(人教版)高中选修3-2(全册)课时预习练汇总

(人教版)高中选修3 -2 (全册)课时预习练汇总
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一、划时代的发现
发现
1．实验观察
(1)导体棒在磁场中运动是否产生电流
如以下图,将可移动导体AB放置在磁场中,并和电流计组成闭合回路.实验现象如下：
如以下图,将螺线管与电流表组成闭合回路,把条形磁铁插入或拔出螺线管.实验现象如下：
如以下图,线圈A通过变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端连接到电流表上,把线圈A装在线圈B的里面.实验现象如下：
产生感应电流的条件：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流.
温馨提示能否产生感应电流的条件是闭合电路的磁通量是否发生变化,因此判断磁通量是否变化是问题的关键.
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一、探究感应电流的方向
1．实验探究
将螺线管与电流计组成闭合回路,将磁铁的N极、S极分别插入、抽出线圈,如以下图,记录感应电流方向如下：
实验装置
2．实验分析
(1)线圈内磁通量增加时的情况
(2)
3.
当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场阻碍磁通量的增加；当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场阻碍磁通量的减少.
4．楞次定律
感应电流具有这样的方向,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.
二、右手定那么
1．内容：伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方
向 .
2．使用范围：判定导线切割磁感线运动时感应电流的方向 .
温馨提示 右手定那么与楞次定律的结果一致 ,在导体切割磁感线时 ,用右手定那么判断感应电流的方向更简便 .
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门的四角钉上钉子 ,用电线沿着 4个钉子绕制一个大线圈 ,与电流 表相连 ,观察开门、闭门时的现象1．定义：在电磁感应现象中产生的电动势叫作感应电动势 .产生感应电动势的那局部导体相当于电源 .
2．产生条件：不管电路是否闭合 ,只要穿过电路的磁通量发生变化 ,电路中就会产生感应电动势 .
3．方向：规定电源内部感应电动势的方向由负极指向正极 ,与电源内部的电流方向一致 ,所以在产生感应电动势的导体上 ,假设存在感应电流 ,那么感应电流的方向就是感应电动势的方向 ,且由感应电动势的负极指向正极 .
思考结合我们以前学过的电路知识想一想 ,导体中有了感应电动势 ,就一定有电流通过吗 ?
提示：不一定 .要有电流通过 ,电路必须是闭合电路 . 二、法拉第电磁感应定律
1．内容：闭合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 . 2．表达式：E ＝
t ∆Φ∆(单匝线圈) ,E ＝n t
∆Φ
∆(多匝线圈) .
3．符号意义：n 是线圈匝数 ,
t
∆Φ
∆是磁通量的变化率 . 思考能否说 ,电路中产生的感应电动势与穿过回路的磁通量的变化量成正比 ,与时间成反比吗 ?
提示：不能 .感应电动势与磁通量的变化量无关 ,与磁通量的变化率成正比 . 三、导线切割磁感线时的感应电动势
1．导体棒垂直于磁场运动 ,B 、l 、v 两两垂直时如图甲所示 ,E ＝Blv .
2．导线的运动方向与导线本身垂直 ,但与磁感线方向夹角为θ时 ,如图乙所示 ,E ＝Blv sin θ .
四、反电动势
1．定义：电动机转动时 ,由于切割磁感线 ,线圈中产生的消弱电源电动势作用的电动势 .
2．作用：阻碍线圈的转动 .
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一、电磁感应现象中的感生电场 1．感生电场
(1)产生：英国物理学家麦克斯韦在他的电磁场理论中指出：变化的磁场能在周围空间激发电场 ,这种电场与静电场不同 ,它不是由电荷产生的 ,我们把它叫作感生电场 .
(2)特点：感生电场线与磁场方向垂直 .感生电场的强弱与磁感应强度的变化率有关 . 2．感生电动势
(1)定义：由感生电场产生的感应电动势 . (2)产生原因：感生电场对自由电荷的作用 . 3．感生电场的方向
磁场变化时 ,垂直磁场的闭合环形回路(可假定存在)中感应电流的方向就表示感生电场
的方向.
