人教版高中物理选择性必修第二册期末复习全册知识点考点提纲

-1-第一章安培力与洛伦兹力1.1磁场对通电导线的作用力一、安培力的方向1、安培力：通电导体在磁场中受的力．2、左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。3、安培力方向、磁场方向、电流方向的关系：安培力既垂直于电流方向，也垂直于磁场方向（F⊥B、F⊥I），即垂直于电流I和磁场B所决定的平面。二、\o"物体做曲线运动的条件"安培力的大小1、\o"物体做曲线运动的条件"安培力的大小的三种情形(1)B与I垂直时：F＝BIL。(3)B与I平行时：F＝0。(3)B与I成θ角时：F＝BILsinθ。2、对安培力F＝ILBsinθ的理解(1)当B与I垂直，即θ＝90°时，F＝ILB；当B与I成θ角时，F＝ILBsinθ，θ是B与I的夹角。(2)公式F＝ILBsinθ中：①B对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁感应强度的影响。②L是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度(如图)；相应的电流沿L由始端流向末端。2、F＝ILBsinθ的适用条件：导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线。三、\o"物体做曲线运动的条件"磁电式电流表1、原理：安培力与电流的关系．通电线圈在磁场中受到安培力而偏转，线圈偏转的角度越大，被测电流就越大；根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。2、构造：磁体、线圈、螺旋弹簧、指针、极靴。3、特点：极靴与铁质圆柱间的磁场沿半径方向，线圈无论转到什么位置，它的平面都跟磁感线平行，且线圈左右两边所在处的磁感应强度大小相等。4、优点：灵敏度高，可以测出很弱的电流。缺点：线圈的导线很细，允许通过的电流很弱。1.2磁场对运动电荷的作用力一、洛伦兹力的方向1、洛伦兹力（1）定义：运动电荷在磁场中受到的力。（2）与安培力的关系：通电导线在磁场中受到的安培力是洛伦兹力的宏观表现。对应力内容项目洛伦兹力电场力性质磁场对在其中运动的电荷的作用力电场对放入其中电荷的作用力产生条件v≠0且v不与B平行电场中无论电荷处于何种状态F≠0大小F＝qvB(v⊥B)F＝qE方向满足左手定则F⊥B、F⊥v正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反做功情况任何情况下都不做功可能做正功、负功，也可能不做功作用效果只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向2、洛伦兹力的方向左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向正电荷运动的方向，这时拇指所指的方向就是运动的正电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向．负电荷受力的方向与正电荷受力的方向相反。3、F、B、v三者方向间的关系：洛伦兹力的方向总是与电荷运动的方向及磁场方向垂直，即洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷速度方向和磁场方向确定的平面，即F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直，如图甲、乙所示。4、洛伦兹力的特点（1）洛伦兹力的方向随电荷运动方向的变化而变化．但无论怎样变化，洛伦兹力都与运动方向垂直。（2）洛伦兹力永不做功，它只改变电荷的运动方向，不改变电荷的速度大小。二、\o"物体做曲线运动的条件"洛伦兹力的大小洛伦兹力的大小：F＝qvBsinθ，θ为电荷运动的方向与磁感应强度方向的夹角。（1）当θ＝90°时，v⊥B，sinθ＝1，F＝qvB，即运动方向与磁场方向垂直时，洛伦兹力最大。（2）当θ＝0时，v∥B，sinθ＝0，F＝0，即运动方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力。三、\o"物体做曲线运动的条件"电子束的磁偏转1、显像管的构造：如图所示，由电子枪、偏转线圈和荧光屏组成。2、显像管的原理(1)电子枪发射高速电子。(2)电子束在磁场中偏转。(3)荧光屏被电子束撞击时发光。3、扫描：在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动。1.3带电粒子在匀强磁场中的运动一、带电粒子在匀强磁场中的运动1、若v∥B，带电粒子以速度v做匀速直线运动，其所受洛伦兹力F＝0。2、若v⊥B，此时初速度方向、洛伦兹力的方向均与磁场方向垂直，粒子在垂直于磁场方向的平面内运动。（1）洛伦兹力与粒子的运动方向垂直，只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。（2）带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。二、\o"物体做曲线运动的条件"带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期1、由qvB＝meq\f(v2,r)，可得r＝eq\f(mv,qB)。2、由r＝eq\f(mv,qB)和T＝eq\f(2πr,v)，可得T＝eq\f(2πm,qB)，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与轨道半径和运动速度无关。3、圆心的确定：圆心位置的确定通常有以下两种基本方法（1）已知入射方向和出射方向时，可以过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图甲所示，P为入射点，M为出射点)．（2）已知入射方向和出射点的位置时，可以过入射点作入射方向的垂线，连线入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)。4、半径的确定：半径的计算一般利用几何知识解直角三角形，做题时一定要作好辅助线，由圆的半径和其他几何边构成直角三角形．由直角三角形的边角关系或勾股定理求解。5、粒子在匀强磁场中运动时间的确定（1）粒子在匀强磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动轨迹的圆弧所对应的圆心角为α时，其运动时间t＝eq\f(α,360°)T(或t＝eq\f(α,2π)T)。