高中物理选修32第一章知识点详解版35956Word下载.docx
《高中物理选修32第一章知识点详解版35956Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理选修32第一章知识点详解版35956Word下载.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(1)内容:
感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
①凡是由磁通量的增加引起的感应电流,它所激发的磁场阻碍原来磁通量的增加。
②凡是由磁通量的减少引起的感应电流,它所激发的磁场阻碍原来磁通量的减少。
(2)楞次定律的因果关系:
闭合导体电路中磁通量的变化是产生感应电流的原因,而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结果,简要地说,只有当闭合电路中的磁通量发生变化时,才会有感应电流的磁场出现。
(3)“阻碍”的含义.
①“阻碍”可能是“反抗”,也可能是“补偿”.
当引起感应电流的磁通量(原磁通量)增加时,感应电流的磁场就与原磁场的方向相反,感应电流的磁场“反抗”原磁通量的增加;
当原磁通量减少时,感应电流的磁场就与原磁场的方向相同,感应电流的磁场“补偿”原磁通量的减少。
(“增反减同”)
②“阻碍”不等于“阻止”,而是“延缓”.
感应电流的磁场不能阻止原磁通量的变化,只是延缓了原磁通量的变化。
当由于原磁通量的增加引起感应电流时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了,但磁通量仍在增加,不影响磁通量最终的增加量;
当由于原磁通量的减少而引起感应电流时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了,但磁通量仍在减少,不影响磁通量最终的减少量。
即感应电流的磁场延缓了原磁通量的变化,而不能使原磁通量停止变化,该变化多少磁通量最后还是变化多少磁通量。
③“阻碍”不意味着“相反”.
在理解楞次定律时,不能把“阻碍”作用认为感应电流产生磁场的方向与原磁场的方向相反。
事实上,它们可能同向,也可能反向。
(4)“阻碍”的作用.
楞次定律中的“阻碍”作用,正是能的转化和守恒定律的反映,在客服这种阻碍的过程中,其他形式的能转化成电能。
(5)“阻碍”的形式.
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)就磁通量而言,感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化.(“增反减同”)
(2)就电流而言,感应电流的磁场阻碍原电流的变化,即原电流增大时,感应电流磁场方向与原电流磁场方向相反;
原电流减小时,感应电流磁场方向与原电流磁场方向相同.(“增反减同”)
(3)就相对运动而言,由于相对运动导致的电磁感应现象,感应电流的效果阻碍相对运动.(“来拒去留”)
(4)就闭合电路的面积而言,电磁感应应致使回路面积有变化趋势时,则面积收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化.(“增缩减扩”)
(6)适用范围:
一切电磁感应现象.
(7)研究对象:
整个回路.
(8)使用楞次定律的步骤:
①明确(引起感应电流的)原磁场的方向.
②明确穿过闭合电路的磁通量(指合磁通量)是增加还是减少.
③根据楞次定律确定感应电流的磁场方向.
④利用安培定则确定感应电流的方向.
2、右手定则.
伸开右手,让拇指跟其余四个手指垂直,并且都跟手掌在一个平面内,让磁感线垂直(或倾斜)从手心进入,拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向。
(2)作用:
判断感应电流的方向与磁感线方向、导体运动方向间的关系。
(3)适用范围:
导体切割磁感线。
(4)研究对象:
回路中的一部分导体。
(5)右手定则与楞次定律的联系和区别.
①联系:
右手定则可以看作是楞次定律在导体运动情况下的特殊运用,用右手定则和楞次定律判断感应电流的方向,结果是一致的。
②区别:
右手定则只适用于导体切割磁感线的情况(产生的是“动生电流”),不适合导体不运动,磁场或者面积变化的情况,即当产生“感生电流时,不能用右手定则进行判断感应电流的方向。
也就是说,楞次定律的适用范围更广,但是在导体切割磁感线的情况下用右手定则更容易判断。
3、“三定则”.
比较项目
右手定则
左手定则
安培定则
基本现象
部分导体切割磁感线
磁场对运动电荷、电流的作用力
运动电荷、电流产生磁场
作用
判断磁场B、速度v、感应电流I方向关系
判断磁场B、电流I、磁场力F方向
电流与其产生的磁场间的方向关系
图例
因果关系
因动而电
因电而动
电流→磁场
应用实例
发电机
电动机
电磁铁
【小技巧】:
左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于区分,把两个定则简单地总结为“通电受力用左手,运动生电用右手”。
“力”的最后一笔“丿”方向向左,用左手;
“电”的最后一笔“乚”方向向右,用右手。
四、法拉第电磁感应定律.
