高中物理选修3-3知识点归纳（高中物理选修3-2知识梳理）

电磁感应现象 愣次定律

一、电磁感应

1．电磁感应现象

只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。产生的电流叫做感应电流．

2．产生感应电流的条件：闭合回路中磁通量发生变化

3. 磁通量变化的常见情况 (Φ改变的方式)：

①线圈所围面积发生变化，闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动导致Φ变化;其实质也是B不变而S增大或减小

②线圈在磁场中转动导致Φ变化。线圈面积与磁感应强度二者之间夹角发生变化。如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型。

③磁感应强度随时间(或位置)变化,磁感应强度是时间的函数；或闭合回路变化导致Φ变化

(Φ改变的结果):磁通量改变的最直接的结果是产生感应电动势,若线圈或线框是闭合的.则在线圈或线框中产生感应电流，因此产生感应电流的条件就是：1、闭合回路2、磁通量发生变化．

4.产生感应电动势的条件:

无论回路是否闭合,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.

电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,则有感应电流,如果回路不闭合，则只能出现感应电动势，

而不会形成持续的电流．我们看变化是看回路中的磁通量变化，而不是看回路外面的磁通量变化

二、感应电流方向的判定

1.右手定则:伸开右手，使拇指跟其余的四指垂直且与手掌都在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，手掌所在平面跟磁感线和导线所在平面垂直，大拇指指向导线运动的方向, 四指所指的方向即为感应电流方向(电源).

用右手定则时应注意：

①主要用于闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时，产生的感应电动势与感应电流的方向判定，

②右手定则仅在导体切割磁感线时使用，应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直．

③当导体的运动方向与磁场方向不垂直时，拇指应指向切割磁感线的分速度方向．

④若形成闭合回路，四指指向感应电流方向；若未形成闭合回路，四指指向高电势．

⑤“因电而动”用左手定则．“因动而电”用右手定则．

⑥应用时要特别注意：四指指向是电源内部电流的方向(负→正)．因而也是电势升高的方向；即：四指指向正极。

导体切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的一个特例．用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是对导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流方向的判定用右手定则更为简便．

2.楞次定律

(1)楞次定律(判断感应电流方向)：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．

(感应电流的) 磁场 (总是) 阻碍 (引起感应电流的磁通量的)变化

(2)对“阻碍”的理解 注意“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。阻碍磁通量变化指：

磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用)；

磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用)，简称“增反减同”．

(3)楞次定律另一种表达：感应电流的效果总是要阻碍(或反抗)产生感应电流的原因. (F安方向就起到阻碍的效果作用)

即由电磁感应现象而引起的一些受力、相对运动、磁场变化等都有阻碍原磁通量变化的趋势。

①阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化；

②阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”；

③使线圈面积有扩大或缩小的趋势，可理解为“增缩减扩；

④阻碍原电流的变化．

楞次定律 磁通量的变化表述：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。

能量守恒表述：

①从磁通量变化的角度：感应的磁场效果总要反抗产生感应电流的原因

②从导体和磁场的相对运动：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

③从感应电流的磁场和原磁场：导体和磁体发生相对运动时,感应电流的磁场总是阻碍相对运动。

④楞次定律的特例──右手定则：感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化。(增反、减同)

楞次定律的多种表述、应用中常见的两种情况：一磁场不变,导体回路相对磁场运动；二导体回路不动,磁场发生变化。

磁通量的变化与相对运动具有等效性：Φ↑相当于导体回路与磁场接近，Φ↓相当于导体回路与磁场远离。

(4) 楞次定律判定感应电流方向的一般步骤

基本思路可归结为：“一原、二感、三电流”，

①明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何；

②确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化(是增还是减)

③根据楞次定律确定感应电流磁场的方向．

④再利用安培定则，根据感应电流磁场的方向来确定感应电流方向．

判断闭合电路（或电路中可动部分导体）相对运动类问题的分析策略

在电磁感应问题中，有一类综合性较强的分析判断类问题，主要讲的是磁场中的闭合电路在一定条件下产生了感应电流，而此电流又处于磁场中，受到安培力作用，从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动.

对其运动趋势的分析判断可有两种思路方法：

①常规法：1、据原磁场(B原方向及ΔΦ情况) 2、确定感应磁场(B感方向)

3、判断感应电流(I感方向) 4、 导体受力及运动趋势.

②效果法：由楞次定律可知，感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”，深刻理解“阻碍”的含义.