特别提醒(1)静电场的电场线不闭合,感生电场由于是一种涡旋场,所以电场线闭合.
(2)感生电场是否存在仅取决于有无变化的磁场,与是否存在导体及是否存在闭合回路无关.
二、电磁感应现象中的洛伦兹力
1．成因：导体棒做切割磁感线运动时,导体棒中的自由电荷随棒一起定向运动,并因此受到洛伦兹力.
2．动生电动势：由于导体运动而产生的感应电动势 .
3．动生电动势中的非静电力：与洛伦兹力有关.
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一、互感现象
1．互感：两个相互靠近的线圈,当一个线圈中的电流变化时,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势,这种现象叫互感.
2．实质：互感现象是一种常见的电磁感应现象.
3．互感的应用：利用互感现象可以把能量由一个线圈传递到另一个线圈,如变压器、收音机的磁性天线.
4．危害：互感现象能发生在任何两个相互靠近的电路之间、电力工程和电子电路中,有时会影响电路正常工作 .
二、自感现象
1．自感：当一个线圈中的电流自身发生变化时,它产生的变化的磁场不仅在邻近的电路中激发出感应电动势,同样也在本身激发出感应电动势的电磁感应的现象 .
2．自感电动势：由于自感现象而产生的电动势.
3．通电自感和断电自感的比拟
三、自感电动势和自感系数 1．自感电动势 (1)大小：E ＝L
I
t
∆∆ ,其中L 是自感系数 ,简称自感或电感 . (2)
方向判断：根据楞次定律 . 2．自感系数
(1)单位：亨利 ,符号H .
(2)决定自感系数大小的因素：与线圈的匝数、大小、形状以及有无铁芯等因素有关 . (3)物理意义：表示线圈产生自感电动势本领大小的物理量 .
思考假设一个线圈中的电流在均匀增大 ,那么这个线圈的自感系数将如何变化 ? 提示：不变 .因为线圈的自感系数由线圈本身决定 ,与电流无关 . 四、磁场的能量
1．磁场能量：自感现象中 ,线圈中电流从无到有 ,磁场从无到有 ,电源把能量输送给磁场 ,储存在磁场中 .线圈中电流减小时 ,磁场中的能量释放出来转换为电能 .
2．电的 "惯性〞：自感电动势阻碍线圈中电流变化的性质 .
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一、涡流
1．涡流：由于电磁感应 ,在导体中产生的像水中旋涡样的感应电流 . 2．本质：电磁感应现象 .
3．特点：假设金属的电阻很小 ,涡流往往很大 ,产生的热量很多 . 4．应用与防止
(1)应用：①涡流热效应的应用：如冶炼炉 . ②涡流磁效应的应用：如探雷器、安检门 .
(2)防止：电动机、变压器等设备中应防止涡流过大而导致浪费能量 ,损坏电器 . ①途径一：增大铁芯材料的电阻率 .
②途径二：用相互绝|||缘的硅钢片叠成的铁芯代替整块硅钢铁芯 . 二、电磁阻尼
1．概念：当导体在磁场中运动时 ,感应电流会使导体受到安培力 ,安培力的方向总是阻碍导体的运动 .
2．应用：磁电式仪表中利用电磁阻尼使指针迅速停止 ,便于读数 . 三、电磁驱动
1．概念：磁场相对于导体转动时 ,导体中产生感应电流 ,感应电流使导体受到安培力的作用 ,使导体运动起来 .
2．应用：交流感应电动机 .
思考在电磁阻尼与电磁驱动中安培力所起的作用相同吗 ?
提示：
不同 .在电磁阻尼中安培力的方向与导体的运动方向相反 ,是阻力；在电磁驱动中安培力的方向与导体的运动方向相同 ,是动力 .
