物理选修3-2知识点归纳

物理选修3-2知识点归纳本文介绍了物理选修3-2的知识点，主要包括电磁感应的探索、感应电动势与电磁感应定律、电磁感应定律的应用以及感应电量的计算。在电磁感应方面，文章首先介绍了电磁感应的基本概念，即闭合电路中磁通量发生变化时会产生感应电流。接着，文章介绍了感应电动势与电磁感应定律，其中感应电动势的大小与电路中磁通量变化的快慢有关，而电磁感应定律则表明感应电动势的大小与穿过电路的磁通量变化率成正比。在电磁感应定律的应用方面，文章介绍了涡流和电磁炉的工作原理。涡流是指将金属放在变化的磁场中时产生的感应电流，而电磁炉则利用涡流使锅直接发热，提高了热效率。同时，文章也指出了涡流的负面影响，如变压器、电动机和发电机的铁芯常因涡流损失大量电能并导致设备发热。最后，文章介绍了感应电量的计算方法，即根据感应电动势公式E=ΔΦ/Δt计算感应电量。根据法拉第电磁感应定律，只要闭合电路中的磁通量发生变化，就会产生感应电流。假设时间段为Δt，电量为q，则根据电流定义式I=q/Δt以及法拉第电磁感应定律E=nΔΦ/Δt，可以得到q=EΔt/R=nΔΦ/R。当闭合电路是单匝线圈时，q=ΔΦ/R。在电磁感应现象中，电量q只取决于线圈的匝数n、磁通量的变化量ΔΦ和闭合电路的电阻R，与变化时间无关。为了快速计算通过导体横截面积的电量q，需要正确计算磁通量的变化量ΔΦ。ΔΦ指的是穿过某一面积末时刻的磁通量Φ2与穿过该面积初时刻的磁通量Φ1之差，即ΔΦ=Φ2-Φ1。在计算ΔΦ时，通常只需要取其绝对值，如果Φ2与Φ1反向，则ΔΦ的符号相反。当线圈在匀强磁场中转动时，会产生交变电流，但一个周期内穿过线圈的磁通量变化量ΔΦ=0。穿过闭合电路的磁通量变化形式一般有以下几种情况：a.闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S不变，磁感应强度B发生变化时，ΔΦ=ΔB·S；b.磁感应强度B不变，闭合电路的面积在垂直于磁场方向上的分量S发生变化时，ΔΦ=B·ΔS；c.磁感应强度B与闭合电路的面积在垂直于磁场方向的分量S均发生变化时，ΔΦ=Φ2-Φ1。在楞次定律中，感应电流的磁场总是会阻碍引起感应电流的磁通量变化。右手定则可以用来确定感应电流的方向，伸开右手，让拇指与其余四指在同一平面内，使拇指与并拢的四指垂直；让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向导体运动方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。自感现象是指导体自身的电流变化所产生的电磁感应现象。只要闭合电路中的磁通量发生变化，就会产生感应电流。以上表述是充分必要条件，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。交流电中，周期是一个重要的参数。3.频率：交变电流在单位时间内完成的周期数，叫做交变电流的频率，用符号f表示，单位是赫兹（Hz），即每秒完成的周期数。频率与周期成反比关系，即f=1/T。4.正弦交流电：电流大小和方向随时间呈正弦周期性变化的交流电，称为正弦交流电。5.有效值：交流电的有效值是指与其产生的同样功率的直流电所需电压或电流的大小相同的交流电的有效值。在正弦交流电中，有效值等于峰值电压或电流的大小除以根号2。6.相位：交流电的相位是指交流电的正弦周期性变化与某一参考信号的相对位置关系。常用参考信号为正弦电压或电流的零点位置。第2节交流电的产生和传输1.交流电的产生：交流电可以通过旋转发电机产生，也可以通过变压器变换电压产生。2.交流电的传输：交流电在传输过程中会遇到电阻、电感和电容等元件的影响。电阻会引起电流大小的衰减，电感会引起电流相位的变化，电容则会引起电压相位的变化。在交流电路中，需要根据电路元件的特性进行合理的设计和选择，以保证交流电的传输效果。路电阻造成的损失功率P=I²R，因此为了减小电流I，需要提高输电电压U，从而减小损失功率。（2）高压输电可以减小输电线路的电阻和电感，降低电压损失和电能损失，提高输电效率。（3）采用高压输电可以减少输电线路的材料和造价，降低建设和维护成本。7.三相交变电流：三相交变电流是指由三个相位相差120°的正弦式交变电流组成的电力系统。三相交变电流具有功率大、电压稳定、传输距离远等优点，因此被广泛应用于电力系统中。8.三相变压器：三相变压器是一种将三相交变电流的电压升高或降低的设备。它由三个独立的变压器组成，每个变压器的原、副线圈都由三相绕组组成，且每个绕组的匝数相等。三相变压器的工作原理和单相变压器类似，但是它可以同时处理三相电流，因此被广泛应用于电力系统中。在国际单位制中，交变电流的时间单位是秒，周期越长表示交变电流完成一次周期性变化所需时间越长，即变化越缓慢。而交变电流在一秒内完成周期性变化的次数则称为频率，用符号f表示，单位是赫兹。