确定圆心角时，利用好几个角的关系，即圆心角＝偏向角＝2倍弦切角。（2）当v一定时，粒子在匀强磁场中运动的时间t＝eq\f(l,v)，l为带电粒子通过的弧长。三、\o"物体做曲线运动的条件"带电粒子在组合场中的运动\o"物体做曲线运动的条件"组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或者电场、磁场分时间段在同一区域或不同区域交替出现。1、解决带电粒子在组合场中的运动所需知识2、“电偏转”与“磁偏转”的比较电偏转磁偏转偏转条件只受恒定的静电力F＝qEv⊥E进入匀强电场只受大小恒定的洛伦兹力F＝qvBv⊥B进入匀强磁场运动轨迹抛物线圆弧求解方法利用类平抛运动的规律x＝v0t，y＝eq\f(1,2)at2，a＝eq\f(qE,m)，tanθ＝eq\f(at,v0)利用牛顿第二定律、向心力公式有r＝eq\f(mv,qB)，T＝eq\f(2πm,qB)，t＝eq\f(θT,2π)四、\o"物体做曲线运动的条件"叠加场电场、磁场、重力场叠加，或其中某两场叠加。1、是否考虑粒子重力（1）对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为一般情况下其重力与静电力或洛伦兹力相比太小，可以忽略；而对于一些宏观物体，如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力。（2）在题目中有明确说明是否要考虑重力的，按题目要求处理。（3）不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否考虑重力。2、叠加场中三中场的比较力的特点功和能的特点重力场大小：G=mg方向：竖直向下重力做功与路径无关重力做功改变物体的重力势能电场大小：F=qE方向:正电荷受力方向与场强方向相同，负电荷受力方向与场强方向相反电场力做功与路径无关W=qU电场力做功改变电势能磁场大小:f=qvB(v⊥B)方向:可用左手定则判断洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的动能1.4质谱仪与回旋加速器一、质谱仪1、质谱仪构造：主要构件有加速电场、偏转磁场和照相底片。2、运动过程(如图)（1）带电粒子经过电压为U的加速电场加速，qU＝eq\f(1,2)mv2。（2）垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动，r＝eq\f(mv,qB)，可得r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))。3、分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的半径r，进而可以算出粒子的比荷。二、\o"物体做曲线运动的条件"回旋加速器1、回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接交流电源，D形盒处于垂直于D形盒的匀强磁场中，如图。2、工作原理（1）电场的特点及作用特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的电场。作用：带电粒子经过该区域时被加速。（2）磁场的特点及作用特点：D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，从而改变运动方向，半个圆周后再次进入电场。（3）粒子被加速的条件：交变电场的周期等于粒子在磁场中运动的周期。（4）粒子最终的能量：粒子速度最大时的半径等于D形盒的半径，即rm＝R，rm＝eq\f(mvm,qB)，则粒子的最大动能Ekm＝eq\f(q2B2R2,2m)。（5）提高粒子最终能量的措施：由Ekm＝eq\f(q2B2R2,2m)可知，应增大磁感应强度B和D形盒的半径R。（6）粒子被加速次数的计算：粒子在回旋加速器中被加速的次数n＝eq\f(Ekm,qU)(U是加速电压的大小)。（7）粒子在回旋加速器中运动的时间：在电场中运动的时间为t1，在磁场中运动的时间为t2＝eq\f(n,2)·T＝eq\f(nπm,qB)(n为加速次数)，总时间为t＝t1＋t2，因为t1≪t2，一般认为在回旋加速器中运动的时间近似等于t2。三、\o"物体做曲线运动的条件"速度选择器1、装置及要求：如图，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧平行于极板射入，不计粒子重力。2、带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即v＝eq\f(E,B)。3、速度选择器的特点（1）v的大小等于E与B的比值，即v＝eq\f(E,B).速度选择器只对选择的粒子的速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求。（2）当v＞eq\f(E,B)时，粒子向F洛方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能增大。（3）当v＜eq\f(E,B)时，粒子向F电方向偏转，F电做正功，粒子的动能增大，电势能减小。（4）速度选择器只能单向选择：若粒子从另一方向射入，则不能穿出速度选择器。四、\o"物体做曲线运动的条件"电磁流量计1、电磁流量计的原理图如下

2、流量Q的定义：单位时间流过导管某一横截面的导电液体的体积。

3、公式：Q=Sv，其中S为导管的横截面积，v是导电液体的流速。