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一、交变电流
1．交变电流(AC)：大小和方向均随时间做周期性变化的电流,简称交流.
2．直流电(DC)：方向不随时间变化的电流.
特别提醒方向随时间做周期性变化是交变电流的最|||主要特征,也是交变电流和直流电的根本区别.交变电流的典型特征是电流方向变化,其大小可能不变,如矩形交变电流的方向变化但大小不变,也是交变电流.
二、交变电流的产生
1．产生：在匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是交变电流.
2．过程分析：如以下图
思考前面这四幅图中,哪些状态线圈中的感应电流为零?哪些状态线圈中的感应电流最|||大?
提示：甲、丙乙、丁
3．中性面：线圈与磁场方向垂直的位置.线圈经过中性面时,感应电流大小为零,方向发生改变.
三、交变电流的变化规律
1．正弦式交变电流
(1)定义：按正弦规律变化的交变电流,简称正弦式电流.
(2)正弦式交变电流的瞬时值表达式及图象(从中性面计时)
特别提醒分别表示电流、电压、电动势的瞬时值m U m、E m分别表示电流、电压、电动势的最|||大值.
2．几种不同类型的交变电流
实际应用中,交变电流有不同的变化规律,常见的有以下几种,如以下图.
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一、周期和频率
1．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间,用T表示,单位是秒.
2．频率：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,用f表示,单位是赫兹,符号Hz .
3．二者关系：T＝1
f
或f＝
1
T
.
思考我国电网中交变电流的周期是多少?1 s内电流的方向发生多少次改变? 提示：0.02 s100
二、峰值和有效值
1．峰值
(1)定义：交变电流的电压、电流所能到达的最|||大数值.
(2)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值.
2．有效值
(1)定义：使交变电流和恒定电流通过大小相同的电阻,假设在相同的时间内,它们产生的热量相等,那么这个恒定电流叫作这个交流的有效值.
(2)应用：
①电器元件或设备上所标的耐压值指该设备所能承受的交变电流的最|||大值.
②交流用电设备上所标的额定电压和额定电流是有效值；交流电压表测量的数值是有效值.
③交变电流的数值在无特别说明时都指有效值.
3．有效值与峰值的关系：对正弦式交变电流,有效值I、U与峰值I m、U m的关系为
I
＝0.707I m；U
＝0.707U m .
思考是否所有的交变电流的有效值与最|||大值都满足I
?
提示：不是.只有正弦或余弦式交变电流才满足这样的关系.
三、相位
1．概念：交变电流的表达式u＝E m sin(ωt＋φ)中的ωt＋φ相当于角度的量,即ωt＋φ称为交变电流的相位.
2．初相位：t＝0时交变电流的相位.
3．相位差：两个交变电流的相位之差.对于频率相同的两个交变电流,其相位差等于其初相位之差,即Δφ＝φ2－φ1 .
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一、电感器对交变电流的阻碍作用
1．实验探究：电感器对交变电流的阻碍作用
(1)实验电路(如图)
(2)实验方法：把线圈L与白炽灯串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到交流电源上.取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等.观察两种情况下灯泡的亮度.
(3)实验现象：接通直流电源时,灯泡亮些；接通交流电源时,灯泡暗些.
(4)实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用.
2．感抗
(1)物理意义：表示电感对交变电流阻碍作用的大小 .
(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数越大、交流的频率越高,感抗越大.
3．感抗的应用
流呢?
提示：能.不能.
二、交变电流能够通过电容器
1．实验探究：交变电流能够通过电容器
(1)实验电路(如图)
(2)实验方法：把电容器C与灯泡串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到交流电源上.取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等,再观察灯泡的发光情况.
(3)实验现象：电路中串有电容器时,接通直流电源,灯泡不亮；接通交流电源,灯泡亮.
(4)实验结论：交变电流能够通过电容器,直流不能通过电容器.
