2020-2021学年人教版高二下学期物理选修3-2全册基础知识梳理
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1、1 第四章第四章 电磁感应电磁感应 第一节第一节 划时代的发现划时代的发现 1 “电生磁”的发现 1820 年,丹麦物理学家奥斯特奥斯特发现了电流的磁效应。 2 “磁生电”的发现 1831 年,英国物理学家法拉第法拉第发现电磁感应现象。产生的电流叫做感应电流感应电流。 3.“磁生电”现象的本质特征是:变化、运动 。 变化的电流 变化的磁场 运动的磁铁 运动的恒定电流 在磁场中运动的导体 4.发现通电导线在磁场中受力规律的科学家是安培安培, 发现电荷间相互作用力规律的的科学家是库仑库仑。 第第二二节节 探究感应电流的产生条件探究感应电流的产生条件 一、磁通量 1定义:磁感应强度B 与 垂直 磁场
2、方向的面积S 的乘积 2.公式:BS 适用条件:匀强磁场;B ,为垂直于方向上的有效面积 磁感线与平面不垂直时:BSsin,公式中的是平面与磁感线的夹角,Ssin是平面在 垂直于磁感线方向的投影面积 3.单位:韦伯,1 Wb1 2。 4.标量:有正负。正负表示磁感线的贯穿方向。 5物理意义 表示穿过某一面积的磁感线条数(净条数:=12 ;即穿入、穿出要相互抵消) 6.由于 B= /S,B 亦可称为磁通密度。 7.磁通量与线圈匝数无关。 8.磁通量的变化 磁通量是标量,但有正负正负之分.若规定从某一方向穿过平面的磁通量为正,则反向穿过的磁通量为 负负,合磁通量是相反方向抵消后所剩余的净磁通量.
3、(1)磁通量的变化 2 21 1. (2)几种常见引起磁通量变化的情形. B改变,S不变,B BS S. B不变,S变化,B BS S. 2 B、S两者都变化,2 21 1,不能用 BS来计算. 二、探究电磁感应的产生条件 1.实验现象 实验 1 闭合导体回路中部分导体切割磁感线运动 如图所示,导体AB做切割磁感线运动时,电流表的指针发生偏转,而导体AB平行于磁感线运动 时,电流表的指针不发生偏转. 实验 2 条形磁铁在线圈中运动 如图所示,条形磁铁插入或拔出线圈时,电流表的指针发生偏转,但磁铁在线圈中静止时,电流 表的指针不发生偏转. 实验 3 改变小螺线管中的电流 如图所示,将小螺线管A插
4、入大螺线管B中不动,当开关 S 接通或断开时,电流表的指针发生偏 转;若开关 S 一直闭合,当改变滑动变阻器的阻值时,电流表的指针也发生偏转;而开关一直闭 合,滑动变阻器的滑片不动时,电流表的指针不发生偏转. 2.归纳探究结论 实验 1 是通过导体运动改变穿过闭合导体回路的磁通量; 实验 2 是磁体运动即磁场磁场变化,改变穿过闭合导体回路的磁通量; 实验 3 是通过改变原线圈中的电流从而改变磁场磁场强弱,进而改变穿过闭合导体回路的磁通量. 三、感应电流产生的条件 3 (1)电磁感应现象: 当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化变化时, 闭合导体回路中有感应电流感应电流产生, 这种利用磁场产生电流的
5、现象叫做电磁感应. (2)产生感应电流的条件:穿过闭合回路的磁通量磁通量发生变化. 特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线切割磁感线运动. 产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈平面的磁通量磁通量发生变化,线圈中就有 感应电动势产生. (3)电磁感应现象中的能量转化:发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为电能电能,该过 程遵循能量守恒定律能量守恒定律。 第三节第三节 楞次定律楞次定律 一实验:探究感应电流方向的规律 1.实验设计 如图所示,条形磁铁插入或拔出线圈来改变穿过螺线管的磁通量,利用电流表指针的偏转方 向判断感应电流的方向. 2.实验器材 电流表、条形磁铁
