物理3-2知识点总结归纳.pdf
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1、1选选修修 3-2 知知识识点点一、一、电电磁感磁感应现应现象象只要穿只要穿过闭过闭合回路中的磁通量合回路中的磁通量发发生生变变化,化,闭闭合回路中就会合回路中就会产产生感生感应电应电流,如果流,如果电电路不路不闭闭合只会合只会产产生感生感应电动势应电动势。这这种利用磁种利用磁场产场产生生电电流的流的现现象叫象叫电电磁感磁感应应,是,是 1831 年法拉第年法拉第发现发现的。的。二、感二、感应电应电流的流的产产生条件生条件1、回路中、回路中产产生感生感应电动势应电动势和感和感应电应电流的条件是回路所流的条件是回路所围围面面积积中的磁通量中的磁通量变变化,因此研究磁通量的化,因此研究磁通量的变变
2、化化是关是关键键,由磁通量的广,由磁通量的广义义公式中公式中(是是 B 与与 S 的的夹夹角)看,磁通量的角)看,磁通量的变变化化可由面可由面积积的的变变 BS sin化化引起;可由磁感引起;可由磁感应强应强度度 B 的的变变化化引起;可由引起;可由 B 与与 S 的的夹夹角角的的变变化化引起;也可由引起;也可由 B、S、中中SB的两个量的的两个量的变变化,或三个量的同化,或三个量的同时变时变化引起。化引起。2、闭闭合回路中的一部分合回路中的一部分导导体在磁体在磁场场中作切割磁感中作切割磁感线线运运动时动时,可以,可以产产生感生感应电动势应电动势,感,感应电应电流,流,这这是初是初中学中学过过
3、的,其本的,其本质质也是也是闭闭合回路中磁通量合回路中磁通量发发生生变变化。化。3、产产生感生感应电动势应电动势、感、感应电应电流的条件:穿流的条件:穿过闭过闭合合电电路的磁通量路的磁通量发发生生变变化。化。三、法拉第三、法拉第电电磁感磁感应应定律定律 公式一:公式一:。注意。注意:1)该该式普遍适用于求式普遍适用于求平均平均感感应电动势应电动势。2)只与穿只与穿过电过电路的磁通量的路的磁通量的变变化率化率 nt/有关有关,而与磁通的而与磁通的产产生、磁通的大小及生、磁通的大小及变变化方式、化方式、电电路是否路是否闭闭合、合、电电路的路的结结构与材料等因素无关。构与材料等因素无关。/t公式公式
4、中涉及到磁通量的中涉及到磁通量的变变化量化量的的计计算算,对对的的计计算算,一般遇到有两种情况一般遇到有两种情况:1)回路与磁回路与磁场场垂垂 nt直的面直的面积积 S 不不变变,磁感磁感应强应强度度发发生生变变化化,由由,此此时时,此式中的此式中的叫磁感叫磁感应强应强度的度的变变BS nBtSBt化率化率,若若是恒定的是恒定的,即磁即磁场变场变化是均匀的化是均匀的,那么那么产产生的感生的感应电动势应电动势是恒定是恒定电动势电动势。2)磁感磁感应强应强度度 B 不不Bt变变,回路与磁回路与磁场场垂直的面垂直的面积发积发生生变变化化,则则,线线圈圈绕绕垂直于匀垂直于匀强强磁磁场场的的轴轴匀速匀速
5、转动产转动产生交生交变电动变电动BS势势就属就属这这种情况。种情况。严严格区格区别别磁通量磁通量,磁通量的磁通量的变变化量化量磁通量的磁通量的变变化率化率,磁通量磁通量,表示穿表示穿过过研究平面研究平面Bt BS的磁感的磁感线线的条数的条数,磁通量的磁通量的变变化量化量,表示磁通量表示磁通量变变化化的多少的多少,磁通量的磁通量的变变化率化率表示磁通量表示磁通量21t变变化的化的快慢快慢,公式二公式二:。要注意。要注意:1)该该式通常用于式通常用于导导体切割磁感体切割磁感线时线时,且且导线导线与磁感与磁感线线互相垂直互相垂直(l B)。2)Blvsin为为 v 与与 B 的的夹夹角。角。l 为导
6、为导体切割磁感体切割磁感线线的有效的有效长长度度(即即 l 为导为导体体实际长实际长度在垂直于度在垂直于 B 方向上的投影方向上的投影)。公式公式一般用于一般用于导导体各部分切割磁感体各部分切割磁感线线的速度相同的速度相同,对对有些有些导导体各部分体各部分 Blv切割磁感切割磁感线线的速度不相同的情况的速度不相同的情况,如何求感如何求感应电动势应电动势?如如图图 1 所示所示,一一长为长为 l 的的导导体杆体杆 AC 绕绕 A 点在点在纸纸面内以角速度面内以角速度匀速匀速转动转动,转动转动的的区域的有垂直区域的有垂直纸纸面向里的匀面向里的匀强强磁磁场场,磁感磁感应强应强度度为为 B,求求 AC