4、导电液体的流速v的计算如下，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向右流动，导电液体中的自由电荷（正、负离子）在洛伦兹力作用下发生偏转，使a，b间出现电势差，当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时，a，b间的电势差U达到最大，由qvB＝qE＝qeq\f(U,D)，得v＝eq\f(U,DB)又圆管的横截面积S＝eq\f(1,4)πD2，故流量Q＝Sv＝eq\f(πUD,4B)。5、电视高低判断：根据左手定则可得φa＜φb。第二章电磁感应2.1\o"1.楞次定律"楞次定律一、影响感应电流方向的因素1、探究感应电流的方向实验原理（1）由电流表指针偏转方向与电流方向的关系，找出感应电流的方向。（2）通过实验，观察分析原磁场方向和磁通量的变化，记录感应电流的方向，然后归纳出感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量变化之间的关系。2、实验器材：条形磁体，螺线管，灵敏电流计，导线若干，干电池，滑动变阻器，开关，电池盒。3、进行实验（1）探究电流表指针偏转方向和电流方向之间的关系。实验电路如图甲、乙所示：结论：电流从哪一侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏转，即左进左偏，右进右偏。(指针偏转方向应由实验得出，并非所有电流表都是这样的)（2）探究条形磁体插入或拔出线圈时感应电流的方向①按图连接电路，明确螺线管的绕线方向。②按照控制变量的方法分别进行N极(S极)向下插入线圈和N极(S极)向下时抽出线圈的实验。4、实验结果分析根据上表记录，得到下述结果：甲、乙两种情况下，磁通量都增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；丙、丁两种情况下，磁通量都减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少。实验结论：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。5、注意事项（1）确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流表。（2）电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。（3）实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。（4）按照控制变量的思想进行实验。（5）进行一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作。二、\o"物体做曲线运动的条件"楞次定律1、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、从能量角度理解楞次定律：感应电流沿着楞次定律所述的方向，是能量守恒定律的必然结果，当磁极插入线圈或从线圈内抽出时，推力或拉力做功，使机械能转化为感应电流的电能。3、对楞次定律的理解(1)楞次定律中的因果关系：楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果。(2)对“阻碍”的理解问题结论谁阻碍谁感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化为何阻碍原磁场的磁通量发生了变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当原磁场的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁场的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行，最终结果不受影响(3)“阻碍”的表现形式从磁通量变化的角度看：感应电流的效果是阻碍磁通量的变化。从相对运动的角度看：感应电流的效果是阻碍相对运动。4、楞次定律的推论（1）“增反减同”法：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化。①当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。②当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。口诀记为“增反减同”。（2）“来拒去留”法：由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动。口诀记为“来拒去留”。（3）“增缩减扩”法：就闭合回路的面积而言，收缩或扩张是为了阻碍穿过回路的原磁通量的变化。若穿过闭合回路的磁通量增加，面积有收缩趋势；若穿过闭合回路的磁通量减少，面积有扩张趋势。口诀记为“增缩减扩”。（4）“增离减靠”法：若磁场变化且线圈回路可移动，当磁场增强使得穿过线圈回路的磁通量增加时，线圈将通过远离磁体来阻碍磁通量增加；反之，当磁场减弱使得穿过线圈回路的磁通量减少时，线圈将通过靠近磁体来阻碍磁通量减少。口诀记为“增离减靠”。三、\o"物体做曲线运动的条件"右手定则1、右手定则：如图所示，内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。（1）右手定则的适用范围：闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断.（2）右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和感应电流方向三者之间的关系：①大拇指所指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体运动而磁场未动，也可以是导体未动而磁场运动，还可以是两者以不同速度同时运动。②四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于电源。2、“三定则一定律”的综合应用：安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的比较比较项目安培定则左手定则右手定则楞次定律适用场合判断电流周围的磁感线方向判断通电导线在磁场中所受的安培力方向判断导体切割磁感线时产生的感应电流方向判断回路中磁通量变化时产生的感应电流方向因果关系因电而生磁(I→B)因电而受力(I、B→F安)因动而生电(v、B→I感)因磁通量变化而生电(ΔΦ→I感)2.2\o"2.法拉第电磁感应定律"法拉第电磁感应定律一、影响感应电流大小的因素1、实验现象：在用导线切割磁感线产生感应电流的实验中，导线切割磁感线的速度越快、磁体的磁场越强，产生的感应电流就越大。在向线圈中插入条形磁体的实验中，磁体的磁场越强、插入的速度越快，产生的感应电流就越大。2、实验结论：当回路中的电阻一定时，感应电流的大小可能与磁通量变化的快慢有关，而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示。也就是说，感应电流的大小与磁通量的变化率有关。二、\o"物体做曲线运动的条件"电磁感应定律1、感应电动势（1）在电磁感应现象中产生的电动势。