1、WORD格式選修 3-2 知識點56電磁感應(yīng)現(xiàn)象只要穿過閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果電路不閉合只會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，是1831 年法拉第發(fā)現(xiàn)的。57感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件1、回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的條件是回路所圍面積中的磁通量變化，因此研究磁通量的變化是關(guān)鍵，由磁通量的廣義公式中B·S sin 是B與S的夾角看，磁通量的變化可由面積的變化S 引起；可由磁感應(yīng)強度 B的變化B 引起；可由B與S的夾角的變化引起；也可由B、S、 中的兩個量的變化，或三個量的同時變化引起。2、閉合回路中的一局部導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運

2、動時，可以產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電流，這是初中學(xué)過的，其本質(zhì)也是閉合回路中磁通量發(fā)生變化。3、產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。58法拉第電磁感應(yīng)定律楞次定律 電磁感應(yīng)規(guī)律：感應(yīng)電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律確定。BLv 當(dāng)長L的導(dǎo)線，以速度v ，在勻強磁場B中，垂直切割磁感線，其兩端間感應(yīng)電動勢的大小為。如下列圖。設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流強度為I ，MN間電動勢為，那么MN受向左的安培力FBIL ，要保持MN以 v 勻速向右運動，所施外力F'FBIL，當(dāng)行進(jìn)位移為S時，外力功WBI·L·SBILv· t 。 t 為所用時間。而在 t

3、時間內(nèi)，電流做功 W 'I · · t ，據(jù)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，W'W ，那么 I· ·tBILv ·t。 BIv ，M點電勢高，N點電勢低。此公式使用條件是B、I、 v方向相互垂直，如不垂直，那么向垂直方向作投影。n·，t公式。注意 : 1) 該式普遍適用于求平均感應(yīng)電動勢。2)只與穿過電路的磁通量的變化率有關(guān) ,而與磁通的產(chǎn)生、磁通的大小及變化方式、電路是否閉合、電路的構(gòu)造與材料等因素?zé)o關(guān)。公式二 :。要注意 : 1)該式通常用于導(dǎo)體切割磁感線時,且導(dǎo)線與磁感線互相垂直( lB )。2)為v 與 B 的夾角。 l 為導(dǎo)體

4、切割磁感線的有效長度( 即l為導(dǎo)體實際長度在垂直于B 方向上的投影)。公式中涉及到磁通量的變化量的計算 ,對的計算 ,一般遇到有兩種情況: 1)回路與磁場垂直的面積S 不變,磁感應(yīng)強度發(fā)生變化,由,此時,此式中的叫磁感應(yīng)強度的變化率,假設(shè)是恒定的 ,即磁場變化是均勻的,那么產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定電動勢。2) 磁感應(yīng)強度B 不變,回路與磁場垂直的面積發(fā)生變化,那么,線圈繞垂直于勻強磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電動勢就屬這種情況。嚴(yán)格區(qū)別磁通量,磁通量的變化量磁通量的變化率,磁通量,表示穿過研究平面的磁專業(yè)資料整理WORD格式1專業(yè)資料整理WORD格式感線的條數(shù) ,磁通量的變化量,表示磁通量變化的多少

5、,磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢 ,公式一般用于導(dǎo)體各局部切割磁感線的速度一樣, 對有些導(dǎo)體各局部切割磁感線的速度不一樣的情況 ,如何求感應(yīng)電動勢？如圖 1所示, 一長為l的導(dǎo)體桿繞A點在紙面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動 ,轉(zhuǎn)動的區(qū)域AC的有垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為 B,求 AC產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢, 顯然,AC各局部切割磁感線的速度不相等,且 AC 上各點的線速度大小與半徑成正比,所以 AC切割的速度可用其平均切割速,故。超經(jīng)典的，我們有次考試考到過關(guān)于這個、1 BL2當(dāng)長為 L 的導(dǎo)線，以其一端為軸，在垂直勻強磁場B的平2面內(nèi)，以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，其兩端感應(yīng)電動勢為。如下列圖，導(dǎo)線長，以

6、O端為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動一周，所用時AOL間t2 ，描過面積SL2，認(rèn)為面積變化由0 增到L2那么磁通變化B· L2。在 AO間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢B L21BL2且用右手定那么制定A端電勢高， O端電勢低。t 2/2mn·B· S·面積為S 的紙圈，共n匝，在勻強磁場B 中，以角速度勻速轉(zhuǎn)坳，其轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，那么當(dāng)線圈平面與磁場方向平行時，線圈兩端有最大有感應(yīng)電動勢m 。如下列圖，設(shè)線框長為L，寬為 d，以轉(zhuǎn)到圖示位置時， ab 邊垂直磁場方向向紙外運動，切割磁感線，速度為 v· d圓運動半徑為寬邊d 的一半產(chǎn)生感應(yīng)電動勢2BL 

