高二人教版物理下会考复习(五)磁场 电磁感应 交流电 电磁振荡 电磁波

1高二人教版物理下会考复习（五）磁场电磁感应交流电电磁振荡电磁波知识要点：（一）磁场、磁感线：1.磁场：（1）定义：磁场是存在于磁极（或电流）周围的一种特殊物质。（2）磁场的方向规定：在磁场中的任一点的小磁针北极受力的方向，即是小磁针静止时，北极所指的方向。2.磁感线：（1）定义：在磁场中画出的一系列有向曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向相同。（2）特征：磁感线都是从北极出来进入南极，在磁体的内部由南极通向北极形成一条闭合曲线；任意两条磁感线永不相交。（3）应用：表示磁场方向和强弱的分布（磁感线越密的地方磁场越强）。3.电流产生的磁场的方向判定：应用安培定则（右手螺旋定则）进行判定。注意：在直线电流和环形电流（通电螺线管）两种情况下“四指”和“拇指”指向所代表的方向是什么方向。4.几种常见磁场的磁感线分布（包括条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线，环形电流和通电螺线管）。注意：（1）磁感线疏密分布、方向。（2）各种侧视图、投影图、立体图等的磁感线画法。（二）安培力、磁感应强度：1.磁感强度：（1）定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，受到的磁场作用力F跟电流I和导线长度l乘积的比值，叫做通电导线所在处的磁感强度。（2）定义式：IlFB。注意：磁感强度B由磁场本身决定，与F、I、l无关（可以与电阻定义IUR比较掌握）。（3）单位：特斯拉（符号T），)(11mANT。2（4）磁感强度B是矢量，方向与该点磁场方向相同。（5）物理意义：表示磁场的强弱和方向。2.匀强磁场：如果在磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是互相平行且均匀分布的直线（与匀强电场的电场线相似）3.安培力的大小：（1）定义：通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力。（2）安培力的大小：sinBIlF，式中为B与I的夹角。（3）注意：当0时，即B与I平行，F=0；当90时，即B与I垂直，F最大，BIlF。4.安培力的方向：（1）判定方法：用左手定则判定。（2）安培力方向的特点：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B和I所在的平面。（注意：B和I可以有任意的夹角）5.通电导线在安培力作用下运动情况的判定的方法：（1）画出通电导线所在处的磁感线的方向；（2）用左手定则确定各段通电导线所受的安培力方向；（3）确定导线的运动情况。由此可得两个有用的推论：（1）两平行导线的电流同向时吸引，反向时排斥，且无转动；（2）两电流不平行时有转动到电流同向的趋势。（三）磁场对运动电荷的作用：1.洛仑兹力的概念：运动电荷所受磁场的作用力。注意：通电导线所受到的安培力实际上是作用在运动电荷的洛仑兹力的宏观表现而已。2.洛仑兹力的方向：用左手定则判定。注意：四指指向正电荷运动方向（或负电荷运动的相反方向），洛仑兹力的方向总是与电荷运动的方向垂直。3.洛仑兹力的大小：当电荷速度v方向与磁感强度B的方向垂直时qvBf，当B与v平行时电荷不受洛仑兹力（0f），当电荷相对磁场静止时，电荷不受洛仑兹力（0f）。4.洛仑兹力永远与速度v垂直，故洛仑兹力永远不做功。（四）带电粒子在磁场中的运动：1.带电粒子以一定的初速度与磁场方向垂直进入匀强磁场时运动情况分析：由于洛仑兹3力总是跟粒子的运动方向垂直，对粒子不做功，它只改变粒子的运动方向，而不改变粒子的速率，所以粒子受到的洛仑兹力qvBf的大小是恒定的且f的方向始终与v垂直。故这个力f充当向心力，因此，粒子的运动一定是匀速圆周运动。2.轨道的半径和周期：由向心洛Ff，得rTmrmrvmqvB222)2(∴轨道半径为qBmvr，运动周期为qBmvrT22。