2．交变电流 "通过〞电容器的本质
电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,好似是交变电流 "通过〞了电容器,但实际上自由电荷没有通过电容器两极板间的绝|||缘介质.
思考交变电流通过电容器,自由电荷是否真正通过了两极板间的绝|||缘介质?
提示：不是.电路中之所以有电流,是因为交流电源对电容器不断充电、放电形成的.
三、电容器对交变电流的阻碍作用
1．实验探究：电容器对交变电流的阻碍作用
(1)实验电路(如图)
(2)实验方法：①把电容器C与灯泡串联起来,先把它们接到交流电源上,再把电容器换成直导线,观察灯泡的发光情况.②在甲图中,假设保持交流电源不变,而改用电容大的电容器,或保持电容器的电容不变,而改用频率更高的交流电源,观察灯泡的发光情况.
(3)实验现象：①灯泡直接接到交流电源上,灯泡要比有电容器时更亮.②电容器的电容增大或者交变电流的频率更高时,灯泡比原来更亮.
(4)实验结论：电容器对交变电流有阻碍作用.
2．容抗
(1)物理意义：表示电容对交变电流阻碍作用的大小 .
(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越大 ,交流的频率越高 ,容抗越小 . 3．应用
电容器具有 "通交流、隔直流 ,通高频、阻低频〞的作用 .
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一、变压器的原理 1．构造
由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成(如以下图) . (1)原线圈：与交流电源相连的线圈 . (2)副线圈：与负载相连的线圈 . 2．原理
变压器工作的根底是互感现象 . 3．作用
改变交变电流的电压 .
特别提醒 变压器不能改变恒定电流的电压 .因为变压器的变压原理是互感现象 .假设通过原线圈的电流为恒定电流 ,那么在铁芯中激发的磁场为恒定磁场 ,副线圈中无感应电动势产生 ,所以变压器不能改变恒定电流的电压 .
二、电压与匝数的关系 1．理想变压器
没有能量损失的变压器 . 2．电压与匝数的关系
原、副线圈的电压之比等于两个线圈的匝数之比 ,即11
22
=U n U n . 3．两类变压器
(1)降压变压器：副线圈电压比原线圈电压低的变压器 . (2)升压变压器：副线圈电压比原线圈电压高的变压器 .
思考有的同学误认为通过原、副线圈的电流与该线圈匝数一定总成反比 .
提示：只有当有一个副线圈时 ,12
21
=I n I n 才成立 .当有两个副线圈时 ,通过原、副线圈的电流与该线圈的匝数不再成反比 .
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一、降低输电损耗的两个途径 1．输送电能的根本要求
(1)可靠：保证供电线路可靠地工作 ,少有故障 . (2)保质：保证电能的质量 - -电压和频率稳定 . (3)经济：输电线路建造和运行的费用低、电能损耗少 . 2．降低输电损耗的两个途径
(1)输电线上的功率损失：ΔP ＝I 2r ,I 为输电电流 ,r 为输电线的电阻 . (2)降低输电损耗的两个途径
①减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下 ,为了减小电阻 ,应中选用电阻率较小的金属材料 ,还要尽可能增加导线的横截面积 .
②减小输电导线中的电流：为减小输电电流 ,同时又要保证向用户提供一定的电功率 ,就要提高输电电压 .
思考有的同学认为 ,当输送功率为P 、输电电压为U 、输电线电阻为R 时 ,输电线上损
失的电功率为P 损＝2
U R
,这种看法正确吗 ?
提示：不正确 .由于U 不是输电线电阻R 上的电压 ,故输电线的损耗电功率不能用P ＝
2U R 来求 ,而只能用P 损＝I 2R ＝(P
U
)2R 来求 . 二、电网供电
1．远距离输电根本原理
远距离输电的根本电路 ,如以下图 .
在发电站内用升压变压器升压,然后进行远距离输电,在用电区域通过降压变压器降压降到所需的电压.