1、法拉第电磁感应定律.
电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比。
(2)公式:
(单匝线圈)或
(n匝线圈).
对表达式的理解:
①E∝
。
对于公式
,k为比例常数,当E、ΔΦ、Δt均取国际单位时,k=1,所以有
若线圈有n匝,且穿过每匝线圈的磁通量变化率相同,则相当于n个相同的电动势
串联,所以整个线圈中电动势为
(本式是确定感应电动势的普遍规律,适用于所有电路,此时电路不一定闭合).
②在
中(这里的ΔΦ取绝对值,所以此公式只计算感应电动势E的大小,E的方向根据楞次定律或右手定则判断),E的大小是由匝数及磁通量的变化率(即磁通量变化的快慢)决定的,与Φ或ΔΦ之间无大小上的必然联系(类比学习:
关系类似于a、v和Δv的关系)。
③当Δt较长时,
求出的是平均感应电动势;
当Δt趋于零时,
求出的是瞬时感应电动势。
2、E=BLv的推导过程.
如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度是B,ab以速度v匀速切割磁感线,求产生的感应电动势
推导:
回路在时间t内增大的面积为:
ΔS=L(vΔt).
穿过回路的磁通量的变化为:
ΔΦ=B·
ΔS=BLv·
Δt.
产生的感应电动势为:
(v是相对于磁场的速度).
若导体斜切磁感线(即导线运动方向与导线本身垂直,
但跟磁感强度方向有夹角),如图所示,则感应电动势为
E=BLvsinθ
(斜切情况也可理解成将B分解成平行于v和垂直于v两个分量)
3、E=BLv的四个特性.
(1)相互垂直性.
公式E=BLv是在一定得条件下得出的,除了磁场是匀强磁场外,还需要B、L、v三者相互垂直,实际问题中当它们不相互垂直时,应取垂直的分量进行计算。
若B、L、v三个物理量中有其中的两个物理量方向相互平行,感应电动势为零。
(2)L的有效性.
公式E=BLv是磁感应强度B的方向与直导线L及运动方向v两两垂直的情形下,导体棒中产生的感应电动势。
L是直导线的有效长度,即导线两端点在v、B所决定平面的垂线方向上的长度。
实际上这个性质是“相互垂直线”的一个延伸,在此是分解L,事实上,我们也可以分解v或者B,让B、L、v三者相互垂直,只有这样才能直接应用公式E=BLv。
E=BL(vsinθ)或E=Bv(Lsinθ)E=B·
2R·
v
有效长度——直导线(或弯曲导线)在垂直速度方向上的投影长度.
(3)瞬时对应性.
对于E=BLv,若v为瞬时速度,则E为瞬时感应电动势;
若v是平均速度,则E为平均感应电动势。
(4)v的相对性.
公式E=BLv中的v指导体相对磁场的速度,并不是对地的速度。
只有在磁场静止,导体棒运动的情况下,导体相对磁场的速度才跟导体相对地的速度相等。
4、公式
和E=BLvsinθ的区别和联系.
(1)两公式比较.
区
别
研究对象
整个闭合电路
回路中做切割磁感线运动的那部分导体
适用范围
各种电磁感应现象
只适用于导体切割磁感线运动的情况
计算结果
一般情况下,求得的是Δt内的平均感应电动势
一般情况下,求得的是某一时刻的瞬时感应电动势
适用情形
常用于磁感应强度B变化所产生的电磁感应现象(磁场变化型)
常用于导体切割磁感线所产生的电磁感应现象(切割型)
联系
E=Blvsinθ是由
在一定条件下推导出来的,该公式可看作法拉第电磁感应定律的一个推论或者特殊应用。
(2)两个公式的选用.
①求解导体做切割磁感线运动产生感应电动势的问题时,两个公式都可以用。
②求解某一过程(或某一段时间)内的感应电动势、平均电流、通过导体横截面的电荷量(q=IΔt)等问题,应选用
.
③求解某一位置(或某一时刻)的感应电动势,计算瞬时电流、电功率及某段时间内的电功、电热等问题,应选用E=BLvsinθ。
5、感应电动势的两种求解方法.
(1)用公式
求解.
是普遍适用的公式,当ΔΦ仅由磁场的变化引起时,该式可表示为
;
若磁感应强度B不变,ΔΦ仅由回路在垂直于磁场方向上得面积S的变化引起时,则可表示为公式
,注意此时S并非线圈的面积,而是线圈内部磁场的面积。
(2)用公式E=BLvsinθ求解.