6、、螺线管、电源、开关、导线. 3.实验现象 相对运动情况 原磁场方向 向下 向下 向上 向上 的变化情况 增加 减少 减少 增加 感应电流在线圈中的方向 自下而上 自上而下 自下而上 自上而下 感应电流的磁场方向(线圈中) 向上 向下 向上 向下 感应电流的磁场方向与原磁场 方向的关系 相反 相同 相同 相反 4.实验结论 当穿过线圈的磁通量增加时, 感应电流的磁场与原磁场的方向相反相反; 当穿过线圈的磁通量减少时, 感应电流的磁场与原磁场的方向相同相同. . 4 5.注意事项 实验前应首先查明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系,判断的方法是:采用如 图所示的电路,用一节干电池与电
7、流表及线圈串联,由于电流表量程较小,所以在电路中应接入 限流变阻器R,电池采用旧电池,开关 S 采用瞬间接触,记录指针偏转方向. 二、楞次定律的应用之感应电流方向的判断 1.楞次定律 (1)内容:感应电流的磁场总要阻碍阻碍引起感应电流的磁通量磁通量的变化. (2)适用情况:所有的所有的电磁感应现象. 2.楞次定律中“阻碍”的含义 (1)阻碍并非阻止 (2)阻碍只能减弱,减缓进程。“增反减同”“增缩扩减”“来拒去留”。 阻碍原磁通量的变化“增反减同”; 阻碍相对运动“来拒去留”; 使线圈面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”; 阻碍原电流的变化(自感现象)“增反减同” 3.楞次定律的使用步骤 4.右
8、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;让磁感线磁感线从掌 心进入,并使拇指指向导线运动导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流感应电流的方向. (2)适用情况:导体切割磁感线切割磁感线产生感应电流. 第四节第四节 法拉第电磁感应定律的理解与简单应用法拉第电磁感应定律的理解与简单应用 一、法拉第感应电动势的内容与理解 1感应电动势 (1)感应电动势:在电磁感应现象电磁感应现象中产生的电动势 (2)产生条件:穿过回路的磁通量磁通量发生改变,与电路是否闭合无关无关 (3)方向判断:感应电动势的方向用楞次定律楞次定律或右手定则右手定则判断 5 2法拉
9、第电磁感应定律 (1)内容:闭合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磁通量的变化率成正比 (2)公式:En t ,其中n为线圈匝数 (3)感应电流与感应电动势的关系:遵循闭合电路的欧姆欧姆定律,即I E Rr. 二、导体切割磁感线产生感应电动势的计算 1.公式EBlv的使用条件 (1)匀强匀强磁场. (2)B、l、v三者相互垂直垂直. . 2.“瞬时性”的理解 (1)若v为瞬时速度,则E为瞬时瞬时感应电动势. (2)若v为平均速度,则E为平均平均感应电动势. 3.“相对性”的理解 EBlv中的速度v是相对于相对于磁场的速度,若磁场也运动,应注意速度间的相对相对关系. 4. 公
10、式中l为有效长度,即导线的首尾两端连线在沿垂直速度方向上的投影长度. 5. 感应电动势的计算及电势高低的判断 切割方式 感应电动势的表达式 垂直切割 EBlv 旋转切割(以一端为轴) E1 2Bl 2 第五节 电磁感应现象的两类情况 一、电磁感应现象中的感生电场 1感生电场 (1)定义:麦克斯韦认为,变化的磁场产生的电场叫做感生电场。 (2)方向:与感应电流方向相同(楞次定律+安培定则) (3)理解: a.变化的磁场周围产生感应电场,与闭合电路是否存在无关。 b.感生电场是一种涡旋电场,电场线是闭合的 (感生电场是由变化的磁场激发产生的) 。 静电场中的电场线不闭合(静电场是由静止电荷产生的电
11、场) 6 2感生电动势 (1)定义:由感生电场产生的感应电动势。 (2)产生原因:磁场发生变化产生感应电场。 (3)大小: = 3感生电动势中的非静电力-就是感生电场感生电场对自由电荷自由电荷的作用。 4.能量转化:磁场能转化为电能 二、电磁感应现象中的洛伦兹力 1动生电动势 由于导体切割磁感线切割磁感线运动而产生的感应电动势。 2动生电动势中的非静电力 成因:导体棒做切割磁感线运动时,自由电荷因随导体棒一起定向运动而受到洛伦兹力。 3动生电动势中的功能关系 闭合回路中,导体棒做切割磁感线运动时,克服安培安培力做功,其他形式的能转化为电能电能。 三、感生电动势与动生电动势的对比 第六节第六节
