物理选修3-2知识点总结文档格式.docx

物理选修3-2知识点总结文档格式.docx

《物理选修3-2知识点总结文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理选修3-2知识点总结文档格式.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

穿过某个面的磁通量变化的快慢

大小

Φ＝B·

Scosθ

ΔΦ＝Φ2－Φ1

ΔΦ＝B·

ΔS

ΔΦ＝S·

ΔB

＝B或＝S

注意

若有相反方向磁场，磁通量可能抵消

开始时和转过180°

时平面都与磁场垂直，穿过平面的磁通量是一正一负，ΔΦ＝2BS，而不是零

既不表示磁通量的大小，也不表示变化的多少。

实际上，它就是单匝线圈上产生的电动势，即E＝

注意:

该式中普遍适用于求平均感应电动势。

只与穿过电路的磁通量的变化率有关,而与磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是否闭合、电路的结构与材料等因素无关

六．导体切割磁感线时的感应电动势

1、导体垂直切割磁感线时，感应电动势可用E＝Blv求出，式中l为导体切割磁感线的有效长度。

（1）有效性：

公式中的l为有效切割长度，即导体与v垂直的方向上的投影长度。

甲图：

l＝cdsinβ；

乙图：

沿v1方向运动时，l＝MN；

沿v2方向运动时，l＝0。

丙图：

沿v1方向运动时，l＝R；

沿v2方向运动时，l＝0；

沿v3方向运动时，l＝R

（2）相对性：

E＝Blv中的速度v是相对于磁场的速度，若磁场也运动，应注意速度间的相对关系。

2、导体不垂直切割磁感线时，即v与B有一夹角θ，感应电动势可用E＝Blvsinθ求出。

3、公式一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同,对有些导体各部分切割磁感线的速度不相同的情况,如何求感应电动势？

例：

如图所示,一长为l的导体杆AC绕A点在纸面内以角速度匀速转动,转动的区域的有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,求AC产生的感应电动势,

解析：

AC各部分切割磁感线的速度不相等,,且AC上各点的

线速度大小与半径成正比,

所以AC切割的速度可用其平均切割速度,故。

4、——面积为S的纸圈，共匝，在匀强磁场B中，以角速度匀速转动，其转轴与磁场方向垂直，则当线圈平面与磁场方向平行时，线圈两端有最大有感应电动势。

设线框长为L，宽为d，以转到图示位置时，

边垂直磁场方向向纸外运动切割磁感线，速度为（圆运动半径为宽边d的一半）产生感应电动势，端电势高于端电势。

同理边产生感应电动势。

端电势高于d端电势。

则输出端M．N电动势为。

如果线圈匝，则，M端电势高，N端电势低。

参照俯示图:

这位置由于线圈边长是垂直切割磁感线，所以有感应电动势最大值，如从图示位置转过一个角度，如果圆周运动线速度，在垂直磁场方向的分量应为，此时线圈产生感应电动势的瞬时值.即作最大值方向的投影=（是线圈平面与磁场方向的夹角）。

当线圈平面垂直磁场方向时，线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，感应电动势为零。

七.总结：

计算感应电动势公式：

（导体绕某一固定点转动）

注意：

1.公式中字母的含义，公式的适用条件及使用条件。

2.感应电流与感应电量,当回路中发生磁通变化时,由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流,在内迁移的电荷量为感应电量。

仅由回路电阻和磁通量的变化量决定,与磁通量变化的时间无关。

因此,当用一磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时,线圈里聚积的感应电量相等,但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同,外力做功也不同。

八．楞次定律：

1、用楞次定律判断感应电流的方向。

楞次定律的内容：

感应电流具有这样的的方向，感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化。

即原磁通量变化感应电流感应电流磁场原磁通量变化。

（这个不太好理解、不过很好用口诀：

增缩减扩，来拒去留，增反减同）

2、楞次定律的理解：

感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）引起感应电流的原因。

（1）阻碍原磁通的变化（原始表述）；

（2）阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”。

（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势；

（4）阻碍原电流的变化（自感现象）。

3、应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤：

（1）查明原磁场的方向及磁通量的变化情况；

（2）根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向；

（3）由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。

4、当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，用右手定则可判定感应电流的方向。

导体运动切割产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的特例。

（“力”用左手，“其它”用右手）

九．互感自感涡流

1、互感：

由于线圈A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈B中激发了感应电动势。

这种现象叫互感。

2、自感:

由于线圈（导体）本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。

在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。

分析可知：

自感电动势总是阻碍线圈（导体）中原电流的变化。

自感电动势的大小跟电流变化率成正比。

L是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，匝数越多，横截面积越大，自感系数L越大。

另外,有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。

单位是亨利（H）。

自感现象分通电自感和断电自感两种,其中断电自感中“小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的问题,

例：

如图2所示,原来电路闭合处于稳定状态,L与并联,其电流分别为,方向都是从左到右。

在断开S的瞬间,灯A中原来的从左向右的电流立即消失,但是灯A与线圈L构成一闭合回路,由于L的自感作用,其中的电流不会立即消失,而是在回路中逐断减弱维持短暂的时间,在这个时间内灯A中有从右向左的电流通过,此时通过灯A的电流是从开始减弱的,如果原来,则在灯A熄灭之前要闪亮一下;

如果原来,则灯A是逐断熄灭不再闪亮一下。

原来哪一个大,要由L的直流电阻和A的电阻的大小来决定,如果,如果。

3、涡流及其应用

（1）变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。

一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流

（2）应用：

新型炉灶——电磁炉。

金属探测器：

飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。

【导与练】

1．将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是（C）

A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关

B.穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大

C.穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大

D.感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同

2.如图所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线处于同一平面内，

而且处在两导线的中央，则（　A　）

A．两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零

B．两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零

C．两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量相等

D．因两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零

3.电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示。

现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和

电容器极板的带电情况是（　D　）

A．从a到b，上极板带正电

B．从a到b，下极板带正电

C．从b到a，上极板带正电

D．从b到a，下极板带正电

4.将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是（　C　）

A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大

C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同

5.如图所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置

在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时（AD）

A．P、Q将相互靠拢

B．P、Q将相互远离

C．磁铁的加速度仍为g

D．磁铁的加速度小于g

6.如图所示,有一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个闭合的矩形导线框abcd，沿纸面由位置1（左）匀速运动到位置2（右），则（　D　）

A．导线框进入磁场时，感应电流的方向为a→b→c→d→a

B．导线框离开磁场时，感应电流的方向为a→d→c→b→a

C．导线框离开磁场时，受到的安培力水平向右

D．导线框进入磁场时，受到的安培力水平向左

7．如图所，电路中A、B是完全相同的灯泡，L是一带铁芯的线圈。

开关S原来闭合,则开关S断开的瞬间（　D　）

A．L中的电流方向改变，灯泡B立即熄灭

B．L中的电流方向不变，灯泡B要过一会儿才熄灭

C．L中的电流方向改变，灯泡A比B熄灭慢

D．L中的电流方向不变，灯泡A比B熄灭慢

8.如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。

电阻为R、半径为L、圆心角为45°

的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动（O轴位于磁场边界）。

则线框内产生的感应电流的有效值为（D）

A　　　　　B.

C. D.

9.如图，均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框，半圆直径与磁场边缘重合;

磁场方向垂直于半圆面（纸面）向里，磁感应强度大小为B0．使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周，在线框中产生感应电流。

现使线框保持图中所示位置，磁感应强度大小随时间线性变化。

为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的

变化率的大小应为（C）

A． B．

B．C． D．

10.如图，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a（B）

A.顺时针加速旋转B.顺时针减速旋转

C.逆时针加速旋转D.逆时针减速旋转

11.半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体杆，单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强盛场，磁感应强度为B0.杆在圆环上以速度v0

平行于直径CD向右做匀速直线坛动.杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环

中心O开始，杆的位置由θ确定,如图所示。

则（AD）

A.θ=0时，杆产生的电动势为2Bav

B.θ=π/3时，杆产生的电动势为Bav

C.θ=0时，杆受到的安培力大小为

D.θ=π/3时，杆受到的安培力大小为

12.金属杆MN和PQ间距为l，MP间接有电阻R，磁场如图所示，磁感应强度为B。

金属棒AB长为2l，由图示位置以A为轴，以角速度ω匀速转过90°

（顺时针）。

求该过程中（其他电阻不计）：

（1）R上的最大电功率。

（2）通过R的电量。

AB转动切割磁感线，且切割长度由l增至2l以后AB离开MN，电路断开。

（1）当B端恰至MN上时，E最大。

Em＝B·

2l·

＝2Bωl2，PRm＝＝

（2）AB由初位置转至B端恰在MN上的过程中回路

·

l·

2l·

sin60°

＝Bl2q＝·

Δt＝＝

13.如图，两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置，导轨间距离为L1电阻不计。

在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。

整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。

现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。

金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好。

已知某时刻后两灯泡保持正常发光。

重力加速度为g。

求：

（1）磁感应强度的大小：

（2）灯泡正常发光时导体棒的运动速率。

每个灯上的额定电流为额定电压为：

（1）最后MN匀速运动故：

B2IL=mg求出：

（2）U=BLv得：

14.如图所示，半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向内。

一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上从左端滑到右端，电路中的定值电阻为r，其余电阻不计。