7、 产产生的感生的感应电动势应电动势,显显然然,AC 各部分切割磁感各部分切割磁感线线的速度不相等的速度不相等,且且 AC 上各点的上各点的线线速度大速度大vvlAC0,2小与半径成正比小与半径成正比,所以所以 AC 切割的速度可用其平均切割速切割的速度可用其平均切割速,故故。vvvvlACC222122B l当当长为长为 L 的的导线导线,以其一端,以其一端为轴为轴,在垂直匀,在垂直匀强强磁磁场场 B 的平面内,以角速度的平面内,以角速度匀速匀速转转122BL动时动时,其两端感,其两端感应电动势为应电动势为。公式三:公式三:面面积为积为 S 的的纸纸圈,共圈,共匝,在匀匝,在匀强强磁磁场场 B
8、 中,以角速度中,以角速度匀速匀速转转坳,坳,mnBS n其其转轴转轴与磁与磁场场方向垂直,方向垂直,则则当当线线圈平面与磁圈平面与磁场场方向平行方向平行时时,线线圈两端有最大有感圈两端有最大有感应电动势应电动势。m如如图图所示,所示,设线设线框框长为长为 L,宽为宽为 d,以,以转转到到图图示位置示位置时时,边边垂直磁垂直磁场场方向向方向向纸纸外运外运动动,切割磁感,切割磁感线线,ab速度速度为为(圆圆运运动动半径半径为宽边为宽边 d 的一半)的一半)产产生感生感应电动势应电动势vd2,端端电势电势高于高于端端电势电势。BLvBLdBS 212ab边边垂直磁垂直磁场场方向切割磁感方向切割磁感
9、线线向向纸纸里运里运动动,同理,同理产产生感生感应电动热势应电动热势。端端电势电势高于高于端端电电cd12BSce势势。边边,边边不切割,不不切割,不产产生感生感应电动势应电动势,两端等两端等电势电势,则输则输出端出端 M N 电动势为电动势为。bcaebcmBS如果如果线线圈圈匝,匝,则则,M 端端电势电势高,高,N 端端电势电势低。低。nmnBS 参照俯示参照俯示图图,这这位置由于位置由于线线圈圈长边长边是垂直切割磁感是垂直切割磁感线线,所以有感,所以有感应电动势应电动势最大最大值值,如从,如从图图示位置示位置转转m过过一个角度一个角度,则圆则圆运运动线动线速度速度,在垂直磁,在垂直磁场场
10、方向的分量方向的分量应为应为,则则此此时线时线圈的圈的产产生感生感应电动势应电动势的的vvcos瞬瞬时值时值即作最大即作最大值值.即作最大即作最大值值方向的投影,方向的投影,(是是线线圈平面与磁圈平面与磁场场m.cos nBS cos方向的方向的夹夹角)。角)。当当线线圈平面垂直磁圈平面垂直磁场场方向方向时时,线线速度方向与磁速度方向与磁场场方向平行,不切割磁感方向平行,不切割磁感线线,感,感应电动势为应电动势为零。零。总结总结:计计算感算感应电动势应电动势公式:公式:BLvvv如 是即时速度,则 为即时感应电动势。如 是平均速度,则 为平均感应电动势。nttto是一段时间,为这段时间内的平均
11、感应电动势。,为即时感应电动势。122BL3(是是线线圈平面与磁圈平面与磁场场方向的方向的夹夹角)。角)。nBS cos夹角是线圈平面与磁场方向瞬时值公式,有感应电动势最大值线圈平面与磁场平行时cosSBnBSnm注意:区分感注意:区分感应电应电量与感量与感应电应电流流,回路中回路中发发生磁通生磁通变变化化时时,由于感由于感应电场应电场的作用使的作用使电电荷荷发发生定向移生定向移动动而形成感而形成感应电应电流流,在在内迁移的内迁移的电电量量(感感应电应电量量)为为,仅仅由回路由回路电电阻和磁阻和磁tRnttRntRtIq通量的通量的变变化量决定化量决定,与与发发生磁通量生磁通量变变化的化的时间
12、时间无关。无关。四、楞次定律:四、楞次定律:1、1834 年德国物理学家楞次通年德国物理学家楞次通过实验总结过实验总结出:感出:感应电应电流的方向流的方向总总是要使感是要使感应电应电流的磁流的磁场场阻碍引起感阻碍引起感应电应电流的磁通量的流的磁通量的变变化。化。即磁通量即磁通量变变化化感感应电应电流流感感应电应电流磁流磁场场磁通量磁通量变变化。化。产生 建立 阻碍 2、当、当闭闭合合电电路中的磁通量路中的磁通量发发生生变变化引起感化引起感应电应电流流时时,用楞次定律判断感,用楞次定律判断感应电应电流的方向。流的方向。楞次定律的内容:感楞次定律的内容:感应电应电流的磁流的磁场总场总是是阻碍阻碍引