①若导体平动垂直切割磁感线,则E=BLv,此时只适用于B、L、v三者相互垂直的情况。
②若导体平动但不垂直切割磁感线,E=BLvsinθ(此点参考P4“E=BLv的推导过程”)。
6、反电动势.
电源通电后,电流从导体棒的a端流向b端,用左手定则可判
断ab棒受到的安培力水平向右,则ab棒由静止向右加速运动,
而ab棒向右运动后,会切割磁感线,从而产生感应电动势(如图),
此感应电动势的阻碍电路中原来的电流,即感应电动势的方向跟
外加电压的方向相反,这个感应电动势称为“反电动势”。
五、电磁感应规律的应用.
1、法拉第电机.
(1)电机模型.
(2)原理:
应用导体棒在磁场中切割磁感线而产生感应电动势。
.
①铜盘可以看作由无数根长度等于铜盘半径的导体棒组成,导体棒在转动过程中要切割磁感线。
②大小:
(其中L为棒的长度,ω为角速度)
对此公式的推导有两种理解方式:
E=BLv
棒上各点速度不同,其平均速度为棒上中点的速度:
。
利用E=BLv知,棒上的感应电动势大小为:
如果经过时间Δt,则棒扫过的面积为
磁通量的变化量为:
由
知,棒上得感应电动势大小为
建议选用E=BLv配合平均速度
来推导,此种推导方式方便于理解和记忆。
③方向:
在内电路中,感应电动势的方向是由电源的负极指向电源的正极,跟内电路的电流方向一致。
产生感应电动势的那部分电路就是电源,用右手定则或楞次定律所判断出的感应电动势的方向,就是电源内部的电流方向,所以此电流方向就是感应电动势的方向。
判断出感应电动势方向后,进而可判断电路中各点电势的高低。
2、电磁感应中的电路问题.
(1)解决与电路相联系的电磁感应问题的基本步骤和方法:
①明确哪部分导体或电路产生感应电动势,该导体或电路就是电源,其他部分是外电路。
②用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小,用楞次定律确定感应电动势的方向。
③画出等效电路图。
分清内外电路,画出等效电路图是解决此类问题的关键。
④运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解。
【例1】用电阻为18Ω的均匀导线弯成图中直径D=0.80m的封闭金属圆环,环上AB弧所对圆心角为60°
将圆环垂直于磁感线方向固定在磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向里。
一根每米电阻为1.25Ω的直导线PQ,沿圆环平面向左以3.0m/s的速度匀速滑行(速度方向与PQ垂直),滑行中直导线与圆环紧密接触(忽略接触处电阻),当它通过环上AB位置时,求:
(1)直导线AB段产生的感应电动势,并指明该段直导线中电流的方向.
(2)此时圆环上发热损耗的电功率.
解:
(1)设直导线AB段的长度为l,直导线AB段产生的感应电动势为E,根据几何关系知
则直导线AB段产生的感应电动势为
运用右手定则可判定,直导线AB段中感应电流的方向由A向B,B端电势高于A端。
(2)此时圆环上劣弧AB的电阻为
优弧ACB的电阻为
则
与
并联后的总电阻为
AB段直导线电阻为电源,内电阻为r=1.25×
0.40Ω=0.50Ω.
则此时圆环上发热损耗的电功率
3、电磁感应中的能量转换.——【详细见专题三】
①在电磁感应现象中,磁场能可以转化为电能。
若电路是纯电阻电路,转化过来的电能将全部转化为电阻的内能。
②在电磁感应现象中,通过克服安培力做功,把机械能或其他形式的能转化为电能。
克服安培力做多少功,就产生多少电能。
若电路是纯电阻电路,转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能。
所以,电磁感应现象符合能量守恒定律。
4、电磁感应中的电容问题.——【详细见专题四】
在电路中含有电容器的情况下,导体切割磁感线产生感应电动势,使电容器充电或放电。
因此,搞清电容器两极板间的电压及极板上电荷量的多少、正负和如何变化是解题的关键。
六、自感现象及其应用.
1、自感现象.
(1)自感现象与自感电动势的定义:
当导体中的电流发生变化时,导体本身就产生感应电动势,这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。
这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象,叫做自感现象。
这种现象中产生的感应电动势,叫做自感电动势。
(2)自感现象的原理:
当导体线圈中的电流发生变化时,电流产生的磁场也随之发生变化。
由法拉第电磁感应定律可知,线圈自身会产生阻碍自身电流变化的自感电动势。
(3)自感电动势的两个特点:
①特点一:
自感电动势的作用.