导体棒与圆形导轨接触良好。

（1）在滑动过程中通过电阻r上的电流的平均值；

（2）MN从左端到右端的整个过程中，通过r上的电荷量；

（3）当MN通过圆导轨中心时，通过r上的电流是多少？

导体棒从左向右滑动的过程中，切割磁感线产生感应电动势，对电阻r供电。

（1）计算平均电流，应该用法拉第电磁感应定律，先求出平均感应电动势。

整个过程磁通量的变化为ΔΦ＝BS＝BπR2，所用的时间Δt＝，代入公式E＝＝，平均电流为I＝＝。

（2）电荷量的运算应该用平均电流，q＝IΔt＝。

（3）当MN通过圆形导轨中心时，切割磁感线的有效长度最大，l＝2R，根据导体切割磁感线产生的电动势公式，E＝Blv得E＝B2Rv，此时通过r的电流为I＝＝。

15.如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°

角。

完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均为0.02kg，电阻均为R=0.1Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=0.2T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能保持静止。

取g=10m/s2，问：

（1）通过cd棒的电流I是多少，方向如何？

（2）棒ab受到的力F多大？

（3）棒cd每产生Q=0.1J的热量，力F做的功W是多少？

（1）棒cd受到的安培力 ①

棒cd在共点力作用下平衡，则 ②

由①②式代入数据解得I=1A，方向由右手定则可知由d到c。

（2）棒ab与棒cd受到的安培力大小相等Fab=Fcd

对棒ab由共点力平衡有代入数据解得F=0.2N

（3）设在时间t内棒cd产生Q=0.1J热量，由焦耳定律可知

设ab棒匀速运动的速度大小为v，则产生的感应电动势E=Blv

由闭合电路欧姆定律知由运动学公式知，在时间t内，棒ab沿导轨的位移x=vt

力F做的功W=Fx综合上述各式，代入数据解得W=0.4J

16.如图甲所示，在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=1m的金属“U”型轨导，在“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。

在t=0时刻，质量为m=0.1kg的导体棒以v0=1m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响（取）。

（1）通过计算分析4s内导体棒的运动情况；

（2）计算4s内回路中电流的大小，并判断电流方向；

（3）计算4s内回路产生的焦耳热。

（1）导体棒先在无磁场区域做匀减速运动，有

代入数据解得：

，，导体棒没有进入磁场区域。

导体棒在末已经停止运动，以后一直保持静止，离左端位置仍为

（2）前磁通量不变，回路电动势和电流分别为，后回路产生的电动势为回路的总长度为，因此回路的总电阻为电流为

根据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向

（3）前电流为零，后有恒定电流，焦耳热为

17．如图，质量为M的足够长金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上。

一电阻不计，质量为m的导体棒PQ放置在导轨上，始终与导轨接触良好，PQbc构成矩形。

棒与导轨间动摩擦因数为?

，棒左侧有两个固定于水平面的立柱。

导轨bc段长为L，开始时PQ左侧导轨的总电阻为R，右侧导轨单位长度的电阻为R0。

以ef为界，其左侧匀强磁场方向竖直向上，右侧匀强磁场水平向左，磁感应强度大小均为B。

在t＝0时，一水平向左的拉力F垂直作用于导轨的bc边上，使导轨由静止开始做匀加速直线运动，加速度为a。

（1）求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式；

（2）经过多少时间拉力F达到最大值，拉力F的最大值为多少？

（3）某一过程中回路产生的焦耳热为Q，导轨克服摩擦力做功为W，求导轨动能的增加量。

（1）感应电动势为E＝BLv，导轨做初速为零的匀加速运动，v＝at，

E＝BLat，s＝at2/2，感应电流的表达式为

I＝BLv/R总＝BLat/（R＋2R0?

at2/2）＝BLat/（R＋R0at2），

（2）导轨受安培力FA＝BIL＝B2L2at/（R＋R0at2），

摩擦力为Ff＝?

FN＝?

（mg＋BIL）＝?

[mg＋B2L2at/（R＋R0at2）]，

根据牛顿运动定律

F－FA－Ff＝Ma，F＝Ma＋FA＋Ff＝Ma＋?

mg＋（1＋?

