电与磁的转化

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1、卓尔教育个性化辅导授课案学员编号：年级：高三学员姓名：辅导科目物理第6 课时课题高中部分第十六讲：电与磁的转化教学目标1法拉第电磁感应定律2自感现象和自感电动势3父变电流产生原理4麦克斯韦电磁场理 论重点、难点法拉第电磁感应定律教学内容磁通量、电磁感应和楞次定律磁通量（韦伯Wb标量）通过磁场中某一面积的磁感线的条数，称为磁通量，或磁通 磁通密度（磁感应强度B特斯拉T 矢量）1 T = 1 Wb / m2大小：通过垂宜于磁感线方向的单位面积的磁感线的条数叫磁通密度。 厂B二 S方向：B的方向即为磁感线的切线方向意义：1、描述磁场的方向和强弱2、由场的本身性质决定电磁感应一、电磁感应现象1产生感应

2、电流的条件感应电流产生的条件是：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。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. 感应电动势产生的条件。感应电动势产生的条件是：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： 不论外电路是否闭合，电动势总

3、是存在的。但只有当外电路闭合时，电路中才会有电流。让磁感线穿过手心, R 的方向。二、右手定则伸开右手，使大拇指与四指在同一个平面内，并跟四指垂直，使大拇指指向导体的运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流 三、楞次定律1. 楞次定律一一感应电流总具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 （阻碍o原磁场增加时，反抗，原磁场减小时，补充）2. 对“阻碍”意义的理解：（1）阻碍原磁场的变化。“阻碍”不是阻止，而是“延缓”（2）阻碍的是原磁场的变化，而不是原磁场本身，如果原磁场不变化，即使它再强，也不会产生感应电流.（3）阻碍不是相反.当原磁通减小时，感应电流的磁场与原磁

4、场同向，以阻碍其减小；当磁体远离导体运 动时，导体运动将和磁体运动同向，以阻碍其相对运动.（4）由于“阻碍”，为了维持原磁场变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其它形式的能转化 为电能.因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现.3. 楞次定律的具体应用从“阻碍相对运动”的角度来看，楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释：既然有感应电流产生，就 有其它能转化为电能。又由于是由相对运动引起的，所以只能是机械能减少转化为电能，表现出的现象就是“阻 碍”相对运动。4. 运用楞次定律处理问题两种思路方法：确定感应磁场（B感方向） 常规法：据原磁场（B原方向及A情况） 楞次定律原断感

5、应电流（i“方向） 左手定则 导体受力及运动趋势. 效果法一一由楞次定律可知，感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”，深刻理解“阻碍” 的含义据阻碍原则，可直接对运动趋势作出判断一、自感、互感及其应用自感现象自感由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。 产生的电动势叫自感电动 势。电流I变化时，自感电动势阻碍电流的变化(当I增加，自感电动势反抗I的增加，当I减小, 自感电动势补充I的减小)原因导体本身的电流变化，引起磁通量的变化自感电动势和自感系数E二L -At1、2、3、 反映电流变化的快慢 自感系数L决定于线圈的自身(长度、截面积、匝数、铁芯) 自感电动势由L和I的

6、变化率共同决定 单位：亨利 1H=103 mH 1mH=10 3迅自感现象只有在通过电路电流发生变化才会产生.在判断电路性质时，一般分析方法是：当流过线圈L的 电流突然增大瞬间，我们可以把L看成一个阻 经L的电流突然减小的瞬间，我们可以把L看 一个跟原电流同向的电流.图2电路中，当S断开时，我们只看到A 灭，那么S断开时图1电路中就没有自感电 的自感现象，不仅仅取决于自感电动势的大l| 十 W Y=lin I值很大的电阻；当流 作一个电源，它提供灯闪亮了一下后熄 流？能否看到明显 小，还取决于电路的结构.在图2电路中，我们预先在电路设计时取线圈的阻值远小于灯A的阻值，使S断开前，并联电路中的电

