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1、选修$2第一章 导入 第1节 第2节 第3节电磁感应改变世界的线圈磁生电的探索感应电动势与电磁感应定律电磁感应定律的应用第1节磁生电的探索1电磁感应：只要闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生电流。国磁通量变化而产生电流的现象叫做电磁感应，所产生的电流叫做感应的电流。第2节 感应电动势与电磁感应定律1感应电动势： 电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。电路中感应电动势的大小与电路中磁通 量变化的快慢有关。2、法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小与穿过这一电路的磁通量变化率成正比。E k，k为比例常数。在国际单位制中，感应电动势E的单位是V，的单位是Wb ,t的单位是S，k 1，上
2、式可以化简为E -o n匝线圈的感应电动势大小为：E y。磁通量的变化量仅由导线切割磁感线引起时，感应电动势的公式还可以写成：E Blv。第3节电磁感应定律的应用1、 涡流：将整块金属放在变化的磁场中，穿过金属块的磁通量发生变化，金属块内部就产生感应电流。这种电流在金属块内部形成闭合回路，就像旋涡一样，我们把这种 感应电流叫做涡电流（eddy current），简称涡流。如图所示，把绝缘导线绕在块状铁芯上，当交变电流通过导线时，铁芯中会产生图中虚线所示的涡流。在以上实验中，小铁锅的电阻很小，穿过铁锅的磁通量变比时产生的涡流较大，足以使水温升高；而 玻璃杯是绝缘体，电阻很大，不产生涡流。2、 电
3、磁炉：电磁炉的工作原理与涡流有关。如图所示，当50 Hz的交流电流入电磁炉时，经过整流变为直流电，再使其变为高频电流 （2050 kHz）进入炉内的线圈。由于电流的变化频率较高，通过铁质锅底的 磁通量变化率较大，根据电磁感应定律E / t可知，产生的感应电动势也较大；铁质锅底是整块导体，电阻很小，所以在锅底能产生很强的涡电流，使锅底迅速发热，进而加热锅内的食物。（1 ）电磁炉利用涡流使锅直接发热，减少了能量传递的中间环节，能大大提高热效率；电磁炉使用时无烟火，无毒气、废气；电磁炉只对铁质锅具加热，炉体本身不发热（2）涡流既有利，也有害。例如，变压器、电动机和发电机的铁芯常会因涡流损失大量的电能
4、并导致设备发热。为了减少发热，降低能耗，提高设备的工作效率，一般是先把硅钢轧制成很薄的板材， 板材外涂以绝缘材料，再把板材叠放在一起，形成铁芯（如图）。这样，涡流被限制在薄片之内，由于回路的电阻很大，涡流大为减弱，涡流损失大大降低。另外，硅钢电阻率大，也可以进一步减少涡流损 失（只有普通钢涡流损失的 1/51/4）。3、磁卡：磁卡机记录信息的工作原理如图所示。磁卡机的记录磁头由有空隙的环形铁芯与绕在铁芯上的线圈构成；磁卡上涂有磁陛材料。记录信息时，磁卡的磁性面（或记录磁头）以一定的速度移动，磁性面与记录磁头的空隙接触。 磁头的线圈一旦通以数据信号电流，就在环形铁芯的空隙处产生随电流变化的磁场，
5、磁卡通过时便被不同程度地磁化；离开空隙时，磁卡的磁性层就留下相应于电流变化的磁信号，数据就这样被记录在磁卡上了。读取磁卡的信息则是一个相反的过程。读取数据时，磁卡以一定的速度通过读取磁 头，磁卡上变化的磁通的绝大部分进入磁头铁芯，在磁头的线圈上感应出电动势。感应电动势的变化规律 与记录的磁信号相同，再经读取设备分析，就可还原出相应的数据。4、感应电量的计算：（1）根据法拉第电磁感应定律，在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合 电路中就会产生感应电流。设在时间t内通过导线截面的电量为 q,则根据电流定义式Iq/ t及法拉第电磁感应定律 E n/ t，得:如果闭合电路是一个单匝线
6、圈（n=i）,则q/R。上式中n为线圈的匝数，为磁通量的变化量，R为闭合电路的总电阻。可见，在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流，在时间t内通过导线截面的电量 q仅由线圈的匝数 n、磁通量的变化量和闭合电路的电阻 R决定，与发生磁通量的变化量的时间无关。因此，要快速求得通过导体横截面积的电量q,关键是正确求得磁通量的变化量。磁通量的变化量是指穿过某一面积末时刻的磁通量2与穿过这一面积初时刻的磁通量2之差，即2在计算时，通常只取其绝对值，如果2与i反向，那么2与i的符号相反。线圈在匀强磁场中转动，产生交变电流，在一个周期内穿过线圈的磁通量的变化量0故通过
7、线圈的电量q=0。穿过闭合电路磁通量变化的形式一般有下列几种情况：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，B 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，B S ；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2 i。第二章楞次定律和自感现象导入奇异的电火花第1节感应电流的方向第2节自感第3节自感现象的应用第1节感应电流的方向1、 楞次定律：感应电流的磁场 ，总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，称为楞次定律。2、右手定则：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
