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2019年高三物理課本回歸講義(選修3-2)

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2019年高三物理課本回歸講義(選修3-2)

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2019年高三物理課本回歸講義(選修3-2)
一、電磁感應(yīng)
1.研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象:要查明電流表指針偏轉(zhuǎn)方向和電流方向的關(guān)系。
結(jié)論: 只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,閉合電路中就有感應(yīng)電流。

2、搖繩發(fā)電
把一條大約10m長的電線的兩端連在一個靈敏電流表上,形成閉合電路。倆個同學(xué)迅速搖動電線,可以發(fā)電嗎?你認為兩個同學(xué)沿哪個方向站立時,發(fā)電的可能性最大。
答:可以。因為閉合回路的磁通量發(fā)生變化(導(dǎo)線切割地磁場的磁感線)。兩個同學(xué)東西方向站立時發(fā)電的可能性最大。

3.(P9第7題)如圖所示,固定于水平面上的金屬架CDEF處在垂直向下的勻強磁場中,金屬棒MN沿框架以速度v向右做勻速運動。T=0時,磁感應(yīng)強度為B0,此時MN到達的位置恰好使MDEN構(gòu)成一個邊長為l的正方形。為使MN棒中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,從t=0開始,磁感應(yīng)強度B應(yīng)怎樣隨時間t變化?請推導(dǎo)這種情況下B與t的關(guān)系式。
解:為了使MN中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,必須要求DENM構(gòu)成的閉合電路的磁通量不變,即:
聯(lián)立得



4、(P14第6題)如圖A、B都是很輕的鋁環(huán),環(huán)A是閉合的,環(huán)B是斷開的,用磁鐵的任一極去接近A環(huán),會產(chǎn)生什么現(xiàn)象?把磁鐵從A環(huán)移開,會產(chǎn)生什么現(xiàn)象?磁極移近或遠離B環(huán),又會發(fā)生什么現(xiàn)象?解釋所發(fā)生的現(xiàn)象.
答:用磁鐵的任一極接近A環(huán)時,穿過A環(huán)的磁通量增加,根據(jù)楞次定律,A環(huán)中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,阻礙磁鐵與A環(huán)接近,A環(huán)將遠離磁鐵;同理,當磁鐵遠離A環(huán)時,A環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向?qū)⒆璧KA環(huán)與磁鐵遠離,A環(huán)將靠近磁鐵。(來拒去留)由于B環(huán)是斷開的,無論磁極移近或遠離B環(huán),都不會在B環(huán)中形成感應(yīng)電流,所以B環(huán)將不移動。


5、用簡潔的語言敘述法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律:
法拉第電磁感應(yīng)定律: 電路中感應(yīng)電動勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比
楞次定律: 感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律證明:導(dǎo)體切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢:E=BLv
證明:如圖所示閉合線圈一部分導(dǎo)體ab處于勻強磁場中,磁感應(yīng)強度是B,ab以速度v勻速切割磁感線,回路在時間t內(nèi)增大的面積為:ΔS=LvΔt
穿過回路的磁通量的變化為:ΔΦ=BΔS=BLvΔt
產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:


6、(P14第7題)法拉第的圓盤發(fā)電機
(1)說明圓盤發(fā)電機的原理
答:圓盤中任意一根半徑都在切割磁感線,這半徑可以看成一個電源,根據(jù)右手定則可以判斷,圓盤邊緣上的電勢比圓心電勢高。
(2)通過R的電流方向 自上而下
公式:金屬圓盤或桿轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電動勢的大小 E=Br2ω

7、(P17第4題)動圈式揚聲器的結(jié)構(gòu)如圖所示。線圈圓筒安放在永磁體磁極間的空隙中,能夠自由運動。隨聲音變化的電流通進線圈,安培力使線圈運動。紙盆與線圈連接,隨著線圈振動而發(fā)聲。這樣的揚聲器能不能當做話筒使用?也就是說,如果我們對著紙盒說話,揚聲器能不能把聲音變成相應(yīng)的電流?為什么?
答:可以。聲音使紙盒振動,線圈將隨紙盒振動,線圈切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電流。


8、(P18第7題)圖是電磁流量計的示意圖。圓管是由非磁性材料制成,空間有勻強磁場。當管中的導(dǎo)電液體流過磁場區(qū)域時,測出管壁上MN兩點間電動勢E,就可知道管中液體流量q--單位時間內(nèi)流過管道橫截面的液體的體積。已知管的直徑是d,磁感應(yīng)強度B,試推導(dǎo)q與E的關(guān)系式。假定管中各處液體流量相同。
解:管中有導(dǎo)電液體流過時,相當于一段長為d的導(dǎo)體在切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=Bdv
液體的流量Q=vπd2/4
所以Q=πdE/4B