频率越大，交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数越多，变化越快。周期和频率之间的关系可以用公式T=1/f表示。正弦式交变电流是指电流的大小和方向随时间按正弦规律变化的电流。它的电压和交变电流的有效值和峰值之间有一定的关系，即U≈0.707Um，I≈0.707Im，其中I为感应电流的有效值。在超过电器元件或设备的耐受极限时，需要考虑交变电流的最大值而不是有效值。变压器是在交流电的传输过程中用来升高或降低电压的设备。原线圈与电源相连，副线圈与负载相连，原、副线圈的匝数分别用n1和n2表示。自耦变压器是一种只有一个绕线组的变压器，其工作原理和双绕组变压器类似。电功率损失和电压损失是在输电过程中需要考虑的问题。为了减小电阻和电感造成的损失，需要采用高压输电，同时也可以降低建设和维护成本。三相交变电流由三个相位相差120°的正弦式交变电流组成，具有功率大、电压稳定、传输距离远等优点，因此被广泛应用于电力系统中。三相变压器是将三相交变电流的电压升高或降低的设备，由三个独立的变压器组成，每个变压器的原、副线圈都由三相绕组组成，且每个绕组的匝数相等。随着输电距离的增加，电阻也会增加，这会导致能量损失增加。然而，当发电站输出功率P保持不变时，根据公式P＝UI，如果提高输电电压U，则可以减小输电电流I。这意味着，当电流I减小时，输电线路上的能量损失也会减少。因此，远距离输电可以通过升高电压来减小输电电流，从而减少线路上的电能损耗。然而，制造高电压大功率的直流发电机在技术上难度很大，又无法直接升高直流电电压，因此远距离送电损耗仍然很大。同时，采用高电压输电，给用户带来了极大的安全隐患，而且对用电器的耐压要求有所提高，相应的技术要求和制造成本都会上升。为了解决这些问题，人们重新关注了交流电。交流电是大小和方向做周期性变化的电流，它很容易实现变压。在远距离高压交流输电系统中，需要一种能按实际要求将电压升高或降低的设备，即变压器。变压器由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两组线圈组成，接电源的线圈叫原线圈（也叫初级线圈），接负载的线圈叫副线圈（也叫次级线圈）。发电机发出的电压一般只有几千伏至十几千伏，远距离送电时，需要经过升压变压器升高电压，再用高压线向外输送。高压电到达用电区后，先要进入变电站用降压变压器将电压降低。当电压降至10kV时，可以把其中一部分电能配送给需要10kV电压的工厂，其余的则送到低压变电站，将电压降到220/380V后，便可配送给一般用户。远距离输电问题解决以后，大量的中心发电站建造了起来，电力网也迅速扩展开来。电力开始成为工业的主要动力。在实际应用中，人们常将一个地区的各种不同电压的输配电线路和变电站并网联合，组成一个个四通八达的大电网系统。这样，更有利于电力的合理调度和充分利用，使供电稳定，而且便于电力使用高峰与低谷间的调节。理想变压器由两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成。它的作用是在输送电能的过程中改变电压，其工作原理是利用了电磁感应现象。正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压。在理想变压器中，原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势。根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与磁通量Φ的变化率成正比，即E∝dΦ/dt。电学量如电流、电阻、电容和电感等，相比于非电学量如压力、位移、速率、加速度、流量、温度、浓度等更易于仪表显示和用于自动控制。因此，传感器通常需要将非电学量转化为电学量。根据传感器工作原理的不同，传感器可以分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。物理传感器利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出待测对象信息，如电容传感器、电感传感器、光电传感器、压电传感器等。化学传感器则是利用化学反应识别和检测信息，如气敏传感器、湿敏传感器等。生物传感器则是利用生物化学反应识别和检测信息，由固定生物体材料和适当转换器件组合成的系统，如组织传感器、细胞传感器、酶传感器等。生物传感器与物理传感器和化学传感器的最大区别在于生物传感器的感受器中含有生命物质。传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路组成，有时还需要加辅助电源。敏感元件是传感器的核心部分，利用材料的某种敏感效应制成。转换元件是将敏感元件输出的非电信号转换成电信号的电子元件。转换电