据"阻碍"原则，可直接对运动趋势作出判断，更简捷、迅速. (如F安方向阻碍相对运动或阻碍相对运动的趋势)

B感和I感的方向判定：楞次定律(右手) 深刻理解“阻碍”两字的含义(I感的B是阻碍产生I感的原因)

B原方向；B原变化(原方向是增还是减)；I感方向才能阻碍变化；再由I感方向确定B感方向。

楞次定律的理解与应用 理解楞次定律要注意四个层次:

①谁阻碍谁 是感应电流的磁通量阻碍原磁通量;

②阻碍什么 阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身;

③如何阻碍 当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即”增反减同”;

④结果如何 阻碍不是阻止,只是延缓了磁通量变化的快慢,结果是增加的还是增加,减少的还是减少.

另外 ①“阻碍”表示了能量的转化关系,正因为存在阻碍作用,才能将其它形式的能量转化为电能;

② 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的相对运动.

电磁感应现象中的动态分析：就是分析导体的受力和运动情况之间的动态关系。

一般可归纳为：导体组成的闭合电路中磁通量发生变化导体中产生感应电流导体受安培力作用

导体所受合力随之变化导体的加速度变化其速度随之变化感应电流也随之变化

周而复始地循环，最后加速度小致零(速度将达到最大)导体将以此最大速度做匀速直线运动

“阻碍”和“变化”的含义 原因产生结果；结果阻碍原因。

感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍引起感应电流的磁场。

法拉第电磁感应定律、自感

一、法拉第电磁感应定律

(1)定律内容：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．

发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源，在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势。(即：由负到正)

①表达式：

(法拉第电磁感应定律)

感应电动势取决于磁通量变化的快慢(即磁通量变化率)和线圈匝数n．ΔB/Δt是磁场变化率

(2)另一种特殊情况：回路中的一部分导体做切割磁感线运动时, 且导体运动方向跟磁场方向垂直。

1、E=BLv (垂直平动切割) (v为磁场与导体的相对切割速度) (B不动而导体动；导体不动而B运动)

2、E＝BL2ω/2 (直导体绕一端转动切割)

二、感应电量的计算

感应电量

三.自感现象

1.自感现象：由于导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象．

2.自感电动势：自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势．

a．L跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系．

线圈越粗，越长、匝数越密，它的自感系数越大，另外有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多．

b．自感系数的单位是亨利，国际符号是L，1亨=103毫亨=106 微亨

3.关于自感现象的说明

①如图所示，当合上开关后又断开开关瞬间，电灯L为什么会更亮，当合上开关后，由于线圈的电阻比灯泡的电阻小，因而过线圈的电流I2较过灯泡的电流I1大，当开关断开后，过线圈的电流将由I2变小，从而线圈会产生一个自感电动势，于是电流由c→b→a→d流动，此电流虽然比I2小但比I1还要大．因而灯泡会更亮．假若线圈的电阻比灯泡的电阻大，则I2＜I1，那么开关断开后瞬间灯泡是不会更亮的．

②开关断开后线圈是电源，因而C点电势最高，d点电势最低

③过线圈电流方向与开关闭合时一样，不过开关闭合时，J点电势高于C点电势，当断开开关后瞬 间则相反，C点电势高于J点电势．

④过灯泡的电流方向与开关闭合时的电流方向相反，a、b两点电势，开关闭合时Ua＞Ub，开关断开后瞬间Ua＜Ub．

4.镇流器 是一个带铁芯的线圈，起动时产生瞬间高电压点燃日光灯，目光灯发光以后，线圈中的自感电动势阻碍电流变化，正常发光后起着降压限流作用，保证日光灯正常工作．

线圈作用：起动时产生瞬间高电压，正常发光后起着降压限流作用。

电磁感应与力学综合

又分为两种情况：

一、与运动学与动力学结合的题目（电磁感应力学问题中，要抓好受力情况和运动情况的动态分析），

(1)动力学与运动学结合的动态分析，思考方法是：

导体受力运动产生E感→I感→通电导线受安培力→合外力变化→a变化→v变化→E感变化→……。

a=0，导体达到稳定状态，a=0时，速度v达最大值的特点.

例：如图所示，足够长的光滑导轨上有一质量为m，长为L，电阻为R的金属棒ab，由静止沿导轨运动，则ab的最大速度为多少（导轨电阻不计，导轨与水平面间夹角为θ，磁感应强度B与斜面垂直）金属棒ab的运动过程就是上述我们谈到的变化过程，当ab达到最大速度时：

BlL＝mgsinθ……① I= E /R………② E =BLv……③

由①②③得：v=mgRsinθ/B2L2。

(2)电磁感应与力学综合方法：从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律

1、基本思路:受力分析→运动分析→变化趋向→确定运动过程和最终的稳定状态→由牛顿第二定律列方程求解．

2、纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦力也随之而变，导致物体的运动状态发生变化，在分析问题时要注意上述联系．

电磁感应中的动力学问题

解题关键：在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等，

①用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向.

