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第四章：电磁感应

1.划时代的发现 2.探究感应电流的产生条件 知识点 1 电磁感应的探索历程 1．电流磁效应 发现者 丹麦物理学家奥斯特 2.电磁感应 发现者 英国物理学家法拉第 知识点 2 磁通量 1．定义：穿过一个闭合电路的磁感线的条数的多少，叫做穿过这个闭合电路的磁通量． 2．定义式：Φ＝BS.只适用于匀强磁场3．单位：韦伯(Wb) 知识点 3 产生感应电流的条件 1．产生感应电流的条件 闭合电路中的磁通量发生变化，就会产生感应电流．

2．判断能否产生感应电流的方法 (1)首先看电路是否闭合，电路不闭合不能产生感应电流． (2)当电路闭合时，看此闭合电路中的磁通量是否变化(穿过该电路的磁感线的条数是否发生变化)．磁通量增大或减小时才能产生感应电流．产生感应电流对应一个过程，而不是一个状态．

3．引起回路磁通量发生变化的情况

(1)空间的磁场分布不变，而闭合电路的面积发生变化.

(2)空间的磁场分布不变，闭合电路所围面积也不变，闭合电路所在平面与磁场方向的夹角发生变化

(3)闭合回路所围的面积不变，而空间分布的磁场发生变化，引起闭合电路中的磁通量变化．

(4)闭合电路所围的面积变化的同时，空间分布的磁场也发生变化，引起闭合电路中磁通量变化．

3 楞次定律

知识点 1 楞次定律 1．楞次定律的内容：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．对楞次定律的理解 (1)当引起感应电流的原磁通量增加时，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．可以概括为“增反减同”．

知识点2 感应电流方向的判断 1．导体切割磁感线产生的电流方向可以用右手定则直接判断． 2．在只分析引起的一些机械效果或不能直接用右手定则判断时可以直接应用楞次定律的广义描述得到结论．运用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤： (1)明确所研究的闭合回路中原磁场的方向；(2)明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；(3)由楞次定律判定感应电流的磁场方向；(4)由安培定则判断感应电流的方向．

可以概括为“一原二感三螺旋”．

知识点 3 楞次定律与右手定则的关系 比较项目 楞次定律 右手定则 伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都感应电流的磁场总与手掌在同一平面内，让磁感线从掌心进入，并定义 要阻碍引起感应电使拇指指向导 流的磁通量的变化 体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向 研究对象 整个闭合回路 闭合电路的一部分，即一段导体做切割磁感线运动 适用于由磁通量变适用范围 化引起感应电流的只适用一段导体在磁场中做切割磁感线运动的各种情况 情况，导线不动时不能应用 二者的关系 右手定则是楞次定律的特殊情况 相同点 二者都可以用来判断感应电流的方向 4 法拉第电磁感应定律

知识点 1 感应电动势 1．感应电动势：电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势，而产生感应电动势的那部分导体相当于电源． 2．产生的条件：不论电路闭合与否，只要穿过它的磁通量发生变化，就会产生

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感应电动势；如果电路闭合，电路中就有感应电流． 知识点 2 法拉第电磁感应定律

1．定义：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁 通量的变化率成正比． 2．公式：E＝nΔΦ＝nSΔB或E＝nΔΦ＝nBΔS

ΔtΔtΔtΔt(回路中的磁场 或面积的变化都会引起磁通量的变化，都会引起电路中感应电 动势的变化)．

3．注意事项

(1)用公式E＝nΔΦΔt所求的感应电动势为整个闭合电路的感 应电动势，而不是回路中某部分导体的电动势．

(2)对E＝nΔΦΔt，若Δt取一段时间，则E为Δt这段时间内

ΔΦ

的平均电动势．当磁通量的变化率Δt 不均匀变化时，平均电

动势一般不等于初态与末态电动势的算术平均值．若Δt趋近于 零，则E为感应电动势的瞬时值．

(3)E的大小不是与磁通量Φ的大小成正比，也不是与磁通

量的变化量ΔΦ成正比，而是与磁通量的变率(变化的快慢)ΔΦΔt ΔΦ 成正比，而Δt 与Φ、ΔΦ之间无大小上的必然联系．

知识点 3 导体切割磁感线的感应电动势 1．一部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时产生感应电动势的计算公式 (1)E＝BLv(B⊥L 、v⊥L 、v⊥B)． (2)E＝BLvsin θ (不满足两两互相垂直，比如：B⊥L 、v⊥L 、v与 B 有

夹角θ)．

(3)如果 BLv 中任意两个量平行，则导体在磁场中运动时不切割磁感线，E＝0. 2．反电动势：通电导体在磁场力的作用下运动时切割磁感线产生的感应电动势削弱电源电动势作用，叫做反电动势．电源电动势正是克服这个电动势，使得导体运动，将电能转化为其他形式的能．