自感电动势阻碍自身电流的变化,但是不能阻止,且自感电动势阻碍自身电流变化的结果,会对其他电路元件的电流产生影响。
②特点二:
自感电动势的大小.
跟穿过线圈的磁通量变化的快慢有关,还跟线圈本身的特性有关,可用公式
表示,其中L为自感系数。
(4)自感现象的三个状态——理想线圈(电阻为零的线圈):
①线圈通电瞬间状态——通过线圈的电流由无变有。
②线圈通电稳定状态——通过线圈的电流无变化。
③线圈断电瞬间状态——通过线圈的电流由有变无。
(5)自感现象的三个要点:
①要点一:
自感线圈产生感应电动势的原因。
是通过线圈本身的电流变化引起穿过自身的磁通量变化。
②要点二:
自感电流的方向。
自感电流总是阻碍线圈中原电流的变化,当自感电流是由原电流的增强引起时(如通电瞬间),自感电流的方向与原电流方向相反;
当自感电流时由原电流的减少引起时(如断电瞬间),自感电流的方向与原电流方向相同。
③要点三:
对自感系数的理解。
自感系数L的单位是亨特(H),常用的较小单位还有毫亨(mH)和微亨(μH)。
自感系数L的大小是由线圈本身的特性决定的:
线圈越粗、越长、匝数越密,它的自感系数就越大。
此外,有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯的大得多。
(6)通电自感和断电自感的比较
电路
现象
自感电动势的作用
通电自感
接通电源的瞬间,灯泡L2马上变亮,而灯泡L1是逐渐变亮.
阻碍电流的增加
续表
断电自感
断开开关的瞬间,灯泡L1逐渐变暗,有时灯泡会闪亮一下,然后逐渐变暗.
阻碍电流的减小
(7)断电自感中的“闪”与“不闪”问题辨析.
关于“断电自感中小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”这个问题,许多同学容易混淆不清,下面就此问题讨论分析。
①如图所示,电路闭合处于稳定状态时,线圈L和灯L并联,其电
流分别为I1和I2,方向都是从右到左。
②在断开开关K瞬间,灯L中原来的从右到左的电流I1立即消失,
R′
而由于线圈电流I2由于自感不能突变,故在开关K断开的瞬间
通过线圈L的电流应与断开前那瞬间的数值相同,都是为I2,方
向还是从右到左,由于线圈的自感只是“阻碍”I2的变小,不
是阻止I2变小,所以I2维持了一瞬间后开始逐渐减小,由于线圈
和灯构成闭合回路,所以在这段时间内灯L中有自左向右的电
流通过。
③如果原来I2>I1,则在灯L熄灭之前要闪亮一下;
如果原来I2≤I1,则在灯L熄灭之前不会闪亮一下。
④原来的I1和I2哪一个大,要由线圈L的直流电阻R′和灯L的电阻R的大小来决定(分流原理)。
如果R′≥R,则I2≤I1;
如果R′<R,则I2>I1.
结论:
在断电自感现象中,灯泡L要闪亮一下再熄灭必须满足线圈L的直流电阻R′小于灯L的电阻R。
2、把我三个知识点速解自感问题.
(1)自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。
当原来电流增大时,自感电动势与原来电流方向相反;
当原来电流减小时,自感电动势的方向与原来电流方向相同。
(2)“阻碍”不是“阻止”。
“阻碍”电流变化实质是使电流不发生“突变”,使其变化过程有所延慢。
(3)当电流接通瞬间,自感线圈相当于断路;
当电路稳定,自感线圈相当于定值电阻,如果线圈没有电阻,则自感线圈相当于导线(短路);
当电路断开瞬间,自感线圈相当于电源。
七、涡流现象及其应用.
涡流现象:
定义
在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象.
特点
电流在金属块内自成闭合回路,整块金属的电阻很小,涡流往往很强.
应用
(1)涡流热效应的应用:
如电磁灶(即电磁炉)、高频感应炉等.
(2)涡流磁效应的应用:
如涡流制动、涡流金属探测器、安检门等.
防止
电动机、变压器等设备中应防止铁芯中涡流过大而导致浪费能量,损坏电器。
(1)途径一:
增大铁芯材料的电阻率.
(2)途径二:
用相互绝缘的硅钢片叠成的铁芯代替整个硅钢铁芯,增大回路电阻,削弱涡流.
涡流现象的规律:
导体的外周长越长,交变磁场的频率越高,涡流就越大。