v1.0 可编辑可修改 《选修 3-2》 第一章 电磁感应 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进而加热锅内的食物。 （1）与煤气灶、电饭锅等炊具相比，电磁炉具有很多优点：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……由于以上种种优点，电磁炉深受消费者的喜爱，被称为“绿色炉具”。 （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?t????。n匝线圈的感应电动势大小为：E?n。磁?t?t量的电能并导致设备发热。 3、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。 单位是s， k?1， 上式可以化简为E?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(20～50 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，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I?q/?t及法拉第电磁感应定律E?n??/?t， 得： q?I??t?En????t?如果闭合电路是一个单匝线圈（n=1）， RR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??。0
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v1.0 可编辑可修改 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是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。 ②. 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 ① 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。 ② 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。 ③ 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，只要磁通量变化了，就一定有感应电动势产生。这好比一个电源：不论外?2之差，即????2??1。在计算??时，通常只取其绝对值，如果?2与?1反向，那么?2与?1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??1。 第二章 楞次定律和自感现象 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。 ①. 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，那么电路一定第 1 页 共 6 页
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?t?t1 v1.0 可编辑可修改 E?n??。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?t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。 动势的大小是：E?BLv?sin?（α是B与v之间的夹角）。 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4、自感：自感系数简称自感。 第3节 自感现象的应用 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?1。 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： U?Um2?0.707Um，I?Im2?0.707Im （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?I2Rt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 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1、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 的需要，这种设备称为变压器。 2、原线圈：与电原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。 第 2 页 共 6 页
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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?Emsin?t，其中Em?2nBl?i?最大值用Im表示，则感应电流的瞬时值为：i?Imsin?t。 第四章 远距离输电 第1节 三相交变电流到我家 EeE?msin?t，又m为感应电流的RRRv1.0 可编辑可修改 3、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。 4、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。损失的电功率圈(也叫初级线圈)，接负载的线圈叫副线圈(也叫次级线圈)。 （2）发电机发出的电压一般只有几千伏至十几千伏，远距离送电时，需经过升压变压器升高电压，再用高压线向外输送。 （3）高压电到了用电区，先要进入变电站用降压变压器将电压降低，当电压降至l0kV时，可把其中一部分电能配送给需要10kV电压的工厂，其余的则送到低压变电站，将电压降到220/380V后，便可配送给一般用户。 （4）远距离输电问题解决以后，一大批大容量的中心发电站建造了起来，一张张电力网也迅速扩展开来。电力开始成为工业的主要动力。 （5）在实际应用中，人们常将一个地区的各种不同电压的输配电线路和变电站并网联合，组成一个个四通八达的大电网系统。这样，更有利于电力的合理调度和充分利用，使供电稳定，而且便于电力使用高峰与低谷间的调节。 8、理想变压器： （1）、理想变压器的构造、作用、原理及特征： ① 构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器． P?IR，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。 5、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。 6、采用高压输电的原因： （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＝I2Rt，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）由于制造高电压大功率的直流发电机在技术上难度很大，又无法直接升高直流电电压，因此远距离送电损耗仍很大。同时，采用高电压输电，给用户带来了极大的安全隐患，而且对用电器的耐压要求有所提高，相应的技术要求和制造成本都会上升。为解决这些问题，人们想起了被冷落多年的交流电。交流电是大小和方向做周期性变化的电流，它很容易实现变压。 7、变压器如何改变电压：在远距离高压交流输电系统中，需要一种能按实际要求将电压升高或降低的设备——变压器 （1）变压器是由一个闭合铁芯和绕在铁芯上的两组线圈组成的，接电源的线圈叫原线② 作用：在输送电能的过程中改变电压． ③ 原理：其工作原理是利用了电磁感应现象． ④ 特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电 2第 3 页 共 6 页 3
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