高中物理选修3-2全册知识点总结

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第四章 电磁感应

4.1划时代的发现

一、奥斯特的“电生磁”

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应它揭示了电现象与磁现象之间存在着某种联系。

二、法拉第的“磁生电”

（1）、“磁生电”的发现

英国物理学家法拉第经过10年的不懈努力，在1831年8月29日发现由磁场得到电流的现象，叫做 电磁感应。

[

（2）、产生电流的原因

在电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。法拉第把产生这种电流的原因概括为五类：

变化的电流，变化的磁场，运动的恒定的电流，运动的磁铁，在磁场中运动的导体。

4.2探究电磁感应的产生条件

一、相关实验及分析论证

— 模拟法拉第的实验 实验名称 闭合电路的部分导体切割磁感线 向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出

实验装置 ： 磁体相对线圈运动，线线圈A中电流变化，导致线圈B内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变） 部分导体切割磁感运动方式 线，闭合电路所围面积发生变化（磁场不变化） 圈内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变） 磁通量是否发生变化 实验结论 磁通量发生变化 有感应电流产生 电磁感应现象产生的条件可以概括为： 只要穿过闭合电路的磁通量变化，闭合电路中就有感应电流产生。

；

4.3楞次定律

一. 相关实验

相关实验规律总结：

（1）、原磁通变大，则感应电流磁场与原磁场相反，有阻碍变大作用 （2）、原磁通变小，则感应电流磁场与原磁场相同，有阻碍变小作用

！

即：（增反减同）

二、楞次定律——感应电流的方向

（1）、内容：感应电流具有这样的方向，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。 （2）、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

强调： a、从磁通量变化的角度看：感应电流总要阻碍磁通量的变化。

]

b、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、阻碍的过程中，即一种能向另一种转化的过程

例：若条形磁铁是自由落体，则磁铁下落过程中受到向上的阻力，即机械能→电能

→内能

（3）、应用楞次定律步骤：

①、确定原磁场的方向；

②、搞清穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少； ③、根据楞次定律判定感应电流的磁场方向； ④、利用感应电流的磁场方向判定感应电流的方向。

;

三、楞次定律的特例（闭合回路中部分导体切割磁感线） （1）、右手定则的内容：

伸开右手让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从掌心进入，拇指指向导体运动方向，其余四指指向的就是导体中感应电流方向 （2）、适用条件：切割磁感线的情况

（3）、说明：

①、右手定则是楞次定律的特例。

②、当切割磁感线时电路不闭合，四指的指向即感应电动势方向

？

4.4法拉第电磁感应定律

一、影响感应电动势大小的因素

实验结论:

电动势的大小与磁通量的变化快慢有关，磁通量的变化越快电动势越大,磁通量的变化越慢电动势越小。 二、法拉第电磁感应定律

由实验知，

越大，Et感

越大，即感应电动势的大小完全由磁通量的变化率决定。电

。这就是法拉t路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路磁通量的变化率成正比，即E∝第电磁感应定律。

Ek

 ① t<

在国际单位制中，电动势单位是伏（V），磁通量单位是韦伯（Wb），时间单位是秒（s），可以证明式中比例系数k=1，则上式可写成

E=

 ② t设闭合电路是一个N匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量变化率都相同，这时相当于N个单匝线圈串联而成，因此

感应电动势：E=N ③ t说明：（1）感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比

（2）感应电动势的方向由楞次定律来判断

三、特例——导线切割磁感线时的感应电动势

如图所示电路，闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度为B，ab的长度为L，以速度v匀速切割磁感线，在Δt时间内导体棒由原来的位置运动到a1b1，这时线框面积的变化量为

(

ΔS=LvΔt ④ 穿过闭合电路磁通量的变化量为

ΔΦ=BΔS=BLvΔt ⑤

据法拉第电磁感应定律，导线切割磁感线时的感应电动势 E⑥ 说明：

（1）⑥中导线的长度L是垂直于磁场方向上的投影长度 （2）⑥中v是垂直于磁场方向上的分速度。

（3）速度v为平均值（瞬时值），E就为平均值（瞬时值）

-

BLvtBLv tt

当导体的运动方向跟磁感线方向有一个夹角θ，可以把速度v分解为两个分量：垂直于

磁感线的分量v1=vsinθ和平行于磁感线的分量v2=vcosθ。后者不切割磁感线，不产生感应电动势。前者切割磁感线，产生的感应电动势为

E=BLv1=BLvsinθ ⑦ 强调：在国际单位制中，上式中B、L、v的单位分别是特斯拉（T）、米（m）、米每秒（m/s），

θ指v与B的夹角。

4.5电磁感应规律的应用

由于引起磁通量的变化的原因不同感应电动势产生的机理也不同，一般分为两种：一种是磁场不变，导体运动引起的磁通量的变化而产生的感应电动势，这种电动势称作动生电动势，另外一种是导体不动，由于磁场变化引起磁通量的变化而产生的电动势称作感生电动势。 一、感生电动势