②求回路中电流强度.

③分析研究导体受力情况（包含安培力，用左手定则确定其方向）.

④列动力学方程或平衡方程求解.

ab沿导轨下滑过程中受四个力作用，即重力mg，支持力FN 、摩擦力f和安培力F安，如图

所示，ab由静止开始下滑后，将是

，所以这是个变加速过程，当加速度减到a=0时，其速度即增到最大v=vm，此时必将处于平衡状态，以后将以vm

匀速下滑

(1)电磁感应定律与能量转化

解决电磁感应能量转化问题的基本方法是:

①用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向.

②画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表达式.

③分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程.

(2)电磁感应与动量、能量的综合 方法：

(1)从受力角度着手，运用牛顿运动定律及运动学公式

变化过程是：导体受力做切割B运动

产生E感、I感(出现与外力方向相反的安培力体现阻碍效果)

导线做a↓的变加速直线运动(运动过程中v变，E感=BLv也变，F安=BlL亦变)

当F安=F外时，a=0，此时物体就达到最大速度．

导线受力做切割磁力线运动,从而产生感应电动势,继而产生感应电流,这样就出现与外力方向相反的安培力作用,于是导线做加速度越来越小的变加速直线运动,运动过程中速度v变,电动势BLv也变,安培力BIL亦变,当安培力与外力大小相等时,加速度为零,此时物体就达到最大速度．

(2)从动量角度着手，运用动量定理或动量守恒定律

①应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量，如在非匀变速运动问题应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题．

②在相互平行的水平轨道间的双棒做切割磁感线运动时，由于这两根导体棒所受的安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒．解决此类问题往往要应用动量守恒定律．

(3)从能量转化和守恒着手，运用动能定律或能量守恒定律

1、基本思路：受力分析→弄清哪些力做功，正功还是负功→明确有哪些形式的能量参与转化，哪增哪减→由动能定理或能量守恒定律列方程求解．

(3)电磁感应与电路 综合分析 要将电磁感应、电路的知识，甚至和力学知识综合起来应用。

在电磁感应中切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，

将它们接上电容器，便可使电容器充电；将它们接上电阻等用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流，

因此电磁感应问题又往往跟电路问题联系起来，解决这类问题，

一方面要考虑电磁学中的有关规律：如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等；

另一方面又要考虑电路中的有关规律：如欧姆定律，串并联电路的性质等。

解决电磁感应与电路综合问题的基本思路是：

(1)确定电源．明确哪部分相当于电源(产生感应电流或感应电动势的那部分电路)就相当于电源，

切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路

利用法拉第电磁感应定律 E大小，利用楞次定律 E的正负极 (及I感方向)

需要强调的是：在电源内部电流是由负极流向正极的，在外部从正极流向外电路，并由负极流入电源．如无感应电流，则可以假设电流如果存在时的流向．

(2)分析电路结构，画出等效电路图．

(3)利用电路规律求解．主要闭合电路欧姆定律、串并联电路性质特点、电功、电热的公式．求解未知物理量．

(4)图象问题 电磁感应中常涉及磁感应强度B、 磁通量Φ、 感应电动势E或e 和 感应电流I随时间t变化的图线，即B—t图线、 Φ一t图线、 e一t图线 和I一t图线。

对于切割产生应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随位移X变化的图线，即e—X图线和I—X图线。

这些图象问题大体上可分为两类：

①由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象，

②或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量，

不管是何种类型，电磁感应中的图象常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和感应电流的大小。

电磁感应现象中图像问题的分析，要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势（电流）大小是否恒定.用楞次定律判断出感应电动势（或电流）的方向，从而确定其正负，以及在坐标中的范围.

另外，要正确解决图像问题，必须能根据图像的意义把图像反映的规律对应到实际过程中去，又能根据实际过程的抽象规律对应到图像中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断.

