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1、高考物理知识归纳（六） -磁场、电磁感应和交流电 磁场基本特性 , 来源, 组 成 闭 合方向 ( 小磁针静止时极的指向, 磁感线的切线方向, 外部 (NS)内部 (SN) 曲线 要熟悉五种典型磁场的磁感线空间分布（正确分析解答问题的关健） 脑中要有各种磁源产生的磁感线的立体空间分布观念；会从不同的角度看、画 、识各 种磁感线分布图 能够将磁感线分布的立体、空间图转化成不同方向的平面图（正视、符视、侧视、剖视图） 安培右手定则：电产生磁安培分子电流假说，磁产生的实质( 磁现象电本质 ) 奥斯特和罗兰实验 安培左手定则 ( 与力有关 )磁通量概念一定要指明“是哪一个面积的、方向如何”且是双向标量
2、 F安=B I L 推导 f洛=q B v 建立电流的微观图景( 物理模型 ) 从安培力 F=ILBsin 和 I=neSv 推出 f=qvBsin 。 典型的比值定义 (E= q F E=k 2 r Q ) (B= LI F B=k 2 r I ) (u= q w ba q W 0A A ) ( R= I u R= S L ) (C= u Q C= dk 4 s ) 磁感强度 B：由这些公式写出B单位，单位公式 B= LI F ; B= S ; E=BLv B= Lv E ； B=k 2 r I （直导体）；B=NI（螺线管） qBv = m R v 2 R = qB mv B = qR m
3、v ; vvvd uE BqEqBv d u 电学中的三个力：F电=q E =q d u F安=B I L f洛= q B v 注意：、 BL 时， f 洛最大， f洛= q B v （f 、B 、v三者方向两两垂直且力f 方向时刻与速度v 垂直）导致粒子做匀速圆周运动。 、 B | v时， f 洛=0 做匀速直线运动。 、 B与 v 成夹角时，（带电粒子沿一般方向射入磁场）， 可把 v 分解为（垂直B分量v，此方向匀速圆周运动；平行B分量v|，此方向匀速直线运动。 ） 合运动为等距螺旋线运动。 带电粒子在磁场中圆周运动（关健是画出运动轨迹图, 画图应规范）。 规律： qB mv R R v
4、mqBv 2 ( 不能直接用 ) qB m2 v R2 T 1、找圆心：( 圆心的确定 ) 因f洛一定指向圆心，f洛v任意两个f洛方向的指向交点为圆心； 任意一弦的中垂线一定过圆心；两速度方向夹角的角平分线一定过圆心。 2、求半径 (两个方面 )：物理规律 qB mv R R v mqBv 2 由轨迹图得出几何关系方程( 解题时应突出这两条方程 ) 几何关系：速度的偏向角=偏转圆弧所对应的圆心角( 回旋角 )=2 倍的弦切角 相对的弦切角相等，相邻弦切角互补由轨迹画及几何关系式列出：关于半径的几何关系式去求。 3、求粒子的运动时间 ：偏向角（圆心角、回旋角）=2 倍的弦切角，即=2 )360(
5、2 )( 0 t 或 回旋角圆心角 T 4、圆周运动有关的对称规律：特别注意在文字中隐含着的临界条件 a、从同一边界射入的粒子，又从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等。 b、在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，一定沿径向射出。 注意：均匀辐射状的匀强磁场，圆形磁场，及周期性变化的磁场。 电磁感应：. 1. 法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量变化 率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。 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。 2. 感应电动势的大小计算公式 1) E BLV ( 垂直平动切割 ) 2) t sB n t sB n t n
6、E=?(普适公式 ) t (法拉第电磁感应定律) 3) E= nBSsin （ t+ ） ；EmnBS (线圈转动切割 ) 4)E BL2/2 ( 直导体绕一端转动切割) 5)* 自感 E 自n/tL t I ( 自感) 3. 楞次定律： 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变化, 这就是楞次定律。 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。 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
7、?才能阻碍变化；再由I感方向确定B感方向。 楞次定律的多种表述 从磁通量变化的角度： 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 从导体和磁场的相对运动： 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。 从感应电流的磁场和原磁场： 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化。( 增反、减同 ) 楞次定律的特例右手定则 在应用中常见两种情况：一是磁场不变，导体回路相对磁场运动；二是导体回路不动，磁 场发生变化。 磁通量的变化与相对运动具有等效性：磁通量增加相当于导体回路与磁场接近，磁通 量减少相当于导体回路与磁场远离。因此， 从导体回路和磁场相对运动的角度来看，感应电流的磁场总要阻
8、碍相对运动； 从穿过导体回路的磁通量变化的角度来看，感应电流的磁场总要阻碍磁通量的变化。 能量守恒表述： I感效果总要反抗产生感应电流的原因 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 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。因此，不能认为感应电流的磁场的
