<IA,則燈/是逐斷熄滅不再閃亮一下.原來(lái)〃和〃哪一個(gè)大，要圖

由L的直流電阻R,.和力的電阻RA的大小來(lái)決定，如果&aRA，則/公以，

如果&<心，〃>/八。

3、渦流及其應(yīng)用

(1)變壓器在工作時(shí)，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)外，變化的磁通量也會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

一般來(lái)說(shuō)，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會(huì)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(cè)器：飛機(jī)場(chǎng)、火車站安全檢查、掃雷、探礦。

第五*；上變電流

一.交變電流

1.定義：太小和力跑都隨時(shí)間做周期性變化的電流。

2.圖像：如圖（a）、（b）、（c）、（d）所示都屬于交變電流。其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦交流電,

(d)

二.正弦交流電的產(chǎn)生和圖像

1.產(chǎn)生:矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的線圈的對(duì)稱軸作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如圖產(chǎn)生正弦（或余

弦）交流電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)外電路閉合時(shí)形成正弦（或余弦）交流電流。

2.變化規(guī)律：

（1）中性面：與磁感線垂直的平面叫中性面。

線圈平面位于中性面位置時(shí)，如圖（A）所示，穿過(guò)線圈的磁通量最大，但磁通量變化率為零。因此，感

應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。

當(dāng)線圈平面勻速轉(zhuǎn)到垂直于中性面的位置時(shí)（即線圈平面與磁感線平行時(shí)）如圖（C）所示，穿過(guò)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(dòng)勢(shì)值最大。

E,?=2-N-B-l-v=N-B-arS（伏）（/V為匝數(shù)）

三.正弦交流電的函數(shù)表達(dá)式

若n匝面積為S的線圈以角速度3繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從中性面開始計(jì)時(shí)，其函數(shù)形式為

e=nB工用Em=nBSd表示電動(dòng)勢(shì)最大值，則有e=Emsinwto其電流大小為

eEm

-et

-sin<*>t=Isinwto-Z^\小、X1

i==nRm/\\/i

四.正弦式電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))

函數(shù)圖像

物理量

(p

61/Y

磁通量^=^m,COSCDt=BScOSCOt

-①mV丁t

C\△

電動(dòng)勢(shì)e=Enrsina)t=nBScosina)t;V-

.REm.八.

u—Unfcosincot——-sincot

電壓

R+rV-

r\

電流Emi=V-

Im?sincot—sin^t

R+r

五.兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)

A①

1.線圈平面與中性面重合時(shí)，SIB,O最大，—=0,e=0,?=0,電流方向?qū)l(fā)生改變。

△①

2.線圈平面與中性面垂直時(shí)，S//B,①=0,最大，e最大，/最大，電流方向不改變。

六.表征交流電的物理量：

1.周期、頻率和角速度

2n

⑴周期(7)：交變電流完成二M期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間，單位是秒(s),公式7=工

⑵頻率(7)：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲(Hz)。

27r

⑶角速度0：o)=J=2寸單位：弧度/秒

T

11

(4)周期和頻率的關(guān)系：7=彳或f=?

2.交變電流“四值”的理解與應(yīng)用

物理量物理含義重要關(guān)系應(yīng)用情況及說(shuō)明

交變電流某一時(shí)刻e=￡sinQbu=UsinCDti

瞬時(shí)值9計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況

的KL

=Imsincot

&=nBSs,￡=n63,Ia=當(dāng)考慮某些電學(xué)元件（電容器、晶

最大值最大的瞬時(shí)值K體管等）的擊穿電壓時(shí)，指的是交

R+r變電壓的最大值

⑴通常所說(shuō)的交變電流的電壓、

電流強(qiáng)度、交流電表的讀數(shù)、保險(xiǎn)

根據(jù)電流的熱效應(yīng)對(duì)正弦、余弦交變電流E=絲的熔斷電流值、電器設(shè)備銘牌上

有效值（電流通過(guò)電阻產(chǎn)EmUmIm所標(biāo)的電壓、電流值都是指交變電

生的熱）進(jìn)行定義,U=,1=流的有效值

222⑵求解交變電流的電熱問(wèn)題時(shí)，

必須用有效值來(lái)進(jìn)行計(jì)算

Jj

交變電流圖像中圖E=BLv,E=n^,I=

平均值線與t軸所圍成的計(jì)算有關(guān)電量時(shí)只能用平均值

面積與時(shí)間的比值E

R+r

3.幾種典型的交變電流的有效值

電流名稱電流圖像有效值

1

正弦式交變電流

u=蘆

V

UmU

八八一

01-1

正弦半波電流T/2Tt

Vu=0

2

u

um

一Um

正弦單向脈動(dòng)電流0AAA

T/2TtU=

2

uu

m\\\

tl

矩形脈動(dòng)電流0tTt

U=TUm

u

Ui?-r----1

!!'