}

（1）感生电场：

① 概念：由于磁场的变化而激发的电场叫感生电场。

（感生电场是一种涡旋电场，电场线是封闭的） ② 感生电场方向判断：右手螺旋定则。 （2）感生电动势：

① 概念：感生电场对自由电荷的作用力充当了非静电力，由感生电场而产生的电

动势叫做感生电动势。

② 计算公式：

#

EnBst

（感生电场是产生感应电流或感应电动势的原因，感生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生电场的方向相同。）

二、洛伦兹力与动生电动势

导体棒CD在均匀磁场中运动时，自由电荷会随着导体棒运动，并因此受到洛伦兹力（非静电力）。自由电子沿导体向下运动，使导体下端出现过剩的负电荷，导体上端出现过剩的正电荷，结果使导体上端D的电势高于下端C的电势，出现由D指向C的静电场，此电场对电子的静电力F’的方向向上，与洛伦兹力F方向相反，随着导体两端正负电荷的积累，电场不断增强，当作用在自由电子上的静电力与电子

D F’ F洛 C

受到的洛伦兹力相平衡时，DC两端产生一个稳定的电势差叫动生电动势。

#

（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）

4.6互感和自感

一、互感现象

两个线圈之间并没有导线相连，但当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势。这种现象叫做互感，这种感应电动势叫做互感电动势。

《

利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器就是利用互感现象制成

的。

二、自感现象

（1）自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 （2）自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势。

自感电动势的特点：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化的。

具体而言：① 如果导体中原来的电流是增大的，自感电动势就要阻碍原来电流的增大。

（I原↑，则ε自(I自)与I原相反）

② 如果导体中原来的电流是减小的，自感电动势就要阻碍原来电流的减小。（I原↓，则ε自(I自)与I原相同）

三、自感电动势

]

自感电动势的大小跟其它感应电动势的大小一样，跟穿过线圈的磁通量的

变化快慢有关。而在自感现象中，穿过线圈的磁通量是由电流引起的，故自感电动势的大小跟导体中电流变化的快慢有关。

理论分析表明： ELI tL称为线圈的自感系数，简称自感或电感。自感表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量。

影响自感系数的大小因素：

L的大小跟线圈的形状、长短、匝数、有无铁芯有关。 单位：亨利(H)

1H=10mH=10μH

四、自感现象的应用——日光灯的原理

*

36

日光灯的原理：开关闭合时，启动器中氖气放电发出辉光产生的热量使U形触片膨胀

伸长接触静片而电路导通，镇流器中的线圈和灯管中的灯丝就有电流通过，电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，电路断开时，镇流器线圈因自感产生一个瞬时高压，这个高压加上电源两端的电压一起加在灯管的两端，使水银蒸汽开始放电导通，使日光灯发光。光灯启动后，启动器就不需要了。

镇流器就是一个自感系数很大的线圈，在日光灯点燃时，利用自感现象，产生瞬时高压，在日光灯正常发光时，利用自感现象起降压限流的作用。

}

4.7涡流 电磁阻尼 电磁驱动

一、涡流：

1、涡流：块状金属放在变化磁场中，金属块内产生的像水的漩涡状的感应电流。或者让它在磁场中运动时，金属块内产生的感应电流。涡流是一种特殊的电磁感应现象，遵循电磁感应定律。

2.涡流的防止和利用 （1）涡流的防止

线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。 减少涡流的途径:

①、增大铁芯材料的电阻率,常用的材料是硅钢。

)

②、用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。

（2）涡流的利用

①、电磁灶

②、真空冶炼炉，高频焊接

③、探雷器和安检门都是利用涡流制成的

二、电磁阻尼

当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种线现象称为电磁阻尼。 三、电磁驱动

|

磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，

使导体运动起来，这种作用称为电磁驱动。

3、涡流的机械效应----电磁驱动

：

第五章 交变电流

5.1交变电流

一、交变电流

1、交变电流：电流大小和方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流； 2、直流：电流方向不随时间变化的电流称为直流； 二、交变电流的产生 1.过程分析