9、方向和引起感应电流的磁场方向相反。 磁通量变化感应电流 感应电流的磁场 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。 4. 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列方程求解 (2) 注意安培力的特点： (3) 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 5. 电磁感应与动量、能量的综合 方法： (1) 从动量角度着手，
10、运用动量定理或动量守恒定律 应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量，如在导体棒做非匀变速运动的问题中，应用动量定理可以解决 牛顿运动定律不易解答的问题 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 (2) 从能量转化和守恒着手，运用动能定律或能量守恒定律 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 能量转化特点：其它能（如：机械能） 安培力做负功 电能 电流做功 内能（焦耳热） 6. 电磁
11、感应与电路综合 方法：在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源解决电磁感应与电路综合问题 的基本思路是： （1）明确哪部分相当于电源，由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）画出等效电路图 （3）运用闭合电路欧姆定律串并联电路的性质求解未知物理量 功能关系：电磁感应现象的实质是不同形式能量的转化过程。因此从功和能的观点入手， 分析清楚电磁感应过程中能量转化关系，往往是解决电磁感应问题的关健，也是处理此类 题目的捷径之一。 交变电流电磁场 交变电流 (1) 中性面 线圈平面与磁感线垂直的位置，或瞬时感应电动势为零的位置。 中性面的特点：a线圈处于
12、中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但 t 0； 产生：矩形线圈在匀强磁场中绕与磁场垂直的轴匀速转动。 变化规律 eNBS sin t=Emsin t ；i Imsin t ；( 中性面 位置开始计时 ) ，最大值 EmNBS 导体运动 v感应电动势E 感应电流 I 安培力 F 磁场对电流的作用 电磁感应 阻 碍 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 产生 产生阻碍 四值：瞬时值最大值有效值电流的热效应规定的；对于正弦式交流 U m U 2 0.707Um平均值 不对称方波：2 II I 2 2 2 1 不对称的正弦波 2 II I 2 m2 2 m1 求某段时间内通过导线横截面的电荷量Q I t=
13、t/R /R 我国用的交变电流，周期是0.02s ，频率是 50Hz，电流方向每秒改变100次。 表达式： ee=2202sin100 t=311sin100 t=311sin314t 线圈作用是“通直流，阻交流；通低频，阻高频” 电容的作用是“通交流、隔直流；通高频、阻低频” 变压器两个基本公式： 2 1 2 1 n n U U P 入 =P 出，输入功率由输出功率决定 ， 远距离输电：一定要画出远距离输电的示意图来， 包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应 的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1 、n 1 / n2 、n 2 /
14、，相应的 电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。 功率之间的关系是： P1 =P 1 / ，P2=P2 / ，P 1 / =P r =P 2。 电压之间的关系是： 21 2 2 2 2 1 1 1 1 ,UUU n n U U n n U U r 。 电流之间的关系是： 21 2 2 2 2 1 1 1 1 ,III n n I I n n I I r .求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。 输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。 分析和计算时都必须用rIUrIP rrrr , 2 ，而不能用 r U Pr 2 1 。 特别重要的是要会分析输电线上的功率损失 SU S L
15、U P Pr 2 1 2 1 1 1 ， 解决变压器问题的常用方法( 解题思路） 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= 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+ 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+ （变压器动态问题）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
16、/n1，可简述为 “原制约副” . （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，可简述为“副制约原”. （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： U1 2 2 2 2 2 1 2 1 I R U I U n n U U 决定 负载 决定 决定决定 111221121 1 )(UIP I UIUIPP P1 原理思路 . 变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中/ t相等；当遇到“”型变压器时有 1/ t=2/ t+3/ t,适用于交流电或电压 (电流) 变化的直流电，但不适用于恒定电流