13、起感引起感应电应电流流为为磁通量磁通量变变化。化。(口(口诀诀:增反减同,来拒去留,近增反减同,来拒去留,近躲躲离追离追)楞次定律也可以理解楞次定律也可以理解为为:感:感应电应电流的效果流的效果总总是要反抗(或阻碍)是要反抗(或阻碍)产产生感生感应电应电流的原因,即只要有某种可流的原因,即只要有某种可能的能的过过程使磁通量的程使磁通量的变变化受到阻碍,化受到阻碍,闭闭合合电电路就会努力路就会努力实现这实现这种种过过程:程:(1)阻碍原磁通的)阻碍原磁通的变变化(原始表述);化(原始表述);(2)阻碍相)阻碍相对对运运动动,可理解,可理解为为“来拒去留来拒去留”,具体表,具体表现为现为:若:若产
14、产生感生感应电应电流的回路或其某些部分可以自由流的回路或其某些部分可以自由运运动动,则则它会以它的运它会以它的运动动来阻碍穿来阻碍穿过过路的磁通的路的磁通的变变化;若引起原磁通化;若引起原磁通变变化化为为磁体与磁体与产产生感生感应电应电流的可流的可动动回回路路发发生相生相对对运运动动,而回路的面,而回路的面积积又不可又不可变变,则则回路得以它的运回路得以它的运动动来阻碍磁体与回路的相来阻碍磁体与回路的相对对运运动动,而回路将,而回路将发发生与磁体同方向的运生与磁体同方向的运动动;(3)使)使线线圈面圈面积积有有扩扩大或大或缩缩小的小的趋势趋势;(4)阻碍原)阻碍原电电流的流的变变化(自感化(自
15、感现现象)。象)。如如图图 1 所示,在所示,在 O 点点悬悬挂一挂一轻质导线环轻质导线环,拿一条形磁,拿一条形磁铁铁沿沿导线环导线环的的轴线轴线方向突然向方向突然向环环内插内插入,判断在插入入,判断在插入过过程中程中导环导环如何运如何运动动。若按常。若按常规规方法,方法,应应先由楞次定律先由楞次定律 判断出判断出环环内感内感应电应电流的方向,再由安培定流的方向,再由安培定则则确定确定环环形形电电流流对应对应的磁极,由磁极的相互作用确定的磁极,由磁极的相互作用确定导线环导线环的运的运动动方方向。若直接从感向。若直接从感应电应电流的效果来分析:条形磁流的效果来分析:条形磁铁铁向向环环内插入内插入
16、过过程中,程中,环环内磁通量增加,内磁通量增加,环环内内感感应电应电流的效果将阻碍磁通量的增加,由磁通量减小的方向运流的效果将阻碍磁通量的增加,由磁通量减小的方向运动动。因此。因此环环将向右将向右摆动摆动。显显然,用第二种方法然,用第二种方法判断更判断更简简捷。捷。3、当、当闭闭合合电电路中的一部分路中的一部分导导体做切割磁感体做切割磁感线线运运动时动时,用,用右手定右手定则则可判定感可判定感应电应电流的方向。流的方向。运运动动切割切割产产生感生感应电应电流是磁通量流是磁通量发发生生变变化引起感化引起感应电应电流的特例,所以判定流的特例,所以判定电电流流方向的右手定方向的右手定则则也是楞次定律
17、的特例。用右手定也是楞次定律的特例。用右手定则则能判定的,一定也能用楞次定律判能判定的,一定也能用楞次定律判定,只是不少情况下,不如用右手定定,只是不少情况下,不如用右手定则则判定的方便判定的方便简单简单。反。反过过来,用楞次定律能判定来,用楞次定律能判定4的,并不是用右手定的,并不是用右手定则则都能判定出来。如都能判定出来。如图图 2 所示,所示,闭闭合合图图形形导线导线中的磁中的磁场场逐逐渐渐增增强强,因,因为为看不到切割,用看不到切割,用右手定右手定则则就就难难以判定感以判定感应电应电流的方向,而用楞次定律就很容易判定。流的方向,而用楞次定律就很容易判定。(“因因电电而而动动”用左手,用
18、左手,“因因动动而而电电”用右手用右手)五、互感五、互感 自感自感 涡涡流流1、互感:由于、互感:由于线线圈圈 A 中中电电流的流的变变化,它化,它产产生的磁通量生的磁通量发发生生变变化,磁通量的化,磁通量的变变化在化在线线圈圈 B 中激中激发发了感了感应应电动势电动势。这这种种现现象叫互感。象叫互感。2、自感:由于、自感:由于线线圈(圈(导导体)本身体)本身电电流的流的变变化而化而产产生的生的电电磁感磁感应现应现象叫自感象叫自感现现象。在自感象。在自感现现象中象中产产生感生感应应电动势电动势叫自感叫自感电动势电动势。自感自感现现象分通象分通电电自感和断自感和断电电自感两种自感两种,其中断其中
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