9、.電子感應(yīng)加速器(P19例題)――感應(yīng)電場的問題
電子感應(yīng)加速器就是利用感生電場使電子加速的設(shè)備.電子在兩極間的環(huán)形真空室中,受到其他約束始終沿逆時針方向做圓周運動.如圖9-2所示,上圖為感應(yīng)加速器的側(cè)視圖,下圖是真空室的俯視圖.上、下為電磁鐵的兩個磁極,電磁鐵線圈電流的大小、方向可以變化,所產(chǎn)生的感應(yīng)電場使電子加速.若此時電磁鐵中通有圖示電流.則下述說法正確的是( )
A.若電磁鐵中電流減小,則電子被加速
B.若電磁鐵中電流增大,則電子被加速
C.若電磁鐵中電流反向,則電子一定被減速
D.若電磁鐵中電流反向,且電流減小,則電子仍被加速


10、(P25頁第2題)李輝用多用表的歐姆擋測量一個變壓器線圈的電阻,以判斷它是否斷路。劉偉為了使李輝操作方便,用兩手分別握住線圈的兩端讓李輝測量。測量時表針擺過了一定角度,李輝由此確認線圈沒有斷路。正當李輝把多用表的表筆與被測線圈脫離時,劉偉突然驚叫起來,覺得有強烈的電擊感。李偉很奇怪,用手摸摸線圈兩端,沒有什么感覺,再摸摸多用表的兩枝表筆,也沒有什么感覺。這是什么原因?
答:當李輝吧多用表的表筆與被測線圈斷開是,線圈中的電流將減小,發(fā)生自感現(xiàn)象,會產(chǎn)生較大的自感電動勢,兩只表筆間有較高電壓,電了劉偉一下。當李輝再摸多用表的表筆時,由于時間經(jīng)歷的較長,自感現(xiàn)象基本消失。



11、變壓器、電動機等設(shè)備中有匝數(shù)很多的線圈,當電路中的開關(guān)斷開時會產(chǎn)生很大的自感電動勢,使得開關(guān)中的金屬片之間產(chǎn)生電火花,燒蝕接觸點,甚至引起人身傷害。因此電動機等大功率用電器的開關(guān)尹裝在金屬殼中。最好使用油浸開關(guān),即吧開關(guān)的接觸點浸在絕緣油中,避免出現(xiàn)電火花。

12、在制造精密電阻式,為了消除電流變化而引起的自感現(xiàn)象,往往采用雙線繞法,由于兩根平行導(dǎo)線中的電流方向相反,它們的磁場互相抵消,從而可以使自感現(xiàn)象的影響減弱到可以忽略的程度。


13、(P27)電磁阻尼:導(dǎo)體在磁場中運動時,感應(yīng)電流會使導(dǎo)體受到安培力,安培力的方向總是阻礙相對運動
應(yīng)用:(1)磁電式電表的線圈為什么用鋁框做線圈骨架?
答:當被測電流通過線圈時,由于磁場對通電線圈有安培力的作用,所以線圈帶動指針和鋁框一起轉(zhuǎn)動。鋁框在磁場中轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電流,磁場對感應(yīng)電流的作用力阻礙鋁框轉(zhuǎn)動,于是指針隨著鋁框很快就穩(wěn)定地指在讀數(shù)位置上,達到能夠迅速讀出數(shù)據(jù)的功能。
(2)微安表的表頭在運輸時為何應(yīng)該把兩個接線柱連在一起?
答:兩個接線柱連在一起構(gòu)成閉合回路,運輸過程中指針晃動,表頭線圈中有電流通過,線圈受到的安培力阻礙線圈轉(zhuǎn)動,使指針很快停止運動。
(3)線圈能使磁鐵的振動很快停下來