5 电磁感应现象的两类情况

知识点 1 感生电场与感生电动势 1．感生电场

(1)定义：变化的磁场在周围空间所激发的电场． (2)方向：就是感生电流的方向，用楞次定律判断． (3)电场线：是闭合的曲线．

2．感生电动势 (1)定义： 由感生电场产生的电动势．感生电动势所对应的非静电力是感生电场对自由电荷的作用力．

(2)感生电动势大小由法拉第电磁感应定律求得，即： E ＝nΔΦΔBΔt＝nSΔt. (3)感生电场是产生感生电动势的原因． 知识点 2 洛伦兹力与动生电动势 1．定义：由于导体的运动(切割磁感线)而产生的感应电动势．动生电动势所对应的非静电力是洛伦兹力的分力． 2．动生电动势与洛伦兹力有关，因为洛伦兹力总是与电荷的运动方向垂直，所以洛伦兹力始终不做功． 3．动生电动势的大小可用 E＝Blvsinθ，该公式适用于匀强磁场，直导线既垂直于磁感应强度 B，又垂直于速度 v.式中θ是v 与 B 的夹角．Bsinθ 可看作 B 在垂直于 v 方向上的分量 B⊥ ，v sinθ 可看作 v 在 B 方向上的分量 v⊥.

6 互感和自感

知识点 1 互感现象 1．定义：由一个线圈中的电流发生变化而使其他与之不相连的线圈产生感应电动势的现象，这种感应电动势叫做互感电动势. 知识点 2 自感现象、自感电动势

1．自感：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象．

2.在自感现象中产生的感应电动势叫做自感电动势，其大小为E=LΔI/Δt,其中L称为线圈自感系数

3．自感系数：表示线圈阻碍电流变化的物理量，符号为 L，单位为亨利(H)，简称亨．

4．决定线圈自感系数的因素：线圈长短、线圈单位长度的匝数、线圈的横截面

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积、线圈中是否有铁芯. 5．自感电动势的方向：自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化．导体中原电流增大时，自感电动势与原来电流方向相反；导体中原电流减小时，自感电动势与原来电流方向相同．

7 涡流、电磁阻尼和电磁驱动

知识点 1 涡流 1．定义：块状金属在变化的磁场中或在磁场中运动时产生的在金属块内自成闭合回路的感应电流． 2．涡流的热效应 (1)定义：由于块状金属导体存在电阻，当涡流在导体中流动时，就会产生电热，这就是涡流的热效应．

(2)应用

①真空冶炼炉； ②电磁炉：炉盘下的线圈中通入交流电，使炉盘上的金属中产生涡流，从而生热； ③金属探测器： 探雷器、安检门等.

(3)危害：发热浪费能量． 知识点 2 电磁阻尼 1．定义：导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到总是要阻碍导体的相对运动的安培力的作用. 2．应用：磁电式仪表、电气机车的电磁制动、阻尼摆等． 知识点 3 电磁驱动 1．定义：当磁场相对于导体转动时，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而运动起来的现象． 2．应用：感应电动机、电能表、汽车上用的电磁式速度表等． 第五章 交变电流

1 . 交变电流

知识点 1 交变电流

1．交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流． 2．直流：方向不随时间变化的电流．

3．中性面：线圈平面垂直于磁感线时的位置． 4．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流． 知识点 2 交变电流的产生

1．产生方法

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦式交变电流

2．电流特点

(1)线圈处于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但感应电动势和感应电流为零；

(2)线圈平面与磁感线平行时，穿过线圈的磁通量为零，但感应电动势和感应电流最大；

(3)感应电动势和感应电流的方向每一个周期改变两次，在中性面时开始改变． 知识点 3 交变电流的变化规律

(1)电动势的瞬时表达式 e＝EmS in wt. (2)电流的瞬时表达式 i＝Imsinwt .

(3)路端电压 u＝Umsin wt. (4)在峰值面上，|sinwt|＝1，电动势得最大值 Em.=NBSW

2 描述交变电流的物理量

知识点 1交变电流的周期和频率 1．周期 T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是秒，符号为 s. 2．频率 f：交变电流在 1 s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为 Hz. 3.周期和频率的关系： T=1/f

4．角速度和频率的关系：ω＝2πf.

5．常识：我国通用交变电流的周期是 0.02 s，频率为 50 Hz. 知识点 2 峰值和有效值 1．峰值：当线圈平面与磁场方向平行时，产生的感应电动势、感应电流及路端电压的最大值，用Em、Im 和Um 表示，其Em＝NBSw. 2．有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是 I、电压是 U，我们就把 I、U 叫做这个交流的有效值． 知识点 3 相位 1．相位：对于两支交流电 E甲＝Emsin ωt 和 E乙＝Emsin (ωt＋φ)，称ωt 或ωt＋φ分别为它们的相位． 2．相位差：两支交流电的相位之差叫做它们的相位差． 知识点 4 对交变电流有效值的理解 1．正(余)弦式交变电流的有效值与峰值的关系 E＝Em＝0.707 Em.