7、3; v BL · ·d1 BS·， a 端電勢高于b端電勢。22cd 邊垂直磁場方向切割磁感線向紙里運動，同理產(chǎn)生感應(yīng)電動熱勢1 BS 。c端電勢高于e端電勢。2bc 邊，ae邊不切割，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，b c兩端等電勢，那么輸出端M N電動勢為mBS。專業(yè)資料整理WORD格式2專業(yè)資料整理WORD格式如果線圈n匝，那么mn B S· · · ，M端電勢高，N端電勢低。參照俯示圖，這位置由于線圈長邊是垂直切割磁感線，所以有感應(yīng)電動勢最大值m ，如從圖示位置轉(zhuǎn)過一個角度，那么圓運動線速度v ，在垂直磁場方向的分量應(yīng)為v cos，那么此

8、時線圈的產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的瞬時值即作最大值m.cos. 即作最大值方向的投影，n·B·S · cos 是線圈平面與磁場方向的夾角。當(dāng)線圈平面垂直磁場方向時，線速度方向與磁場方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電動勢為零?？偨Y(jié)：計算感應(yīng)電動勢公式：如 v是即時速度，那么為即時感應(yīng)電動勢。BLv如 v是平均速度，那么為平均感應(yīng)電動勢。t是一段時間，為這段時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢。1 BL2ntto，為即時感應(yīng)電動勢。2n· B· S · cos 是線圈平面與磁場方向的夾角。mn·BS·線圈平面與磁場平行時有感應(yīng)電動勢最大值n

9、83;B·S· ·cos瞬時值公式，是線圈平面與磁場方向夾角注意：公式中字母的含義，公式的適用條件及使用圖景。區(qū)分感應(yīng)電量與感應(yīng)電流 , 回路中發(fā)生磁通變化時 , 由于感應(yīng)電場的作用使電荷發(fā)生定向移動而形成感應(yīng)電流 , 在 內(nèi)遷移的電量 ( 感應(yīng)電量 ) 為q I ttnn僅由回路電阻和磁通量的變化量決定, 與發(fā)生磁通量變化的時間無關(guān)。因此 ,t,RR tR當(dāng)用一磁棒先后兩次從同一處用不同速度插至線圈中同一位置時, 線圈里聚積的感應(yīng)電量相等, 但快插與慢插時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流不同,外力做功也不同。楞次定律：1、1834年德國物理學(xué)家楞次通過實驗總結(jié)出：感應(yīng)

10、電流的方向總是要使感應(yīng)電流的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。即磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流建立感應(yīng)電流磁場阻礙磁通量變化。2、當(dāng)閉合電路中的磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流時，用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流為磁通量變化。楞次定律是判斷感應(yīng)電動勢方向的定律，但它是通過感應(yīng)電流方向來表述的。通過感應(yīng)電流的磁場方向和原磁通的方向的一樣或相反，來到達(dá)“阻礙原磁通的“變化即減或增。 。這樣一個復(fù)雜的過程，可以用圖表理順如下：這個不太好理解、不過很好用口訣：增縮減擴，來拒去留專業(yè)資料整理WORD格式3專業(yè)資料整理WORD格式楞次定律也可以理解為：感應(yīng)電流的效果總是

11、要對抗或阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，即只要有某種可能的過程使磁通量的變化受到阻礙，閉合電路就會努力實現(xiàn)這種過程：（ 1阻礙原磁通的變化原始表述 ；（ 2阻礙相對運動，可理解為“來拒去留 ，具體表現(xiàn)為：假設(shè)產(chǎn)生感應(yīng)電流的回路或其某些局部可以自由運動，那么它會以它的運動來阻礙穿過路的磁通的變化；假設(shè)引起原磁通變化為磁體與產(chǎn)生感應(yīng)電流的可動回路發(fā)生相對運動， 而回路的面積又不可變，那么回路得以它的運動來阻礙磁體與回路的相對運動，而回路將發(fā)生與磁體同方向的運動；（ 3使線圈面積有擴大或縮小的趨勢；（ 4阻礙原電流的變化自感現(xiàn)象。利用上述規(guī)律分析問題可獨辟蹊徑，到達(dá)快速準(zhǔn)確的效果。如圖1 所示，在O點懸掛一