12、互感与自感互感与自感 一、互感现象 1定义:两个两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化电流变化时,它所产生的变化的磁场变化的磁场会在另一个另一个 线圈线圈中产生感应电动势,这种现象叫互感互感现象产生的感应电动势,称之为互感电动势互感电动势 2实质:电磁感应 3、应用:利用互感现象可以把能量、信息从一个线圈传递到另一个线圈,因此在电工技术和电子 7 技术中有广泛应用。 4、防止:互感现象不仅发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间,而且还可以发生在两个相互靠近 的电路之间。有时会影响正常工作,所以设法减小互感。 二、自感现象 1.自感现象 (1)概念:由于导体本身的电流电流变化而产生的电磁感应现象
13、称为自感,由于自感而产生的感应电动 势叫做自感电动势自感电动势. . (2)表达式:ELI t. (3)自感系数L的影响因素:与线圈的大小大小、形状、匝数匝数以及是否有铁芯有关. 3.分析自感现象的两点注意 (1)通过自感线圈中的电流不能发生突变,即通电过程中,电流是逐渐变大,断电过程中,电流是 逐渐变小. (2)断电自感现象中灯泡是否“闪亮”问题的判断,在于对电流大小的分析,若断电后通过灯泡的 电流比原来大,则灯泡先闪亮后再慢慢熄灭. 4.自感线圈的三个等效作用 (1)通电瞬间,自感线圈相当于大电阻. (2)断电瞬间,自感线圈相当于电源. (3)电流稳定时,自感线圈相当于电阻. 第七节第七节
14、 涡流现象、电磁阻尼与电磁驱动涡流现象、电磁阻尼与电磁驱动 1. 涡流 (1)涡流: 块状金属放在变化变化磁场中, 或者让它在磁场中运动时, 金属块内产生的旋涡状感应电流. (2)产生原因:金属块内磁通量磁通量变化感应电动势感应电流. (3)涡流的利用:冶炼金属的高频感应炉利用强大的涡流强大的涡流产生焦耳热使金属熔化;家用电磁炉也是 利用涡流原理制成的. (4)涡流的减少:各种电机和变压器中,用涂有绝缘漆的硅钢片叠加成的铁芯,以减少涡流. 2电磁阻尼与电磁驱动的比较 电磁阻尼 电磁驱动 不同点 成因 由于导体在磁场中运动而产生 感应电流,从而使导体受到安培 力 由于磁场运动引起磁通量的变化 而
15、产生感应电流,从而使导体受 到安培力 效果 安培力的方向与导体运动方向 相反,阻碍物体运动 导体受安培力的方向与导体运动 方向相同,推动导体运动 能量导体克服安培力做功,其他形式由于电磁感应,磁场能转化为电 8 转化 能转化为电能,最终转化为内能 能,通过安培力做功,电能转化 为导体的机械能,而对外做功 相同点 两者都是电磁感应现象 考点一、法拉第电磁感应定律的综合运用 杆切割类之单杆问题 1导体棒的两种运动状态 (1)平衡状态导体棒处于静止状态或匀速直线运动状态,加速度为零零; (2)非平衡状态导体棒的加速度不为零 2两个研究对象及其关系 电磁感应中导体棒既可看作电学对象(因为它相当于电源)
16、, 又可看作力学对象(因为有感应电流而 受到安培力),而感应电流I和导体棒的速度速度v v是联系这两个对象的纽带 3电磁感应中的动力学问题分析思路 (1)电路分析:导体棒相当于电源电源,感应电动势相当于电源的电动势,导体棒的电阻相当于电源的 内阻,感应电流I Blv Rr. (2)受力分析:导体棒受到安培力及其他力,安培力F安BIlB 2l2v Rr,根据牛顿第二定律列动力学 方程:F合ma. (3)过程分析:由于安培力是变力,导体棒做变加速运动或变减速变减速运动,当加速度为零时,达到稳 定状态,最后做匀速直线运动,根据共点力的平衡条件列方程:F合0. 4. 电磁感应过程中产生的焦耳热不同的求
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