注意：带电粒子的运动周期与轨道半径和粒子的速率无关，只跟粒子的荷质比qm成正比，跟磁感应强度成反比。3.在磁场中作匀速圆周运动的带电粒子，其轨迹半径变化有两种情况：（1）由于动能变化，也即是速率v变化，由Bqmvr得知r也随之发生变化，动能增大半径r增大，动能减小半径r减小。（2）由于B变化，由qBmvr知r也变化。4.带电粒子在匀强磁场中做圆周运动问题的分析方法和注意问题：（1）牢记向洛Ff，进而导出周期和轨道半径，qBmvr，BqmT2。（2）由运动轨迹找出圆心，进而确定轨道半径的方法：粒子在任意两处的洛仑兹力延长线一定交于圆心，由圆心和轨迹用几何知识可确定轨迹的半径。（3）用周期来分析粒子在磁场中运动时间：先判定运动路程相当于多少个周长，再由nTt求之。（五）磁通量、电磁感应现象：1.磁通量：（1）定义：穿过某一面积的磁感线的条数称为穿过这一面积的磁通量。（2）公式：BS。4注意：此公式只适用与S垂直的匀强磁场。若S与B不垂直，应将B分解到与平面S垂直的方向（或把S投影到与B垂直的方向）来处理。（3）单位：韦伯（符号Wb）2111mTWb。（4）注意：磁通量有大小也有方向，但是标量，遵从代数运算法则。2.磁通密度：（1）定义：单位面积上的磁通量。（2）公式：BSBS。磁通密度在数值上等于磁感强度。单位：2/mWb1T=12/mWb3.电磁感应现象：在磁场中的导体产生感应电动势或感应电流的现象。4.产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。注意：（1）只有同时满足①电路闭合；②磁通量变化这两个条件才会产生感应电流。（2）引起磁通量变化的因素：从sinBS可知当：①磁感强度B发生变化；②线圈的面积S发生变化；③磁感强度B与面积S之间的夹角发生变化。这三种情况都可引起磁通量发生变化。（六）法拉第电磁感应定律——感应电动势的大小：1.感应电动势：在电磁感应现象中产生的电动势。2.感应电动势的大小：（1）导体在匀强磁场中做切割磁感线运动时。BlvE（注意：只适用于Bv的情况）sinBlvE（式中为v与B方向间的夹角）。注意：①l为有效切割长度，即导体在与v垂直方向上的投影长度；②v是导体在一段时间内的平均速度时，E为平均电动势，v为即时速度时，E为瞬时电动势；③当0时，0E；当90时，BlvE（最大值）。（2）法拉第电磁感应定律：①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。5②公式：tnE/（n为线圈匝数，t/称为磁通量的变化率）。③注意：a.E的大小与无关，只与t/成正比。b.不管电路是否闭合，只要穿过的磁通量发生变化，都产生感应电动势；电路闭合，就会引起感应电流。c.tnE为t时间内的平均电动势。3.感应电动势的方向：在产生感应电动势的导体（可看作是电源的内电路）内与感应电流的方向相同。（七）楞次定律——感应电流的方向：1.用右手定则判定感应电流的方向：（1）方法：伸开右手，让大拇指与四指垂直，磁感线垂直穿入掌心，大拇指指向导体运动方向，四指指向则为感应电流的方向。（2）适用条件：只适用于闭合电路中的部分导体作切割磁感线运动时的感应电流方向判定。2.楞次定律：（1）内容：感应电流具有这样的方向，就是感应电流产生的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。注意：①掌握楞次定律关键是理解“阻碍”的含义。“阻碍”既不是阻止，也不等于“反向”，可理解为：当原磁场磁通增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当原磁通减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同。②要分清产生感应电流的“原磁场”和感应电流的磁场。（2）应用楞次定律的步骤是：①明确所研究的闭合回路原磁场方向及磁通量的变化（增加或减少）；②由楞次定律判定感应电流的磁场方向；③由右手螺旋定则根据感应电流的磁场方向判出感应电流的方向。（八）单相正弦式电流的规律：1.