12、輕質(zhì)導(dǎo)線環(huán)， 拿一條形磁鐵沿導(dǎo)線環(huán)的軸線方向突然向環(huán)內(nèi)插入，判斷在插入過程中導(dǎo)環(huán)如何運動。假設(shè)按常規(guī)方法，應(yīng)先由楞次定律判斷出環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向，再由安培定那么確定環(huán)形電流對應(yīng)的磁極，由磁極的相互作用確定導(dǎo)線環(huán)的運動方向。假設(shè)直接從感應(yīng)電流的效果來分析：條形磁鐵向環(huán)內(nèi)插入過程中，環(huán)內(nèi)磁通量增加，環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的效果將阻礙磁通量的增加，由磁通量減小的方向運動。因此環(huán)將向右擺動。顯然，用第二種方法判斷更簡捷。應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的具體步驟：（ 1查明原磁場的方向及磁通量的變化情況；（ 2根據(jù)楞次定律中的“阻礙確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向；（ 3由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向用安培表判斷出感應(yīng)電流的方

13、向。3、當(dāng)閉合電路中的一局部導(dǎo)體做切割磁感線運動時，用右手定那么可判定感應(yīng)電流的方向。運動切割產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例，所以判定電流方向的右手定那么也是楞次定律的特例。用右手定那么能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是不少情況下，不如用右手定那么判定的方便簡單。反過來，用楞次定律能判定的，并不是用右手定那么都能判定出來。如圖 2 所示，閉合圖形導(dǎo)線中的磁場逐漸增強，因為看不到切割，用右手定那么就難以判定感應(yīng)電流的方向，而用楞次定律就很容易判定?！耙螂姸鴦佑米笫?，“因動而電用右手59互感自感 渦流互感：由于線圈A 中電流的變化，它產(chǎn)生的磁通量發(fā)生變化，磁通量的變化在線圈 B

14、中激發(fā)了感應(yīng)電動勢。這種現(xiàn)象叫互感。自感現(xiàn)象是指由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的感應(yīng) 電動勢叫做自感電動勢。自感系數(shù)簡稱自感或電感, 它是反映線圈特性的物理量。線圈越 長 ,單位長度上的匝數(shù)越多, 截面積越大 ,它的自感系數(shù)就越大。另外 , 有鐵心的線圈的自 感系數(shù)比沒有鐵心時要大得多。自感現(xiàn)象分通電自感和斷電自感兩種,其中斷電自感中 “小燈泡在熄滅之前是否要閃亮 一下的問題 ,如圖 2 所示 , 原來電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài),L 與并聯(lián) ,其電流分別為, 方向都是從左到右。在斷開S 的瞬間,燈 A 中原來的從左向右的電流立即消失 , 但是燈A與線圈L構(gòu)成一閉合回路 ,由于

15、 L的自感作用 ,其中的電流不會立即消失 , 而是在回路中逐斷減弱維持暫短的時間,在這個時間內(nèi)燈A 中有從右向左的電流通過,此時通過燈 A 的電流是從開場減弱的 ,如果原來,那么在燈 A 熄滅之前要閃亮一下 ;如果原來, 那么燈A 是逐斷熄滅不再閃亮一下。原來哪一個大 , 要由L的直流電阻和 A的電阻的大小來決定 ,如果, 如果。2、由于線圈導(dǎo)體本身電流的變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)專業(yè)資料整理WORD格式4專業(yè)資料整理WORD格式象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢叫自感電動勢。由上例分析可知：自感電動勢總量阻礙線圈導(dǎo)體中原電流的變化。3、自感電動勢的大小跟電流變化率成正比。I自LtL 是線圈

16、的自感系數(shù)，是線圈自身性質(zhì)，線圈越長，單位長度上的匝數(shù)越多，截面積越大，有鐵芯那么線圈的自感系數(shù) L 越大。單位是亨利H。如是線圈的電流每秒鐘變化 1A，在線圈可以產(chǎn)生 1V 的自感電動勢， 那么線圈的自感系數(shù)為 1H。還有毫亨 mH，微亨 H。渦流及其應(yīng)用1變壓器在工作時，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢外，變化的磁通量也會在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流2應(yīng)用：（ 1新型爐灶電磁爐。（ 2金屬探測器：飛機場、火車站平安檢查、掃雷、探礦。60交變電流描述交變電流的物理量和圖象一、交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律： 1產(chǎn)生：強度