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I＝Im2＝0.707 Im.

U＝Um3

2＝0.707 Um. 物理选修3-2复习

2．注意事项 (1)各种使用交变电流的用电器上所标的额定电压、额定电流值都是指交变电流的有效值 (2)各种交流电流表和交流电压表的测量值也都是有效值． (3)凡涉及能量问题，如电能与其他形式的能的转化过程中，涉及交变电流的电功、电功率等物理量均用有效值，计算保险丝的熔断电流也用有效值．

(4)家庭电路电压 220 V 和动力电压 380 V 是指有效值．

(5)以后提到的交变电流的数值，凡没有特别说明的都是指有效值．

3 电感和电容对交变电流的影响

知识点 1 电感器对交变电流的阻碍作用 1．电感器：电流发生变化时会产生自感电动势的线圈． 2．感抗：表示电感对交变电流阻碍作用大小的物理量． 3．感抗大小的决定因素：由线圈的自感系数和交变电流的频率共同决定．线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，电感器对交变电流的阻碍作用就越大，感抗就越大．XL =2πfL

4．电感线圈在电路中的作用

(1)通直流、阻交流；(2)通低频、阻高频． 5．两类扼流圈

(1)低频扼流圈：自感系数很大(几十亨)，线圈电阻小能起到“通直流、阻交流”的作用．

(2)高频扼流圈：自感系数为几毫亨，它对低频交流电阻碍小，能起到“通低频、阻高频”的作用．

知识点 2 电容器对交变电流的阻碍作用 1．容抗：表示电容对交变电流阻碍作用大小的物理量． 2．容抗大小的决定因素：由电容器的电容和交变电流的频率共同决定．电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小．Xc=1/2πf c

3．电容器在电路中的作用

(1)通交流、隔直流 (2)通高频、阻低频

4 变压器

知识点 1 变压器 1．变压器：一种改变交流电压的设备，由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成． 2．原线圈：跟电源连接的线圈，也叫初级线圈． 3．副线圈：跟负载连接的线圈，也叫次级线圈．

知识点 2 变压器的规律

．理想变压器的特点

(1)变压器铁芯中没有漏磁； (2)变压器的输出功率等于输入功率． 2．电压关系

（1）只有一个副线圈的变压器，变压器原、副线圈的电压之比U1/U2=n1/n2

（2）当变压器有多个副绕组时U1/n1=U2/n2=U3/n3=…… 3.电流关系

（1）只有一个副线圈的变压器有I1/I2=n2/n1； （2）当变压器有多个副线圈时n1I1=n2I2+n3I3+……

4．变压器输入、输出的制约关系

(1)输入电压U1决定输出电压U2，这是因为输出电压U2＝n2n1U1，当U1不变时，不论负载电阻R变化与否，U2不会改变． (2)输出电流I2决定输入电流I1，在输入电压U1一定的情况下，输出电压U2也被完全确定． (3)输出功率P2决定输入功率P1，理想变压器的输出功率与输入功率相等，即P2＝P1. 4

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5 电能的输送

知识点 1 电能输送 1．输送电能的基本要求

(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障． (2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定

(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少． 知识点 2降低输电损耗的途径 1. 减小输电线上的电阻

2. 减小输电电流（采用高压输电是减小输电线上的功率损耗最有效最经济

的措施）

知识点 3远距离高压输电基本关系

1．功率关系

P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3

2．电压、电流关系 U1 ＝n1I2U3n3I4U2n2＝I1，U4＝n4＝I3. U2＝U线＋U3，I2＝I3＝I线． 3．输电电流：IP2P3U2－U3线＝U2＝U3＝R. 线 4．输电导线上损耗的电功率

ΔP＝I线U线＝I线2RP2线，ΔP＝U22R线． 第六章．传感器的及其工作原理

1、传感器的及其工作原理

有一些元件它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。

光敏电阻在光照射下电阻变化的原因：有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。光照越强，光敏电阻阻值越小。

金属导体的电阻随温度的升高而增大，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。

金属热电阻与热敏电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。 2、传感器的应用 1．光敏电阻

2．热敏电阻和金属热电阻 3．电容式位移传感器

4．力传感器————将力信号转化为电流信号的元件。 5．霍尔元件

霍尔元件是将电磁感应这个磁学量转化为电压这个电学量的元件。 3、传感器应用的一般模式

火警报警器工作原理电饭锅工作理 电熨斗的工作原理力传感器工作原理 霍尔元件工作原理 4传感器应用：

力传感器的应用——电子秤 声传感器的应用——话筒 温度传感器的应用——电熨斗、电饭锅、测温仪 光传感器的应用——鼠标器、火灾报警器

传感器的应用实例：1．光控开关2．温度报警器

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