（2）产生感应电动势的那部分导体相当于电源。（3）在电磁感应现象中，只要闭合回路中有感应电流，这个回路就一定有电动势；回路断开时，虽然没有感应电流，但电动势依然存在。（4）感应电动势的大小：决定于穿过电路的磁通量的变化率eq\f(ΔΦ,Δt)而与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然联系，而eq\f(ΔΦ,Δt)的两种表达形式为S·eq\f(ΔB,Δt)和B·eq\f(ΔS,Δt)。（5）平均电动势与瞬时电动势：用E＝neq\f(ΔΦ,Δt)计算的是Δt时间内的平均电动势．在磁通量均匀变化时，E＝neq\f(ΔΦ,Δt)计算的既是Δt时间内的平均电动势，也是某个时刻的瞬时电动势．2、磁通量的变化率（1）磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢，用eq\f(ΔΦ,Δt)表示，其中ΔΦ表示磁通量的变化量，Δt表示发生磁通量变化所用的时间。（2）磁通量的变化率eq\f(ΔΦ,Δt)：是Φ­t图象上某点切线的斜率大小。3、Φ、ΔΦ与eq\f(ΔΦ,Δt)三者之间的关系物理量单位物理意义计算公式磁通量ΦWb表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少Φ＝B·S⊥磁通量的变化量ΔΦWb表示在某一过程中穿过某一面积的磁通量变化的多少ΔΦ＝|Φ2－Φ1|磁通量的变化率eq\f(ΔΦ,Δt)Wb/s表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(B·\f(ΔS,Δt),\f(ΔB,Δt)·S))4、法拉第电磁感应定律(1)内容：闭合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＝neq\f(ΔΦ,Δt)，其中n为线圈的匝数。(3)在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯(Wb)，感应电动势的单位是伏(V)。三、\o"物体做曲线运动的条件"导线切割磁感线时的感应电动势1、导线垂直于磁场方向运动，B、l、v两两垂直时，如图所示，E＝Blv。2、导线的运动方向与导线本身垂直，但与磁感线方向夹角为θ时，如图所示，E＝Blvsinθ。3、导体棒切割磁感线产生感应电流，导体棒所受安培力的方向与导体棒运动方向相反，导体棒克服安培力做功，把其他形式的能转化为电能。4、对公式E＝BLv的理解（1）该公式可看成法拉第电磁感应定律的一个推论，一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同的情况，当v为瞬时速度时，E为瞬时感应电动势；若v是平均速度，则E为平均感应电动势．如果导体各部分切割磁感线的速度不相等，可取其平均速度求电动势，例如如图导体棒在磁场中绕A点在纸面内以角速度ω匀速转动，磁感应强度为B，则AC在切割磁感线时产生的感应电动势为：E＝Blv＝Bl·eq\f(1,2)ωl＝eq\f(1,2)Bl2ω。（2）公式中的v应理解为导线和磁场间的相对速度，当导线不动而磁场运动时，也有电磁感应现象产生。（3）公式中的l应理解为导线切割磁感线时的有效长度．如果导线和磁场不垂直，l应是导线在垂直磁场方向投影的长度；如果切割磁感线的导线是弯曲的，l应取导线两端点的连线在与B和v都垂直的直线上的投影长度。2.3\o"3.涡流、电磁阻尼和电磁驱动"涡流、电磁阻尼和电磁驱动一、电磁感应现象中的感生电场1、感生电场：麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场，这种电场叫作感生电场。2、感生电动势：由感生电场产生的电动势叫感生电动势。3、电子感应加速器：电子感应加速器是利用感生电场使电子加速的设备，当电磁铁线圈中电流的大小、方向发生变化时，产生的感生电场使电子加速。二、\o"物体做曲线运动的条件"涡流1、涡流：当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体中都会产生感应电流，用图表示这样的感应电流，就像水中的旋涡，所以把它叫作涡电流，简称涡流。2、涡流大小的决定因素：磁场变化越快(eq\f(ΔB,Δt)越大)，导体的横截面积S越大，导体材料的电阻率越小，形成的涡流就越大。三、\o"物体做曲线运动的条件"电磁阻尼和电磁驱动1、电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动，这种现象称为电磁阻尼。2、电磁驱动：若磁场相对于导体转动，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，安培力使导体运动起来，这种作用常常称为电磁驱动。3、电磁阻尼和电磁驱动的比较电磁阻尼电磁驱动不同点成因由导体在磁场中运动形成的由磁场运动而形成的效果安培力方向与导体运动方向相反，为阻力安培力方向与导体运动方向相同，为动力能量转化克服安培力做功，其他形式的能转化为电能，最终转化为内能磁场能转化为电能，通过安培力做功，电能转化为导体的机械能共同点两者都是电磁感应现象，导体受到的安培力都是阻碍导体与磁场间的相对运动2.4互感和自感一、互感现象1、互感和互感电动势：两个相互靠近且没有导线相连的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势，这种现象叫作互感，这种感应电动势叫作互感电动势。互感现象是一种常见的电磁感应现象，它不仅可以发生于绕在同一铁芯上的两个线圈之间，而且可以发生于任何相互靠近的电路之间。互感现象说明能量可以由一个电路传递到另一个电路。2、应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈，如变压器就是利用互感现象制成的。3、危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间．在电力工程和电子电路中，互感现象有时会影响电路的正常工作。二、\o"物体做曲线运动的条件"自感现象1、当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出感应电动势，这种现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫作自感电动势。