—

· 甲 特殊位置 甲 乙 丙 丁 B与S的关系 %垂直 平行 垂直 平行 垂直 最大（BS） 0 最大（BS） 0 最大（BS） 磁通量

、 乙→丙 丙→丁 丁→甲 4个过程中 甲→乙 ） Φ的变化 -BS BS -BS BS 电流方向 2.结论：

B-A B-A A-B A-B ①线圈处于中性面（线圈平面与磁感线垂直的位置）位置时，穿过线圈Φ最大，但=0。

?

ΔΔt

②线圈越过中性面，线圈中I感方向要改变。线圈转一周，感应电流方向改变两次。 ③

三、交变电流的规律

1、感应电动势：

如图所示是交流发电机线圈的截面示意图，设ab边的长度为L，

ad边的长度为L’，外磁场的磁感应强度为B，线圈平面从中性面开始转动，角速度为ω转动。

1、任意时刻dc边的线速度V的方向跟磁感线的方向间的夹角为 t 2、任意时刻dc边切割磁感线的有效速度大小v1L'sin(t) 23、任意时刻dc边中的感应电动势EdcBLv4、$

11BLL'sin(t)BSsin(t) 22

5、

任意时刻整个线圈的感应电动势E2EdcBSsin(t)

即：①任意时刻整个线圈的感应电动势EEmaxsin(t)

②当sin(t)中tn2(n1.2.3.....)及线框平行于磁感线时，电路中感应电

动势最大，

最大感应电动势EmaxBS （峰值电动势） 2、负载两端电压，和电路中的电流

发电机中感应电动势按正弦规律变化，若交变电流的闭合电路中的总电阻为R，

则电路中电流的峰值为ImaxEmaxBS R总R总电流的瞬时值为IEBSsin(t)Imaxsin(t) R总R总、

把这种按正弦规律变化的交变电流叫做正弦电流 若外电路有某电阻R

则路端电压电压的峰值为umaxImaxREmaxBSR R总R总路端电压电压的瞬时值为uIRER总BSsin(t)Rumaxsin(t)

R总3、正弦交变电流的e，i图像与线圈在磁场中转动过程的对应关系

5.2 描述交变电流的物理量

一、周期和频率

%

1、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，通常用T表示，单位是秒。 2、频率：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，通常用f表示，单位是赫兹。周期与频率的关系为 T11或f fT3、角速度和频率的关系：2f

4、我国工农业及生活用电的周期为0.02s，频率为50Hz，电流方向每秒改变 次. 【思考完成】如图所示，这个交流电的周期是多少？频率是多少？

&

二、峰值（最大值）和有效值

（1）峰值：交变电流在一个周期内电流或电压所能达到的最大数值。

①最大值在实际中有一定的指导意义，所有使用交流的用电器最大耐值应大于使用的交流电压的最大值，电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值. ②线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势的最大值Em= .

（2）有效值：根据电流产生的热量来规定。让交变电流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一个周期内产生热量相同，则这个恒定电流I、电压U叫做这个交流电流的有效值。

人们常说的家庭电路的电压是220V指的是它的

（3）正弦交变电流的有效值和峰值之间的关系：I= ，U= 。 注意：任何交变电流都有有效值，但上述关系只限于正弦交变电流，对其他形式交变电流并不适用.

~

三、最大值、有效值和平均值的应用

①求电功、平均电功率以及确定保险丝的熔断电流等物理量时，要用 值计算，

②求一段时间内通过导体横截面的电量时要用 值，qIt=

Et=n RR③在考虑电容器的耐压值时，则应根据交流电的 值 四、相位

如图所示，甲、乙两交流电的表达式分别为：

u甲＝ ；

u乙＝ ，

\"

其中“ωt＋Φ”叫做交变电流的

Φ是t＝0时的相位，叫做交变电流的 .