7、 流ILIR , S断开瞬间，虽然L中电流在减小，但这一电流全部流过A灯，仍比S断开前A灯的电流大得多， 且延滞了一段时间，所以我们看到A灯闪亮一下后熄灭，对图1的电路，S断开瞬间也有自感电流，但它比断 开前流过两灯的电流还小，就不会出现闪亮一下的现象.除线圈外，电路的其它部分是否存在自感现象？当电路中的电流发生变化时，电路中每一个组成部分，甚至连导线，都会产生自感电动势去阻碍电流的变 化，只不过是线圈中产生的自感电动势比较大，其它部分产生的自感电动势非常小而已。2、自感现象的应用日光灯(1) 启动器：利用氖管的辉光放电，起自动把电路接通和断开的作用(2) 镇流器：在日光灯点燃时，利用自感现象

8、，产生瞬时高压， 起降压限流作用。3、日光灯的工作原理图如下：图中A镇流器，其作用是在灯开始点燃时起产生瞬时高压的作 发光时起起降压限流作用.B是日光灯管，它的内壁涂有一层荧光 为柔和的白光；C是启动器，它是一个充有氖气的小玻璃泡，里面 个固定不动的静触片和一个用双金属片制成的U形触片组成.三、L、C的阻抗和电能输送的中途损失在日光灯正常发光时,，利用自感现象,用；在日光灯正常 粉，使其发出的光 装上两个电极，一电感L：通直流，阻交流；通低频, 电容C：同交流，阻直流；通高频,R他们的阻抗为：L=2n fL，阻高频。阻低频。Rc=1/2n fC感抗和容抗（统称电抗）A、电感对电路的影响接通直流

9、和交流，比较灯泡的亮度，先接通交流，再接上电感，比较灯泡的亮1、感抗B、2、作用：通直流、阻交流、通低频、阻高频3、原因 电容对电路的影响 接通直流和交流，比较灯泡的亮度先接通交流，再接上1电磁感应（自感）C、1、2、3、容抗:作用:原因:X =L 2f通交流、阻支流、通高频、阻低频 充放电过程中，电荷间的相互作用电感和电容的应用高频扼流圈感抗小，匝数较少，通高频， 低频扼流圈一一感抗大，匝数较多，通低频，阻直流 隔直电容器 高频旁路电容1、2、3、4、电感，比较灯泡的亮度阻低频D、小结：交流的强度不仅与电压和电阻有关，还与电容和电感有关四、交变电流的产生1.正弦交流电的产生当闭合矩形线圈在匀

10、强磁场中,绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就B有交流电产生.如图所示.设矩形线圈abed以角速度w绕00轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆 时针方向转动.此时，线圈都不切割磁感线，线圈中感应电动势等于零.经过时间t线圈转过wt角，这时ab 边的线速度v方向跟磁感线方向夹角等于wt，设ab边的长度为1，bd边的长度为l,线圈中感应电动势为e = 2Blo sint，对于 N 匝线圈，有e = NBSe.sin或者写成e 二 E .sinw .t （ E = NBS. = N 叫2mmm做电动势的最大值。由上式，在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动的线圈里产生的感应电动

11、势是.e E .按正弦规律变化的.根据闭合电路欧姆定i =-尹sin w tR R2. 中性面一一线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这 个特定位置叫中性面.应注意：中性面在垂直于磁场位置.线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大.线圈平面通过中 性面时感应电动势为零.线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过 中性面，一周里线圈中电流方向改变两次.3. 正弦交流电的图象矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动，线圈里产生正弦交流电.当线圈从中性面开 始转动，在一个周期中：在t（0， T/4）时间内，线圈中感应电

12、动势从0达到最大值E.在t旦（T/4，T/2）时间内，线圈中感应电动势从最大值E减小到0在t电（T/2，3T/4）时间内，线圈中感应电动势从0增加m到负的最大值-E.在t E （3T/4, T）时间内，线圈中感应电动势的值从负的最大值-E减小到0.m m电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图所示.-!_-A! JJ %774二、描述交变电流的物理量1、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：i二I sinw t .应当注意必须从中性面开始。m【例1】有一正弦交流电源，电压有效值U=120V,频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和