2、对自感电动势的理解(1)产生原因：通过线圈的电流发生变化，导致穿过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈上产生感应电动势。(2)自感电动势的方向：当原电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同(即：增反减同)。(3)自感电动势的作用：阻碍原电流的变化，而不是阻止，原电流仍在变化，只是使原电流的变化时间变长，即总是起着推迟电流变化的作用。3．对电感线圈阻碍作用的理解(1)若电路中的电流正在改变，电感线圈会产生自感电动势阻碍电路中电流的变化，使通过电感线圈的电流不能突变。(2)若电路中的电流是稳定的，电感线圈相当于一段导线，其阻碍作用是由绕制线圈的导线的电阻引起的。(3)线圈通电和断电时线圈中电流的变化规律如图。三、\o"物体做曲线运动的条件"自感系数和磁场的能量1、自感电动势（1）作用：总是阻碍线圈中原电流的变化，即总是起着推迟电流变化的作用。（2）方向：当原电流增大时，自感电动势与原电流方向相反；当原电流减小时，自感电动势与原电流方向相同。（3）大小：。其中，L时自感系数。（4）自感电动势的特点：①自感电动势阻碍自身电流的变化，但不能阻止。②当原电流增大时，自感电动势对电流的增大起到“阻碍”的作用；当原电流减小时，自感电动势对电流的减小起到“阻碍”的作用。2、自感系数（1）定义：L是反映不同线圈产生自感电动势本领大小的物理量，叫作自感系数，简称自感或电感。（2）影响因素：自感系数与线圈的形状、长短、匝数以及有无铁芯等因素有关。线圈的长度越长，横截面积越大，单位长度上的匝数越多，线圈的自感系数就越大；线圈加有铁芯时比无铁芯时的自感系数大得多。（3）单位：亨利，简称亨，符号是H。常用的单位还有毫亨、微亨。（4）意义：自感系数越大，说明线圈产生自感电动势的本领越大。3、磁场的能量1．线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中。2．线圈中电流减小时，磁场中的能量释放出来转化为电能。第三章交变电流3.1\o"1.交变电流"交变电流一、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叫作交变电流，简称交流。2、常见的交变电流的波形图：实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示。3、直流：方向不随时间变化的电流称为直流。4、演示：观察交变电流的方向（1）把两个发光颜色不同的发光二极管并联，连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。（2）摇动发电机的速度较慢时，我们观察到两个发光二极管交替闪亮,这说明教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，这种电流叫作交变电流。二、\o"物体做曲线运动的条件"交变电流的产生1、交变电流的产生：交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直。2、产生装置：将闭合线圈置于匀强磁场，并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动，线圈中将产生按正（余）弦规律变化的交流电。

3、两个特殊位置及特点

①中性面上图甲和丙所处的位置特点：穿过线圈的磁通量Φ最大，磁通量的变化率eq\f(ΔΦ,Δt)=0，所以感应电动势E=0，该应电流I=0，交变电流此时方向改变。

②与中性面垂直的位置上图乙和丁所处的位置特点：穿过线圈的磁通量Φ=0，磁通量的变化率eq\f(ΔΦ,Δt)最大，所以感应电动势E最大，该应电流I最大，交变电流此时方向不变。三、\o"物体做曲线运动的条件"交变电流的变化规律1、中性面(1)中性面：与磁感线垂直的平面。(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零。2、从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsinωt，Em叫作电动势的峰值，Em＝NωBS。3、正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。4、正弦式交变电流和电压：电流表达式i＝Imsinωt，电压表达式u＝Umsinωt.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值。5、交变电流的峰值：Em＝NωBS，Im＝eq\f(NωBS,R＋r)，Um＝eq\f(NωBSR,R＋r)。6、电动势峰值Em＝NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。7、求交变电流瞬时值和峰值的方法（1）定位置：确定线圈的转动是从哪个位置开始计时的。从中性面开始计时、从垂直中性面开始计时。（2）定函数：确定表达式是正弦函数还是余弦函数。①从中性面开始计时→正弦函数。②从垂直中性面开始计时→余弦函数。（3）定数值：确定转动的角速度（n的单位为r/s）、峰值。（4）求结果：写出表达式，代入时间求瞬时值。四、\o"物体做曲线运动的条件"交流发电机1、工作原理：交流发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。2、发电机的构造（1）电枢：产生感应电动势的线圈。（2）磁体：用来产生磁场。3、发电机的分类（1）旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。（2）旋转磁极式发电机：电枢不动，磁极转动。4、发电机的能量转换：发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。3.2交变电流的描述一、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；在交变电流的图像中，一个完整的正弦波形对应的时间为一个周期T。2、频率(f)：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。3、周期和频率的关系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T)，如图为我国照明电路的u－t图像，则交流电的周期T＝0.02s，频率f＝50Hz。4、角速度与周期、频率的关系：ω＝eq\f(2π,T)＝2πf。