交变电流 感应定律知识点.doc

电磁感应知识点1、产生感应电流的条件感应电流产生的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化。以上表述是充分必要条件。不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。2、感应电动势产生的条件。感应电动势产生的条件是：穿过电路的磁通量发生变化。这里不要求闭合。无论电路闭合与否，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生。这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的。但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流。3、关于磁通量变化在匀强磁场中，磁通量=BSsin（是B与S的夹角），磁通量的变化=2-1有多种形式，主要有：S、不变，B改变，这时=BSsinB、不变，S改变，这时=SBsinB、S不变，改变，这时=BS(sin2-sin1)二、楞次定律1、 内容：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化在应用楞次定律时一定要注意：“阻碍”不等于“反向”；“阻碍”不是“阻止”。A、从“阻碍磁通量变化”的角度来看，无论什么原因，只要使穿过电路的磁通量发生了变化，就一定有感应电动势产生。 B、从“阻碍相对运动”的角度来看，楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释：既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。又由于感应电流是由相对运动引起的，所以只能是机械能转化为电能，因此机械能减少。磁场力对物体做负功，是阻力，表现出的现象就是“阻碍”相对运动。C、从“阻碍自身电流变化”的角度来看，就是自感现象。自感现象中产生的自感电动势总是阻碍自身电流的变化。2、 实质：能量的转化与守恒3、 应用：对阻碍的理解：（1）顺口溜“你增我反，你减我同”（2）顺口溜“你退我进，你进我退”即阻碍相对运动的意思。“你增我反”的意思是如果磁通量增加，则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相反。“你减我同”的意思是如果磁通量减小，则感应电流的磁场方向与原来的磁场方向相同。用以判断感应电流的方向，其步骤如下：1）确定穿过闭合电路的原磁场方向；2）确定穿过闭合电路的磁通量是如何变化的（增大还是减小）；3）根据楞次定律，确定闭合回路中感应电流的磁场方向；4）应用安培定则，确定感应电流的方向三、法拉第电磁感应定律1、 定律内容：感应电动势大小决定于磁通量的变化率的大小，与穿过这一电路磁通量的变化率成正比。A、决定感应电动势大小因素：穿过这个闭合电路中的磁通量的变化快慢B、注意区分磁通量中，磁通量的变化量，磁通量的变化率的不同 磁通量，磁通量的变化量，2、 导体切割磁感线：=BLv应用该式应注意：（1）只适于导体切割磁感线的情况，求即时感应电动势（若v是平均速度则为平均值）；（2）B，L，v三者相互垂直；（3）对公式=BLvsin中的应理解如下：1）当BL，vL时，为B和v间夹角，如图（a）；2）当vL，Bv时，为L和B间夹角；3）当BL，vB时，为v和L间夹角上述1），2），3）三条均反映L的有效切割长度。3、 回路闭合 式中为回路中磁通量变化，t为发生这段变化所需的时间，n为匝数四、自感现象1、 自感现象是指由于导体本身的电流发生变、 化而产生的电磁感应现象。由于线圈（导体）本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。自感电动势总量阻碍线圈（导体）中原电流的变化。2、 自感系数简称自感或电感, 它是反映线圈特性的物理量。线圈越长, 单位长度上的匝数越多, 截面积越大, 它的自感系数就越大。另外, 有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。自感现象分通电自感和断电自感两种。3、 自感电动势的大小跟电流变化率成正比。L是线圈的自感系数，是线圈自身性质，线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，有铁芯则线圈的自感系数L越大。单位是亨利（H）。五、主要的计算式1、 感应电动势大小的计算式： 注：a、若闭合电路是一个匝的线圈，线圈中的总电动势可看作是一个线圈感应电动势的n倍。E是时间内的平均感应电动势 2、 几种题型 线圈面积S不变，磁感应强度均匀变化： 磁感强度不变，线圈面积均匀变化： B、S均不变，线圈绕过线圈平面内的某一轴转动时，计算式为： 3、 导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算式 (1). 公式： （2）. 题型：a若导体变速切割磁感线，公式中的电动势是该时刻的瞬时感应电动势。b b若导体不是垂直切割磁感线运动，v与B有一夹角，如右图b： c c若导体在磁场中绕着导体上的某一点转动时，导体上各点的线速度不同，不能用计算，而应根据法拉第电磁感应定律变成“感应电动势大小等于直线导体在单位时间内切割磁感线的条数”来计算，如下图c: 从图示位置开始计时，经过时间，导体位置由oa转到oa1，转过的角度，则导体扫过的面积 切割的磁感线条数（即磁通量的变化量） 单位时间内切割的磁感线条数为：，单位时间内切割的磁感线条数（即为磁通量的变化率）等于感应电动势的大小： 即： o avd.转动产生的感应电动势d转动轴与磁感线平行。如图d，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外，长L的金属棒oa以o为轴在该平面内以角速度逆时针匀速转动。求金属棒中的感应电动势。在应用感应电动势的公式时，必须注意其中的速度v应该指导线上各点的平均速度，在本题中应该是金属棒中点的速度，因此有。a db cL1L2B 线圈的转动轴与磁感线垂直。如图，矩形线圈的长、宽分别为L1、L2，所围面积为S，向右的匀强磁场的磁感应强度为B，线圈绕图e示的轴以角速度匀速转动。线圈的ab、cd两边切割磁感线，产生的感应电动势相加可得E=BS。如果线圈由n匝导线绕制而成，则E=nBS。从图16-8示位置开始计时，则感应电动势的瞬时值为e=nBScost 。