：!：U=1(t/2+U2)

非對(duì)稱性交變電流07/2；T\\t

1__：：____

-U2212

七、電感和電容對(duì)交變電流的影響

1.電感對(duì)交變電流有阻礙作用，阻礙作用大小用感抗表示。XL=2碘

低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)上很大，作用是“通直流，阻交流”；

高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)乙很小，作用是“通低頻，阻高頻”.

2.電容對(duì)交變電流有阻礙作用，阻礙作用大小用容抗表示1

耦合電容，容量較大，隔直流、通交流Xc—

高頻旁路電容，容量很小，隔直流、阻低頻、通高頻2兀于C

八、變壓器、電能的輸送

1.變壓器的構(gòu)造原線圈!--------，副線圈

\---I

鐵芯

理想變壓器由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成。

2.變壓器的原理

電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)（互感現(xiàn)象）。

3.理想變壓器的基本關(guān)系

⑴電壓關(guān)系：一

⑵功率關(guān)系：P人=小

⑶電流關(guān)系：①只有一個(gè)副線圈時(shí)：一=二②有多個(gè)副線圈時(shí)：&+WA+…+

Ux①

（4）對(duì)于單個(gè)副線圈的變壓器，原、副線圈中的頻率f、磁通量變化率仄7相同，并且滿足萬(wàn)三7。

注意：理想變壓器各物理量的決定因素

1.輸入電壓〃決定輸出電壓乙，輸出電流心決定輸入電流/,輸入功率隨輸出功率的變化而變化直到達(dá)到

變壓器的最大功率（負(fù)載電阻減小，輸入功率增大；負(fù)載電阻增大，輸入功率減?。?/p>

2.因?yàn)镻入=P出，即q.h=4.12,所以變壓器中高壓線圈電流小，繞制的導(dǎo)線較細(xì)，低電壓的線

圈電流大，繞制的導(dǎo)線較粗。（上述各公式中的/、從。均指有效值，不能用瞬時(shí)值）。

九、解決變壓器問(wèn)題的常用方法

1：電壓思路:變壓器原、副線圈的電壓之比為UJ歸nJm；當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組小〃尸〃/〃*勿"尸……

2：功率思路:理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=&，即$=合當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)4=K+A+……

3：電流思路:由聲〃。知,對(duì)只有一個(gè)副繞組的變壓器有人”=優(yōu)/如當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組……

4：（變壓器動(dòng)態(tài)問(wèn)題）制約思路。

d）電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（m/歷）一定時(shí)，輸出電壓及由輸入電壓△決定，即〃

可簡(jiǎn)述為“原制約副”.

。電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（以/必）一定，且輸入電壓〃確定時(shí)，原線圈中的電流/.

由副線圈中的輸出電流E決定,即NmWn、,可簡(jiǎn)述為“副制約原”.

0負(fù)載制約：①變壓器副線圈中的功率已由用戶負(fù)載決定，A=PQ+/?M+…；

②變壓器副線圈中的電流入由用戶負(fù)載及電壓〃確定，IFR/必,③總功率PB=P?/R.

動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的思路程序可表示為：

UnU2

un

a22yu:=＞（/〃=/必）

決定2決定2決定

5：原理思路:變壓器原線圈中磁通量發(fā)生變化，鐵芯中磁通量的變化△0/At相等:

十、電能的輸送

1.根據(jù)P報(bào)=力？線,降低輸電電能損失有以下兩種措施

1

⑴減小彳小由仁L可知，減小做可用尸較小的導(dǎo)體材料(如銅)或增大導(dǎo)線的橫截面積(有時(shí)不現(xiàn)實(shí))。

S

⑵減小輸電電流：在輸電功率一定的情況下，根據(jù)P^UI,要減小電流，必須提高輸電電壓，即高壓輸電。

2.遠(yuǎn)距離高壓輸電示意圖

降壓變壓器

3.遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系

(1)功率關(guān)系：P\=Pz,Pa=R,Pi=P報(bào)+2

U\n\I2Usni1,\

⑵電壓、電流關(guān)系：一=一=一，—=-=h=h=l

IITT7Txn^WVWWVWWWWW-AZWVWV^VWWWWWWWW^

Uim1\U.\n\h

PzPz艮一也

⑶輸電電流：/規(guī)=-=—=O

lh國(guó)網(wǎng)

(4)輸電