5、交变电流的周期和频率跟发电机转子的角速度ω或转速n有关，ω(n)越大，周期越短，频率越高，其关系为T＝eq\f(2π,ω)，ω＝eq\f(2π,T)＝2πf＝2πn。二、\o"物体做曲线运动的条件"峰值和有效值1、峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值，若将交流电接入纯电阻电路中，则电路中的电流及外电阻两端的电压的最大值分别为Im＝eq\f(Em,R＋r)，Um＝ImR。2、电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿。3、有效值：有效值：确定交变电流有效值的依据是电流的热效应；让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值。（1）在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系E＝eq\f(Em,\r(2))＝0.707Em，U＝eq\f(Um,\r(2))＝0.707Um，I＝eq\f(Im,\r(2))＝0.707Im。（2）当电流是非正弦式交变电流时，必须根据有效值的定义求解．先计算交变电流在一个周期内产生的热量Q，再将热量Q用相应的物理量的有效值表示，即Q＝I2RT或Q＝eq\f(U2,R)T，最后代入数据求解有效值。4、有效值的计算（1）公式法：利用E＝eq\f(Em,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2))计算，只适用于正(余)弦式交变电流。（2）利用有效值的定义计算(非正弦式电流)：计算时“相同时间”至少取一个周期或为周期的整数倍。（3）利用能量关系：当有电能和其他形式的能量转化时，可利用能量的转化和守恒定律来求有效值。5、几种典型电流的有效值正弦式交变电流正弦半波电流矩形脉冲电流非对称性交变电流I=II=II=t0TI=16、对交变电流“四值”的理解和应用物理量表达式适用情况及说明瞬时值e＝Emsinωtu＝Umsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况最大值(峰值)Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)讨论电容器的击穿电压有效值对正弦式交变电流有：E＝eq\f(Em,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2))，I＝eq\f(Im,\r(2))(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)电表的读数为有效值平均值eq\x\to(E)＝BLeq\x\to(v)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，eq\x\to(I)＝eq\f(eq\x\to(E),R＋r)计算通过电路截面的电荷量三、\o"物体做曲线运动的条件"正弦式交变电流的公式和图像1、正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况．若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是正弦曲线。2、若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为u＝Umsineq\f(2π,Τ)t，i＝Imsineq\f(2π,T)t。3.3变压器一、变压器的原理1、构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，与交流电源连接的线圈叫作原线圈，与负载连接的线圈叫作副线圈。其构造示意图与电路中的符号分别甲、乙所示．2、原理：互感现象是变压器工作的基础；原线圈中电流的大小、方向在不断变化，铁芯中激发的磁场也不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。工作原理如图所示：3、注意（1）变压器不改变交变电流的周期和频率。（2）变压器只对交变电流起作用，对恒定电流不起作用。（3）变压器的两个线圈之间通过磁场联系在一起，两个线圈间是绝缘的。二、\o"物体做曲线运动的条件"实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系1、实验思路：交变电流通过原线圈时在铁芯中产生变化的磁场，副线圈中产生感应电动势，其两端有输出电压．线圈匝数不同时输出电压不同，实验通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系。2、实验器材：多用电表、可拆变压器(如图甲)、学生电源、开关、导线若干3、实验步骤(1)按图乙所示连接好电路，将两个多用电表调到交流电压挡，并记录两个线圈的匝数。(2)接通学生电源，读出电压值，并记录在表格中。(3)保持匝数不变，多次改变输入电压，记录每次改变后原、副线圈的电压值。(4)保持输入电压、原线圈的匝数不变，多次改变副线圈的匝数，记录下每次的副线圈匝数和对应的电压值。4、实验结论：实验分析表明，在误差允许范围内，原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)。5、注意事项(1)在改变学生电源的电压、线圈匝数前均要先断开开关，再进行操作。(2)为了保证人身安全，学生电源的电压不能超过12V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。(3)为了保证多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。三、\o"物体做曲线运动的条件"电压与匝数的关系1、理想变压器：没有能量损失的变压器叫作理想变压器，它是一个理想化模型。2、变压器原、副线圈中的电压关系(1)只有一个副线圈：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)； (2)有多个副线圈：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…3、自耦变压器：铁芯上只绕有一个线圈，如果把整个线圈作为原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压，反之则可以升高电压，如图所示。