产生：可通过线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动获得。2.瞬时表达式：tIitemmsin,sin。3.峰值的几种表达：RIBSlBlvBlmmm/,2211。4.有效值和峰值的关系：mmmIIUU707.0,707.0,707.0，在没有说明的前提下，所说的交流电动6势、电压、电流都是指有效值。5.、、fT的关系：,/1/1TffT、fT2/2，（的国际单位为srad/）。6.线圈转到线圈平面和中性面重合时的特点：（1）线圈平面与磁感线垂直；（2）最大；（3）0/t；（4）0e；（5）0i。7.线圈转到线圈平面和中性面垂直时的特点：（1）线圈平面与磁感线平行；（2）0；（3）t最大；（4）e最大；（5）i最大。8.图象，如图一所示，要求（1）由瞬时表达式能画出图象；（2）由图象能求出峰值、、fT，及瞬时表达式。εe/v0T2Tt/smεm图一（九）变压器：1.构造及符号：（如图二所示）n1n2U1U2n1n2U1U2图二2.理想变压器的原理：因穿过原、副线圈的t/、都相同，结果原、副线圈交流7的T、f都相同，感应电动势和它们各自匝数成正比。3.电压关系：.......332211nUnUnU4.功率关系：出入PP5.电流关系：只有一个原线圈和一个副线圈时：1221//nnII。（十）远距离输电：原理图：（如图三所示）输电线路上损失功率rIrUIUP22/22线线线，当输送功率P一定时，212/2UPrP线，P与1U平方成反比。图三（十一）电磁振荡：1.振荡过程（或时刻）的各种说法及特点在图四中，对于b时刻的各种说法有：电容器放电完毕；电容器充电开始；电场能向磁场能转化完毕；磁场能向电场能转化b时刻的特点有：电容器板间电压U为零、电量Q为零、电场强度E为零、电场能电E为零线圈电流I最大、磁感应强度B最大、磁场能磁E最大，自感电动势自为零，对a到b的过程说法有：电容器正在放电，极板电量减小，电路电流增大、电场能正向磁场能转化。8图四2.电磁振荡的周期和频率：LCT2、LCf21：T、f与电容器的电量Q、板间电压U、电路电流I无关，取决于线圈自感系数L和电容器的电容C，LC乘积最小时的频率为电路的最高频率，LC乘积最大时的频率为电路的最低频率。（十二）电磁场和电磁波：1.麦克斯韦电磁理论：不变化的磁场周围无电场，变化的磁场周围有电场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场，周期性（振荡）变化的磁场周围产生同频率的振荡的电场，周期性变化的电场周围也产生同频率周期性变化的磁场，这样交替产生的电磁场由发生区域向远处传播就形成电磁波。2.电磁波传播速度v：在真空中smcv/1038光速。3.fTv、、、的关系：ffTfv,/越高的电磁波波长越小。【典型例题】[例1]质子)(11H和粒子)(42He从静止开始经相同的电势差加速后垂直进入同一匀强磁场作圆周运动，则这两粒子的动能之比21:kkEE______，轨道半径之比21:rr_______，周期之比21:TT________。分析和解答：粒子在电场中加速时只有电场力做功，由动能定理得：221mvqU，而在洛仑兹力作用下粒子作匀速圆周运动，动能不变。故2:1:::212121qqUqUqEEkk由221mvqU，得mqUv2∵粒子在磁场中运动的圆周半径qmUBmqUqBmvqBmvr212故2:1::221121qmqmrr9粒子做圆周运动的周期qBmT2，故2:1::221121qmqmTT[例2]如图1甲所示，一个由导体制成的矩形线圈，以恒定速度v运动，从无场区进入匀强磁场区，然后出来，若取反时针方向为电流的正方向，那么在图五乙所示的图线中，能正确反映出回路中感应电流随时间变化的是：____________。Bcbadv（甲）0it0it0it0itABCD（乙）图1分析和解答：当线圈ab、cd边都不进入磁场时，线圈无感应电流；当线圈只有ab边进入磁场切割磁感线时，产生的感应电动势Blv为定值，感应电流也为定值，方向为反时针（正）方向；当ab、cd边都进入磁场时，线圈没有感应电流；当线圈只有cd边在磁场时，感应电流是顺时针的（负），且