）B2L2at/（R＋R0at2），

上式中当R/t＝R0at即t＝时外力F取最大值，Fmax＝Ma＋?

）B2L2，

（3）设此过程中导轨运动距离为s，由动能定理W合＝?

Ek，摩擦力为Ff＝?

（mg＋FA），

摩擦力做功为W＝?

mgs＋?

WA＝?

Q，s＝，?

Ek＝Mas＝（W－?

Q），

第五章：

交变电流

一．交变电流

1.定义：

大小和方向都随时间做周期性变化的电流。

2.图像：

如图（a）、（b）、（c）、（d）所示都属于交变电流。

其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电，如图（a）所示。

二．正弦交流电的产生和图像

1.产生:

矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时，如图产生正弦（或余弦）交流电动势。

当外电路闭合时形成正弦（或余弦）交流电流。

2.变化规律：

（1）中性面：

与磁感线垂直的平面叫中性面。

线圈平面位于中性面位置时，如图（A）所示，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零。

因此，感应电动势为零。

当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时（即线圈平面与磁感线平行时）如图（C）所示,穿过线圈的磁通量虽然为零，但线圈平面内磁通量变化率最大。

因此，感应电动势值最大。

（伏）（N为匝数）

三.正弦交流电的函数表达式

若n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向?

的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为

e?

＝nBSωsinωt，用Em＝nBSω表示电动势最大值，则有e＝Emsinωt。

其电流大小为

i＝＝sinωt＝Imsinωt。

四.正弦式电流的变化规律（线圈在中性面位置开始计时）

　规律

物理量　　

函数

图像

Φ＝Φm·

cosωt＝BScosωt

电动势

e＝Em·

sinωt＝nBSωsinωt

电压

u＝Um·

ωsinωt＝sinωt

电流

i＝Im·

sinωt＝sinωt

五.两个特殊位置的特点

1.线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。

2.线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。

六.表征交流电的物理量：

1.周期、频率和角速度

（1）周期（T）：

交变电流完成一次周期性变化（线圈转一周）所需的时间，单位是秒（s），公式T＝。

（2）频率（f）：

交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。

（3）角速度：

单位：

弧度/秒

（4）周期和频率的关系：

T＝或f＝。

2.交变电流“四值”的理解与应用

物理量

物理含义

重要关系

应用情况及说明

瞬时值

交变电流某一时刻的值

e＝Emsinωt，u＝Umsinωt，i＝Imsinωt

计算线圈某时刻的受力情况

最大值

最大的瞬时值

Em＝nBSω，Em＝nΦmω，Im＝

当考虑某些电学元件（电容器、晶体管等）的击穿电压时，指的是交变电压的最大值

有效值

根据电流的热效应（电流通过电阻产生的热）进行定义

对正弦、余弦交变电流E＝，U＝，I＝

（1）通常所说的交变电流的电压、电流强度、交流电表的读数、保险丝的熔断电流值、电器设备铭牌上所标的电压、电流值都是指交变电流的有效值

（2）求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进行计算

平均值

交变电流图像中图线与t轴所围成的面积与时间的比值

＝BL，＝n，＝

计算有关电量时只能用平均值

3.几种典型的交变电流的有效值

电流名称

电流图像

正弦式交变电流

U＝Um

正弦半波电流

正弦单向脉动电流

U＝

矩形脉动电流

U＝Um

非对称性交变电流

U＝

七、电感和电容对交变电流的影响

1.电感对交变电流有阻碍作用，阻碍作用大小用感抗表示。

低频扼流圈，线圈的自感系数Ｌ很大，作用是“通直流，阻交流”；

高频扼流圈，线圈的自感系数Ｌ很小，作用是“通低频，阻高频”．

2.电容对交变电流有阻碍作用，阻碍作用大小用容抗表示

耦合电容，容量较大，隔直流、通交流

高频旁路电容，容量很小，隔直流、阻低频、通高频

八、变压器、电能的输送

1．变压器的构造

理想变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成。

2．变压器的原理

电流磁效应、电磁感应（互感现象）。

3．理想变压器的基本关系

（1）电压关系：

＝。

（2）功率关系：

P入＝P出。

（3）电流关系：

①只有一个副线圈时：

②有多个副线圈时：

UII1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。

（4）对于单个副线圈的变压器，原、副线圈中的频率f、磁通量变化率相同，并且满足＝。

理想变压器各物理量的决定因素

1.输入电压U1决定输出电压U2，输出电流I2决定输入电流I1，输入功率随输出功率的变化而变化直到达到变压器的最大功率（负载电阻减小，输入