14、電磁驅(qū)動:磁場運動,導(dǎo)體跟著運動的現(xiàn)象
應(yīng)用:(1)轉(zhuǎn)動磁鐵,鋁框會跟著磁鐵同方向轉(zhuǎn)動,但是轉(zhuǎn)速比磁鐵的轉(zhuǎn)速小。
(阻礙并不阻止)
(2)交流感應(yīng)電動機就是利用電磁驅(qū)動的原理工作的。
(3)條形磁鐵水平方向移動時,金屬圓環(huán)將受到水平方向運動的驅(qū)動力
15、物理學(xué)史:
1831年英國物理學(xué)家法拉第:發(fā)現(xiàn)了由磁場產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律——電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
(p15紐曼和韋伯)總結(jié)出法拉第電磁感應(yīng)定律
1834年,俄國物理學(xué)家楞次:確定感應(yīng)電流方向的定律——楞次定律。

二、交變電流
1、(P33第一題)一個蹄形磁鐵靠近白熾燈,觀察燈絲,可以看到燈絲顫動,這是因為通有交變電流的燈絲受到安培力的作用,力的大小和方向都隨時間周期性變化。

2、電感:通直流、阻交流、通低頻、阻高頻
電容:通交流、隔直流、通高頻、阻低頻

3、說一說5.3-7圖這個電路怎樣起到了“隔直流、通交流”的作用
說一說5.3-8圖這個電路怎樣起到高頻旁路的作用。








4、使用220V交流電源的電氣設(shè)備和電子儀器,金屬外殼與電源之間都有良好的絕緣。但是,有時候用手觸摸外殼仍會感到麻手,用試電筆測試時氖管也會發(fā)光,這是為什么?
答:與電源相連的機芯和金屬外殼可以看做電容器的兩個極板,電源中的交變電流能夠通過這個電容器。當用手觸摸金屬外殼時,可能有一點點電流經(jīng)過人體流入大地,為了確保安全,電氣設(shè)備和電子儀器的金屬外殼都應(yīng)該接地。

5、變壓器線圈中的電流越大,所用的導(dǎo)線應(yīng)當越粗。街頭的降壓變壓器的副線圈的導(dǎo)線粗。

6、互感器:(P42)
(1)電壓互感器:把高壓電變成低壓,原線圈并聯(lián)在高壓電路中,副線圈上接入交流電壓表,根據(jù)電壓表測得的電壓和變壓器的變壓比算出高壓電路中的電壓。
(2)電流互感器:把大電流變成小電流間接測大電流。

7、鉗式電流表(P43)用處:測導(dǎo)線中交流電電流
原理:原線圈只有一匝的變壓器。鉗式電流表,按下手柄時,它的鐵芯可以分開,把被測的導(dǎo)線放入后,松開手柄,鐵芯閉合,被測導(dǎo)線——鐵芯——線圈也構(gòu)成一個互感器。


8、直流輸電(P46):交流輸電時,導(dǎo)線不但有電阻,還有線路的電感、電容產(chǎn)生的感抗和容抗。一組輸電線的導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與大地之間(海底電纜:導(dǎo)線與海水之間)具有電感和電容,在導(dǎo)線粗、線路長的情況下,感抗和容抗的作用會超過電阻,這時只能使用直流輸電。導(dǎo)線對穩(wěn)定的直流只有電阻,沒有感抗和容抗。

三、傳感器
1、霍爾元件:把磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓試證明:MN之間的電壓U=k 其中k=1/nq為霍爾系數(shù)(n為單位體積內(nèi)自由電子數(shù)),d為薄片厚度




2、電容式傳感










如圖是電容式話筒的示意圖,它是利用電容制作的傳感器,話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層,膜后距膜幾十微米處有一金屬板,振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極,在兩極間加一電壓U,人對著話筒說話時,振動膜前后振動,使電容發(fā)生變化,導(dǎo)致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化,使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號,其中導(dǎo)致電容變化的原因可能是容器兩板間的( A )
(A)距離變化。 (B)正對面積變化
(C)介質(zhì)變化 (D)電壓變化


(
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)例題.某研究小組的同學(xué)利用銅芯電纜線和靈敏電流計做搖繩發(fā)電的探究實驗。如圖所示,他們將電纜線和靈敏電流計連成閉合回路,在操場上由兩位同學(xué)手搖導(dǎo)線,其他同學(xué)觀察靈敏電流計的指針變化。在下列說法中,你認為正確的研究結(jié)果應(yīng)符合 ()
A.搖動繩子時,流過靈敏電流計的電流是大小變化的直流電
B.搖動繩子時,靈敏電流計中電流的大小與兩同學(xué)的站立方位無關(guān)
C.僅增加繩子的長度,靈敏電流計中的電流的最大值增大
D.僅增加搖繩的頻率,靈敏電流計中的電流的最大值不變

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