该结论与线圈的形状和转动轴的具体位置无关（但是轴必须与B垂直）。实际上，这就是交流发电机发出的交流电的瞬时电动势公式。交变电流1、交变电流：强度和方向都随时间做周期性变化的电流为交变电流. 正弦电流、锯齿波电流都属于交变电流.2、交变电流的产生： 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生正弦交变电流.若线圈绕平行于磁感线的轴转动，则不产生感应电动势.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，将经过两个特殊位置，其特点分别是：(1)中性面：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面.线圈平面处于跟中性面重合的位置时；(a)线圈各边都不切割磁感线，即感应电流等于零；(b)磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零.(c)交变电流的方向在中性面的两侧是相反的.(2)线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变.3、交变电流的变化规律：如图511所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程：当以线圈通过中性面对为计时起点时，交变电流的函数表达式：e=Em sint，其中Em=2NBLv=NBS；i=Im sint，其中Im=Em/R。图512所示为以线圈通过中性面时为计时起点的交变电流的et和i-t图象：二.描述交变电流的物理量（1）瞬时值：交流电的瞬时值反映的是不同时刻交流电的大小和方向，瞬时值是时间的函数，不同时刻瞬时值不同。正弦交流电瞬时值的表达式为 e=Emsint U=Umsint（2）最大值：交流电的最大值反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面与磁力线平行时，交流电动势最大，EmNBS，瞬时值与最大值的关系是：EmeEm。（3）有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。即在同一时间内，跟某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值，叫做该交流电的有效值， E=Em/ U=Um/ I=Im/ 各种交流电电气设备上所标的、交流电表上所测得的以及在叙述中没有特别加以说明的交流电的最大值，都是指有效值。（4）平均值：交流电的平均值是交流电图像中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，用e=nt计算（5）表征交变电流变化快慢的物理量周期T：电流完成一次周期性变化所用的时间。单位：s .频率f：一秒内完成周期性变化的次数。单位：HZ.角频率：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位：rad/s.角速度、频率、周期的关系=2f=2/T三、电感和电容对交变电流的影响1、电感和电容对交变电流的影响（1）电感对交变电流的阻碍作用：电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗表示。线圈的自感系数越大、交变电流的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用就越大，感抗也越大。 （2）电容器对交变电流的阻碍作用：电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗表示。电容器的电容越大、交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小，容抗也越小。 2、在交变电流路中，如果把电感的作用概括为“通直流，阻交流；通低频，阻高频。”则对电容的作用可概括为：通交流，隔直流；通高频，阻低频。四、变压器1变压器的工作原理：互感现象是变压器工作的基础2理想变压器忽略原副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，磁通量全部集中在铁芯内，称为理想变压器。理想变压器的输入功率等于输出功率。即P1P2。3理想变压器电压跟匝数的关系： U1/U2= n1/n2 U1/n1=U2/n2=U3/n3=。4理想变压器电流跟匝数的关系I1/I2= n2/n1 （适用于只有一个副线圈的变压器）说明：原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈时，反比关系即不适用了， n1I1=n2I2+ n3I3+ n4I4+5注意事项(1)在理想变压器的公式中，功率关系和变压公式是基本公式。(2) 变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。变压器问题解题思路思路1：电压思路变压器原、副线圈的电压之比为U1/U2=n1/n2；当变压器有多个副绕组时U1/n1=U2/n2=U3/n3=。思路2：功率思路理想变压器的输入、输出功率为P入=P出，即P1=P2；当变压器有多个副绕组时P1=P2+P3+。思路3：电流思路由I=P/U知，对只有一个副绕组的变压器有I1/I2=n2/n1；当变压器有多个副绕组时n1I1=n2I2+n3I3+。思路4：制约思路1电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/n2）一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2=n2U1/n1。2电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/n2）一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1=n2I2/n1。3负载制约：变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2=P负1+P负2+；变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2=P2/U2；总功率P总=P线+P2。动态分析问题的思路程序可表示为：思