五、交变电流四值的比较

…物理含义 重要关系 e=Emsinωt i=Imsinωt 适用情况 计算线圈某一时刻所受安培力的情况，判断氖管是否发光 瞬时值 交变电流某一时刻的值

最大的瞬时峰值 值 Em=nBSω Im= Em/（ R+r） 对于正弦式电流有： ） 确定用电器的耐压值 （1）计算与电流热效应相关的量（如电功、电功率、热量）； 跟交变电流的热效应等效的恒定电有效值 流值 EEm2Im2 UUm2 （2）交流电表的测量值； （3）电气设备标注的额定电压和额定电流； 《I （4）保险丝的熔断电流 交变电流图像中图线与平均值 时间轴所夹面积与时间的比值 nEt IREr 计算通过电路截面的电量： q=IΔt

》

5.3 电感和电容对交变电流的影响

一、电感对交变电流的阻碍作用：

1、原理：将交变电流通入电感线圈，由于线圈中的电流大小和方向都时刻变化，根据电磁感应原理，电感线圈中必产生感应电动势，以阻碍电流的变化，因此交流电路的电感线圈对交变电流有阻碍作用。

2、感抗： ①概念：把阻碍作用的大小用感抗表示。

②物理意义：描述电容对交变电流的阻碍作用。

③影响感抗因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越大，感抗就越大。

3、应用：扼流圈：①低频扼流圈通直电，阻交变电流，感抗大

②高频扼流圈通直流、低频交变电流，阻高频交变电流，感抗小

—

二、电容对交变电流的阻碍作用：

1、交变电流能够通过电容器原理：

电容器反复不断地充电和放电，使电路中有持续的交变电流，表现为交变电流“通过”了电容器。

2、容抗： ①概念：电容对交变电流的阻碍作用的大小

②物理意义：描述电容对交变电流的阻碍作用。

③影响因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小。

3、电容器在电路中的作用：通交流，隔直流；通高频，阻低频。 三、电阻、电感器、电容器对交变电流阻碍作用的区别与联系

— 电阻 电感器 电容器 定向移动的自由电荷与产生的原因 不动的离子间的碰撞 由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化 电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用 。 对直流、交流均有阻碍只对变化的电流（如交流）有阻碍作用 不能通直流，只能通变化的电流.对直流的阻碍作用无限大，对交流的阻碍作用随频率的降低而增大 在电路中的特点 作用 决定因素 由导体本身（长短、粗由导体本身的自感系数细、材料）决定，与温由电容的大小和交流的频率决定

度有关 和交流的频率f决定 ~ 电流通过电阻功，电能电能的转化与做功 电能和磁场能往复转化 电流的能与电场能往复转化 转化为内能

5.4 变压器

一、变压器的构造

（1）闭合铁芯 （绝缘硅钢片叠合而成） （2）原线圈 初级线圈 匝数用n1表示 （3）副线圈 次级线圈 匝数用n2表示

（4）输入电压：用U1表示； 输出电压：用U2表示. 2.电路图中符号_______________

二、理想变压器（不计过程中的能量损失）的变压规律

1、变压器原理：互感现象是变压器工作的基础，电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小和方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生产生感应电动势。 2、电压与匝数的关系：

①闭合铁芯内各处的△Φ/△t相等。

②两侧线圈内的感应电动势关系：原线圈：E1n1 副线圈：E2n2 tt③.理想线圈R内不计，U1与E1，U2与E2的相等，即可得到

U1，U2，n1，n2的关系式：

U1n1 U2n2（ 二） 电流与匝数的关系

理想变压器故能量损耗不计， P入=P出。由P入= U1I1 P出= U2I2 即可推出

I1，I2，n1，n2的关系：

I1n2 I2n1

5.5 电能的输送

一、输送电能的基本要求

1、可靠：保证供电线路可靠的工作，少有故障。 2、保质：保证电能的质量——电压和频率的稳定。 3、经济：输电线路建造和运行的费用地，电能损耗少。 4、输电线上的功率损失

输电线上有电阻R，由电阻定律知R2l，当l很长时，R很大，设输电线中电流s为I，则电线中电阻将消耗功率PIR，可见ΔP会很大. 二、降低输电损耗的两个途径

1、减小输电线上的电阻：

即增大导线横截面积和用电阻率ρ的材料，这种方法在实际生产中效果有限. 2、减小输电电流：

在输出功率不变时，由P=UI知可提高电压来减小I。

在远距离输电时必须采用提高电压，以减小输出电流，减小功率损失和电压损失.

三、电网供电

1、远距离输电基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。

2、电网：

通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和用户连接起来，形成全国性或区域性的输电网络。

3.、电网输电的优点

（1）降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。

（2）减少断电的风险，调剂不同地区电力供应的平衡，保证供电的质量。 （3）合理调度电力，是电力的供应更加可靠、质量更高。