8、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。第2节自感1、自感现象：由导体自身的电流变化所产生的电磁感应现象叫做自感现象。（1）产生感应电流的条件：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 。 .磁通量的变化”可能是：a. 导体所围面积的变化；b. 磁场与导体相对位置的变化；c. 磁场本身强弱的变化。d. 当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。这个
9、表述是充分条件，不是必要的。在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。(2) 感应电流的方向：右手定则 大拇指的方向是导体相对磁场的切割磁感线的运动方向，即有可能是导体运动而磁场未动， 也可能是导体未动而磁场运动。 四指表示电流方向， 对切割磁感线的导体而言也就是感应电动势的方向，切割磁感线的导体相当于电源，在电源内部电流从电势低的负极流向电势高的正极。(注意) 右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者的相互垂直关系.2、自感电动势：由导体自身电流变化所产生的感应电动势称为自感电动势。(1)感应电动势产生的条件 ：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
10、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、 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的变化率成正比，即E k，在国际单位制中可以证明其中的k=1，所以有E 。对于n匝线圈有E。在导线切割磁感线产生感应电动势的情况下，由法拉第电磁感应定律可推出感应电动势的大小是：E BLv sin ( a是B与v之间的夹角)4、自感：自感系数简称自感。 第3节 自感现象的应用1、左手定则与右手定则的应用：(1) 明确左手定则和右手定则的实质。左手定则适用于通电导体在磁场中的运动 情况，也就是说 适用
11、于电动机，而右手定则适用于电磁感应 现象，也就是说适用于 发电机。(2) 联系生产实际，按照习惯人们干活都是先用右手后动左手，记忆应当是 右发左动”，这样对 定则的使用会起到很好的帮助作用。第三章 交变电流 导入 两种电源第1节交变电流的特点1、 交变流电：电流大小和方向随时间做周期性变化，这种电流称为交变电流，简称交流电。2、周期：交变电流完成一次周期性变化所需要的时间，叫做交变电流的周期，用符号T表示，在国际单位制中它的单位是 S。周期越大，表示交变电流完成1次周期性变化所需要的时间越长， 也就是变化得越 慢。3、 频率：交变电流在1s内完成周期性变化次数，用符号f表示。国际单位中它的单位
12、是 HZ。频繁越 大，交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数越多，变化得越快。周期与频繁的关系：T丄。f4、正弦式交变电流：电流的大小和方向随之时间按正弦规律变化，这种电流叫做正弦式交变电流。正弦式交变电流电压及交变电流的有效值和峰值之间的关系是:UUm20.707Um， I0.707I（1） 交变电流渡过电阻 R时在时间t内产生的热量，可以直接用焦耳定律公式：Q l第1节三相交变电流到我家 变压器：在交流电的传输过程中，必须有能升高电压或降低电压的设备来满足各种不同的需要，这 种设备称为变压器。 原线圈：与电源相连的线圈叫原线圈，或初级线圈，与负载相连的线圈叫副线圈或次级线圈。原、副线圈的
13、匝数分别用符号 n1和n2表示。原线圈两端的电压又叫输入电压，用符号U1表示，副线圈两端的电压又叫输出电压，用符号 U2表示。 自耦变压器：只有一个绕线组的变压器。自耦变压器的工作原理和一般的双绕组变压器一样，原、 副边的电压比等于匝数比。 电功率损失：电流渡过输电导线时，电流的热效应会引起电功率的损失。损失的电功率P I2R，即 在输电线路上因发热而损耗的电功率与电阻成正比，与电流的二次方成正比。 电压损失：导线有电阻，输电线上有电压损失（损失的电压 U IR），使得用电设备两端的电压比供 电电压低。对于交流输电线路，感抗和容抗也会造成电压损失。高压输电：由P UI知，在保证输送电功率 P不
14、变的情况下，必须提高输送电压U才能减小电流I。也就是说，远距离输电必须采用高压输电。 采用高压输电的原因：Rt其中电流I是 有效值。（2）电器元件或设备对电压或电流有一定的耐受极限，一旦超过这一极限，就会损坏元件设备。在这种情况下就要老虎交流的最大值而不是有效值。交变电流的变化规律：（角度为线圈与中性面的夹角算起）e Em sin t，其中Em 2nBI i f 早sin t，又 学为感应电流的最大值用Im表示，则感应电流的瞬时值为:R RRi lm sin t。第四章远距离输电导入电如何到我家第1节三相交变电流到我家第2节变压器第3节电能的远距离传输生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律有:E
15、in11 ,E2n22tt忽略原、副线圈内阻,有 U1 E1, U2 E2。 另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁, 条数都相等，于是又有即认为在任意时刻穿过原、畐U线圈的磁感线 由此便可得理想变压器的电压变化规律为5卫在此基础上再忽略变压器自身的能量损U 2 口2失(一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为铜损和铁损”，有RP2(1)任何导线都有一定的电阻，当电流通过输电线时，会有一部分电能转化为内能而损失。线路越长，电阻越大，这部分能量损失就越多。当发电站输出的功率P 一定时，根据公式 P= UI可知，如果提高输电电压 U，则可减小输电电流I。根据焦耳定律 Q= l2Rt，当电流I减小时，输电线上损失的 内能将会大大减少。远距离输电就是通过升高电压来减小输电电流，从而减少线路上电能损耗的。(2)由于