理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).4、两类变压器：副线圈的电压比原线圈的电压低的变压器叫作降压变压器；副线圈的电压比原线圈的电压高的变压器叫作升压变压器。四、\o"物体做曲线运动的条件"理想变压器动态分析1、变压器中的能量转化：原线圈中电场的能量转变成磁场的能量，变化的磁场几乎全部穿过了副线圈，在副线圈中产生了感应电流，磁场的能量转化成了电场的能量。2、理想变压器原、副线圈的功率关系和电流关系（1）功率关系：从能量守恒看，理想变压器的输入功率等于输出功率，即P入＝P出。（2）电流关系①只有一个副线圈时，U1I1＝U2I2或eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)。②当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…3、理想变压器的制约关系和动态分析（1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq\f(n1,n2)一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝eq\f(n2U1,n1)。（2）功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0。（3）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比eq\f(n1,n2)一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝eq\f(n2I2,n1)(只有一个副线圈时)。4、对理想变压器进行动态分析的两种常见情况（1）原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1。（2）负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。3.4电能的输送一、降低输电损耗的两个途径1、输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻。（1）输电线路的电压损失：输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝Ir＝eq\f(P,U)r，其中I为输电线上的电流，r为输电线的电阻。（2）远距离输电时，输电线有电阻，电流的热效应引起功率损失，损失的电功率ΔP＝I2r。（3）若输电线上损失的电压为ΔU，则功率损失还可以表示为ΔP＝eq\f(ΔU2,r)，ΔP＝ΔU·I。2、降低输电损耗的两个途径（1）减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加导线的横截面积。由R＝ρeq\f(l,S)可知，距离l一定时，使用电阻率小的材料，增大导体横截面积可减小电阻。（2）减小输电线中的电流：为了减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。根据I＝eq\f(P,U)，在输送功率P一定，输电线电阻r一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输送电流可减为原来的eq\f(1,n)，输电线上的功率损耗将降为原来的eq\f(1,n2)。二、\o"物体做曲线运动的条件"解决远距离高压输电问题的基本方法1、首先应画出远距离输电的电路图(如图)，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置。2、理清三个回路回路1发电机回路．该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机。回路2输送电路．I2＝I3＝IR，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3。回路3输出电路．I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用。3、抓住两个物理量的联系(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2。(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4。4、掌握一个能量守恒定律：发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1＝P线损＋P用户。5、常用关系（1）功率关系：P1＝P2，P2＝ΔP＋P3，P3＝P4。（2）电压关系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2＝ΔU＋U3，eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)。（3）电流关系：eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，I2＝I线＝I3，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)。（4）输电电流：I线＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(P3,U3)＝eq\f(ΔU,R线)。（5）输电线上损耗的电功率：ΔP＝P2－P3＝I线2R线＝eq\f(ΔU2,R线)＝ΔU·I线。（6）输电线上的电压损失：ΔU＝I线R线＝U2－U3。6、输电线路功率损失的计算方法P损＝P1－P4P1为输送的功率，P4为用户得到的功率P损＝Ieq\o\al(2,线)R线I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻P损＝eq\f(ΔU2,R线)ΔU为输电线路上损失的电压，不要与U2、U3相混P损＝ΔU·I线注意：ΔU不要错代入U2或U3三、\o"物体做曲线运动的条件"电网供电1．远距离输电的基本原理：在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。2．电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络。3．电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大的经济效益。