13、熄灭电压均为uo=6oJ2V,试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗 的现象？_解析：由正弦交流电的最大值与有效值U的关系得：U=120j2 V设t=0时交流电的瞬时电压U=0则交流电的瞬时表达式为 U=120 “2sinlOO兀 t V如图所示，画出一个周期内交流电的U-t图象，其中阴影部分对霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的当U=U=60、；2V时，由上式得t=1/600s,再由对称性求得一个时间：t=T-4t二75s，再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间应的时间ti表示 时间为4t；周期内能发光的t=36001x二 2400

14、s1 7550很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有1/300s （如图t时刻到t时刻）由于人的 眼睛具有视觉暂留现象（暂留时间约1/16232、最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，E二NBS （转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值m不能超过电容器的耐压值。3、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值其量值可用法拉第电磁感应定Aq2律E = N 来求，特殊地，当线圈从中性面转过90度的过程中，有E = E 计算平均值切忌用算术平 At兀 mE + E均法即E

15、 = 十 2求解。平均值不等于有效值。4、有效值：有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的 时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：U =E ， 1=1 ，对于非正弦电流的有效值以上关系不2 m2 m成立，应根据定义来求。 电器设备上标注的额定值是有效 交流电表测量的是交流的有效值 如果没有特殊强调，交流的数值 效值 计算某一时间段的功率，要用有指的都是有效值，计算某一时刻的功率，要用瞬时值，计算通过某个截面的电量，要用平均值五、三相交变电流三个互成120度的同种线圈同时转动产生三相交变电动势

16、叫做三相交变电。六、电磁振荡、电磁波和无线电波的发射与接收电磁振荡1. 振荡电路：大小和方向都随时间做周期性变儿的电流叫做振荡电流，能够产生振荡电流的电路叫振荡 电路，LC回路是一种简单的振荡电路。2. LC回路的电磁振荡过程：可以用图象来形象分析电容中各物理量的变化规律，如图所示3. LC回路的振荡周期和频率T 二 2ZC”1器充、放电过程2兀 I： LC注意：（1） LC回路的T、f只与电路本身性质L、（2）电磁振荡的周期很小，频率很高， 与普通交变电流的区别。4、分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突 观点）：理想的LC回路中电场能E由和磁场能E ”电磁的总和不变。回路中电流越大时,L中的磁

17、场能越大（磁极板上电荷量越大时,C中电场能越大（板 两板间电压越高、磁通量变化率越大）。5、LC回路中的电流图象和电荷图象总是互为6、注意特殊点和过程a. 充电完毕和放电完毕时的特点b. 充电过程和放电过程的特点c. 电场能和磁场能的转化的临界状态d. 电流在什么时候方向改变 电磁波变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空 了电磁波。（1）有效地发射电磁波的条件是：频率足够高出的能量Pxf 4）;形成开放电路（把电场 能大的空间里去）。C有关这是振荡电流出能量守恒的放电:充电博电:吃电:4 I在转化过程中能最通量越大）。 间场强越大、 to1放电；充电放电充;磁场能余函数。iq4 t间传

18、播开去，就形成（单位时间内辐射 和磁场分散到尽可（2）电磁波的特点:电磁波是横波。在电磁波传播方向上的任一点，场强E和磁感应强度B均与传播方向垂直且随时间变化，因此电磁波是横波。 电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0X108m/so 波速和波长、频率的关系：c=才注意：麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速C,后由赫兹用 实验证实了电磁波的存在(2)电磁波和机械波有本质的不同 无线电波的发射和接收(1) 无线电波：无线电技术中使用的电磁波(2) 无线电波的发射：如图所示。调制：使电磁波随各种信号而改变 调幅和调频(3)无线电波的接收电谐振:当接收电路的固有频率跟接收到 的电磁波的频率相同时, 接收电路中产生的振荡 电流最强,这种现象叫做 电谐振。调谐:使接收电路 产生电谐振的过程。调谐电路如图所示。容器电容来改变调谐电路 的频率。检波：从接收到的高 频振荡中“检”出所携带的 口.通过改变电信号。(4).电磁波的应用 广播、电视、雷达、无 线通信等都是电磁波的具 体应用。MS雷达：无线电定位的仪器，波位越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能强，多数的雷达工作于微波 波段。缺点，沿地面传播探测距离短。中、长波雷达沿地面的探测距离较远，但发射设备复杂。