（二）电磁感应中的一个重要推论——安培力的冲量公式

感应电流通过直导线时，直导线在磁场中要受到安培力的作用，当导线与磁场垂直时，安培力的大小为F=BLI。在时间△t内安培力的冲量，式中q是通过导体截面的电量。利用该公式解答问题十分简便，

交流电的产生及变化规律

一．交流电

大小和方向都随时间作周期性变化的电流，叫做交变电流。 其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。

二．正弦交流电的变化规律 线框在匀强磁场中匀速转动．

1．当从图12—2即中性面位置开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：

即e=εmsinωt， i＝Imsinωt (ωt是从该位置经t时间线框转过的角度；ωt也是线速度V与磁感应强度B的夹角；ωt是线框面与中性面的夹角)

2．当从图12—1位置开始计时： 则：e=εmcosωt， i＝Imcosωt．

3．对于单匝矩形线圈来说Em=2Blv=BSω；对于n匝面积为S的线圈来说Em=nBSω,对于总电阻为R的闭合电路来说

三．个物理量

1．中性面：如图12—2所示的位置为中性面，对它进行以下说明：

(1) 此位置过线框的磁通量最多．

(2) 此位置磁通量的变化率为零．所以 e=εmsinωt=0， i＝Imsinωt=0

(3) 此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图12－3中的t2，t4时刻，因而交流电完成一次全变化中线框两次过中性面，电流的方向改变两次，频率为50Hz的交流电每秒方向改变100次．

2．交流电的最大值： εm＝BωS 当为N匝时εm＝NBωS

(1)ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒，nad/s

(2)最大值对应的位置与中性面垂直,即线框面与磁感应强度B在同一直线上．

(3)最大值对应图12－3中的t1、t2时刻，每周中出现两次．

3．瞬时值e=εmsinωt， i＝Imsinωt代入时间即可求出．

不过写瞬时值时，不要忘记写单位，如εm=220V,ω=100π,则e=220sin100πtV,不可忘记写伏,电流同样如此．

4．有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值．

5．周期与频率：交流电完成一次全变化的时间为周期；每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率．单位1/秒为赫兹（Hz）．

四、最大值、平均值和有效值的应用

1、正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、瞬时值和平均值的区别。

2、我们求交流电做功时用有效值，求通过某一电阻电量时一定要用电流的平均值交流电，在不同时间内平均感应电动势，平均电流不同．考虑电容器的耐压值时则要用最大值。

3、交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。

⑴只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的倍。

⑵通常所说的交变电流的电流、电压;交流电表的读数;交流电器的额定电压、额定电流;保险丝的熔断电流等都指有效值。

(3)生活中用的市电电压为220V，其最大值为220

V=311V，频率为50HZ，所以其电压即时值的表达式为u=311sin314tV。

2、理想变压器的基本关系

　　理想变压器：磁通量全部集中在铁芯中（没有漏磁）变压器本身不损耗能量。

　　对于理想变压器，物理量之间的依存关系：

　　（1）理想变压器的输入功率等于输出功率，且输入功率受输出功率控制。

　　（2）当原、副线圈、一定时，输出电压由决定，与负载无关。且有

　　（3）当原、副线圈、一定时，输入电流由输出电流决定，且有

关系，而与所接负载的大小有关。

　　（4）当有若干个副线圈时，其总的约束关系为P入=P出

　　各线圈的电压关系与初级线圈电压的关系跟线圈匝数关系不变。

　　各线圈中电流的关系为

　　（5）变压器的负载越大，是指并接在副线圈上用电器越多，即负载电阻越小。

3、远距离输电应注意的问题

　　（1）远距离输电要解决的关键问题是减少输电线上的电能损耗，根据，具体方法有：其一是减少输电线的电阻，用电阻率小的材料或加大导线的横截面积。实际分析表明其作用十分有限。其二是提高输电电压，减小输电电流，这是一种有效的方法。

　　（2）要能画出远距离输电电路，能帮助自己进行分析问题，电路如图。

　　（3）善于以变压器为界划分好各个回路，对各个回路独立运用欧姆定律、焦耳定律和电功、电功率进行分析计算。

　　（4）抓住各回路之间的物理量的联系，如变压器两侧的功率关系，电流、电压与匝数的关系；导线上的电能损耗，导线上的电压损失为。（P为输送的总功率）

　　于远距离输电电路来说，属于非纯电阻电路（有电感），电功和电热是不相等的，计算时要引起注意；此外，输电电线有两条，计算时要计算两条电线的电阻为整个输电线的总电阻。

4、三相交流电

　　（1）三相交流电的产生：三相交流电是由三个互成1200角的线圈，同时绕垂直磁场中轴共同转动，线圈中产生三个交变电动势，输出的电流是三相电流；这三个电动势大小相相等，周期相同，依次相差个周期达到最大值。

　　（2）三相交流电的连接方法：发电机三个线圈可发采用Y接法，也可以采用Δ接法，具体接法要根据电路要求；同样用电负载的接法也有用Y接法和Δ接法，具体根据用电器的接法要求而定。但要注意Y接法和Δ接法不是以往的串、并联。

（3）相电压、线电压均为交流电的有效值，目前我国民用电采用三相四线制供电，可提供有效值为220V（一相与地间之间的电压），380V（两根相线之间的电压）两种电压。

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