(2)减小断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡。(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。第四章电磁振荡与电磁波4.1电磁振荡一、电磁振荡的产生1、振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流。2、振荡电路：能产生振荡电流的电路，最简单的振荡电路为LC振荡电路。3、LC振荡电路电容器的放电、充电过程（1）电容器放电：由于线圈的自感作用，放电电流不会立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，同时电容器极板上的电荷逐渐减少，放电完毕时，极板上没有电荷，放电电流达到最大值，该过程电容器的电场能全部转化为线圈的磁场能。（2）电容器充电：电容器放电完毕时，由于线圈的自感作用，电流并不会立即减小为零，而要保持原来的方向继续流动，并逐渐减小，电容器开始充电，极板上的电荷逐渐增多，电流减小到零时，充电结束，极板上的电荷最多．该过程中线圈的磁场能又全部转化为电容器的电场能。4．电磁振荡的实质：在电磁振荡过程中，电路中的电流i、电容器极板上的电荷量q、电容器里的电场强度E、线圈里的磁感应强度B，都在周期性地变化着，电场能和磁场能也随着发生周期性的转化。二、\o"物体做曲线运动的条件"电磁振荡的能量变化1、各物理量随时间的变化图像：振荡过程中电流i、极板上的电荷量q、电场能EE和磁场能EB之间的对应关系。2、相关量与电路状态的对应情况电路状态abcde时刻t0eq\f(T,4)eq\f(T,2)eq\f(3T,4)T电荷量q最多0最多0最多电场能EE最大0最大0最大电流i0正向最大0反向最大0磁场能EB0最大0最大03、(1)在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，与电容器有关的物理量：电荷量q、电场强度E、电场能EE是同步变化的，即q↓→E↓→EE↓(或q↑→E↑→EE↑)。与振荡线圈有关的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能EB也是同步变化的，即i↓→B↓→EB↓(或i↑→B↑→EB↑)。(2)在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、EE增大时，线圈中的三个物理量i、B、EB减小，且它们的变化是同步的，也即q、E、EE↓eq\o(→,\s\up10(同步异向变化))i、B、EB↓。三、\o"物体做曲线运动的条件"电磁振荡的周期和频率1、电磁振荡的周期T：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间。2、电磁振荡的频率f：周期的倒数，数值等于单位时间内完成的周期性变化的次数。如果振荡电路没有能量损失，也不受其他外界条件影响，这时的周期和频率分别叫作振荡电路的固有周期和固有频率。3、LC电路的周期和频率公式：T＝2πeq\r(LC)，f＝eq\f(1,2π\r(LC))。其中：周期T、频率f、电感L、电容C的单位分别是秒(s)、赫兹(Hz)、亨利(H)、法拉(F)。4.2\o"2.电磁场与电磁波"电磁场与电磁波一、电磁场1、变化的磁场产生电场(1)实验基础：如图1所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。图1(2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动，实质是变化的磁场产生了电场。①均匀变化的磁场产生恒定的电场。②非均匀变化的磁场产生变化的电场。③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场。2、变化的电场产生磁场：麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场。①均匀变化的电场产生恒定的磁场。②非均匀变化的电场产生变化的磁场。③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场。3、变化的电场和磁场总是相互联系，形成一个不可分割的统一的电磁场。二、\o"物体做曲线运动的条件"电磁波1、电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。2、电磁波的特点(1)电磁波在空间传播不需要介质。(2)电磁波是横波：电磁波中的电场强度与磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。(3)电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108m/s.(4)电磁波能产生反射、折射、干涉、偏振和衍射等现象。3、电磁波具有能量：电磁场的转换就是电场能量与磁场能量的转换，电磁波的发射过程是辐射能量的过程，传播过程是能量传播的过程。4.3\o"3.无线电波的发射和接收"无线电波的发射和接收一、无线电波的发射1、要有效地发射电磁波，振荡电路必须具有的两个特点：（1）要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大。（2）振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间，因此采用开放电路。2、实际应用中的开放电路，线圈的一端用导线与大地相连，这条导线叫作地线；线圈的另一端与高高地架在空中的天线相连。3、电磁波的调制：在电磁波发射技术中，使载波随各种信号而改变的技术，调制分为调幅和调频。（1）调幅(AM)：使高频电磁波的振幅随信号的强弱而改变的调制方法。（2）调频(FM)：使高频电磁波的频率随信号的强弱而改变的调制方法。二、\o"物体做曲线运动的条件"无线电波的接收1、接收原理：电磁波在传播时如果遇到导体，会使导体中产生感应电流，空中的导体可以用来接收电磁波，这个导体就是接收天线。2、电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫作电谐振，相当于机械振动中的共振。(1)调谐：使接收电路产生电谐振的过程。(2)解调：把声音或图像信号从高频电流中还原出来的过程，调幅波的解调也叫检波。三、\o"物体做曲线运动的