17、和方向都隨時間作周期性變化的電流叫交流電。矩形線圈在勻強磁場中，繞垂直于勻強磁場的線圈的對稱軸作勻速轉(zhuǎn)動時，如圖 5 1 所示，產(chǎn)生正弦或余弦交流電動勢。當(dāng)外電路閉合時形成正弦或余弦交流電流。圖 5 1 2變化規(guī)律： 1中性面：與磁力線垂直的平面叫中性面。線圈平面位于中性面位置時，如圖 5 2 A所示，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量變化率為零。因此，感應(yīng)電動勢為零 。圖 52當(dāng)線圈平面勻速轉(zhuǎn)到垂直于中性面的位置時即線圈平面與磁力線平行時如圖5 2C所示，穿過線圈的磁通量雖然為零，但線圈平面內(nèi)磁通量變化率最大。因此，感應(yīng)電動勢值最大。專業(yè)資料整理WORD格式5專業(yè)資料整理WORD格式伏 N為匝數(shù)

18、 2感應(yīng)電動勢瞬時值表達(dá)式：假設(shè)從中性面開場，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式：伏如圖52 B所示。感應(yīng)電流瞬時值表達(dá)式：安假設(shè)從線圈平面與磁力線平行開場計時，那么感應(yīng)電動勢瞬時值表達(dá)式為：伏如圖52 D所示。感應(yīng)電流瞬時值表達(dá)式：安二、表征交流電的物理量：（ 1瞬時值、最大值和有效值：交流電在任一時刻的值叫瞬時值。瞬時值中最大的值叫最大值又稱峰值。交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流電和恒定直流分別通過同樣阻值的電阻，如果二者熱效應(yīng)相等即在一樣時間內(nèi)產(chǎn)生相等的熱量那么此等效的直流電壓，電流值叫做該交流電的電壓，電流有效值。正弦或余弦交流電電動勢的有效值和最大值的關(guān)系為：交流電壓有效值；交流

19、電流有效值。注意： 通常交流電表測出的值就是交流電的有效值。用電器上標(biāo)明的額定值等都是指有效值。用電器上說明的耐壓值是指最大值。 2周期、頻率和角頻率交流電完成一次周期性變化所需的時間叫周期。以T 表示，單位是秒。交流電在1 秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫頻率。以f 表示，單位是赫茲。周期和頻率互為倒數(shù)，即。我國市電頻率為50 赫茲，周期為0.02 秒。角頻率：單位：弧度 / 秒交流電的圖象：圖象如圖5 3 所示。圖象如圖5 4 所示。專業(yè)資料整理WORD格式6專業(yè)資料整理WORD格式61。正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式u=Umsin ti=I msin t62電感和電容對交變電流的影響電感對交變電流有

20、阻礙作用，阻礙作用大小用感抗表示。低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù) 很大，作用是“通直流，阻交流 ；高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù) 很小，作用是“通低頻，阻高頻 電容對交變電流有阻礙作用，阻礙作用大小用容抗表示耦合電容，容量較大，隔直流、通交流高頻旁路電容，容量很小，隔直流、阻低頻、通高頻63變壓器變壓器是可以用來改變交流電壓和電流的大小的設(shè)備。理想變壓器的效率為 1，即輸入功率等于輸出功率。對于原、副線圈各一組的變壓器來說如圖 5 6，原、副線圈上的電壓與它們的匝數(shù)成正。即因為有，因而通過原、副線圈的電 流 強 度 與 它們的匝數(shù)成反比。即注意： 1理想變壓器各物理量的決定因素輸入電壓U1決定輸出電壓

21、U2，輸出電流I 2決定輸入電流I 1，輸入功率隨輸出功率的變化而變化直到到達(dá)變壓器的最大功率負(fù)載電阻減小，輸入功率增大；負(fù)載電阻增大，輸入功率減小。2一個原線圈多個副線圈的理想變壓器的電壓、電流的關(guān)系U1: U2: U3: ,=n1: n2: n3: ,I 1n1=I 2n2+I 3n3+,因為，即，所以變壓器中高壓線圈電流小，繞制的導(dǎo)線較細(xì)，低電壓的線圈電流大，繞制的導(dǎo)線較粗。上述各公式中的I 、 U、 P均指有效值，不能用瞬時值。 3電壓互感器和電流互感器電壓互感器是將高電壓變?yōu)榈碗妷海?故其原線圈并聯(lián)在待測高壓電路中； 電流互感器是將大電流變?yōu)樾‰娏鳎势湓€圈串聯(lián)在待測的高電流電路中。二解決變壓器問題的常用方法思 路1電 壓 思 路 。 變 壓 器 原 、 副 線 圈 的 電 壓 之 比 為U1/ U2=n1/ n2； 當(dāng) 變 壓 器 有 多 個 副 繞 組 時U1/ n1=U2/ n2=U3/ n3=,思路 2功率思路。 理想變壓器的輸入、 輸出功率為 P 入=P 出，即 P1=P2；當(dāng)變壓器有多個副繞組時 P1=P2+P3+