2．电网
通过输电线、变电站,将许多电厂和广阔用户连接起来,形成的全国性或地区性的输电网络.
3．电网送电的优点
(1)降低一次能源的运输本钱,获得最|||大经济效益 .
(2)减小断电的风险,调剂不同地区电力供需的平衡,保障供电的质量.
(3)合理调度电力,使电力的供给更加可靠,质量更高.
温馨提示关于输电线路上的功率损耗的计算,主要考虑因导线电阻的存在而发热造成的损失,输电线电阻上的电压不能和输送电压与用户得到电压之差混为一谈.
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一、什么是传感器
1．定义：感受非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电学量,或转换为电路的通断的一类元件.
2．工作原理
二、光敏电阻
1．特点：电阻值随光照增强而减小.
2．原因分析：光敏电阻由半导体材料制成,无光照时,载流子极少,导电性能不好；随着光照的增强,载流子增多,导电性变好.
3．作用：把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.
三、热敏电阻和金属热电阻
温馨提醒按热敏电阻随温度变化的规律,热敏电阻可分为正温度系数的热敏电阻和负温度系数的热敏电阻,正温度系数的热敏电阻随温度升高电阻增大,负温度系数的热敏电
阻随温度升高电阻减小.
四、霍尔元件
1．组成：在一个很小的矩形半导体薄片上,制作4个电极E、F、M、N ,就成为一个霍尔元件.
2．原理：E、F间通入恒定的电流I ,同时外加与薄片垂直的磁场B时,薄片中的载流子就在洛伦兹力的作用下,向着与电流和磁场都垂直的方向漂移,使M、N间出现电压(如图) .
3．霍尔电压：U H＝k IB
d
,d为薄片厚度,k为霍尔系数.一个霍尔元件的d、k为定值,
假设保持I恒定,那么U H的变化就与B成正比.
4．作用：把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量.
温馨提醒传感器就是把非电学量(如：温度、声、光、磁等)转化为电学量(如：电流、电压等)的元件,要实现这些转换必须使用相应的敏感元件.
思考假设霍尔元件中的载流子为负电荷,M、N两端哪端电势高?假设载流子为正电荷呢?
提示：M端N端
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一、传感器应用的一般模式
二、力传感器的应用- -电子秤
1．组成：电子秤使用的测力装置是力传感器.常用的一种力传感器是由金属梁和应变片组成的.
敏感元件：应变片.
2．原理：如以下图,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下外表各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,那么梁发生弯曲,上外表拉伸,下外表压缩,上外表应变片的电阻变大,下外表应变片的电阻变小,F越大,弯曲形变越大.如果让应变片中通过的电流保持
恒定,那么上外表应变片两端的电压变大,下外表应变片两端的电压变小,传感器把这两个电压的差值输出,外力越大,输出的电压差值也就越大.
3．作用：应变片将物体形变这个力学量转换为电压这个电学量.
三、温度传感器的应用
1．电熨斗
(1)组成：它主要由调温旋钮、升降螺钉、绝|||缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热丝、金属底板等几局部组成.如以下图.
(2)敏感元件：双金属片.
(3)工作原理：温度变化时,由于双金属片上层金属与下层金属的热膨胀系数不同,双金属片发生形变从而控制电路的通断.
常温下,上、下触点应是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀大,下部金属膨胀小,那么双金属片向下弯曲,使触点别离,从而切断电源,停止加热.温度降低后,双金属片恢复原状,重新接通电路加热,这样循环进行,起到自动控制温度的作用.
思考假设需要提高电熨斗的自动控制温度,应该如何去操作?
提示：调节温度旋钮使升降螺钉适当下移.
2．电饭锅
(1)构造：如以下图.它的主要元件是感温铁氧体,感温铁氧体主要材料是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的.
电饭锅的结构
(2)敏感元件：感温铁氧体 .
(3)工作原理
①居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性,温度上升到约103_℃时,失去磁性,这一温度称为 "居里温度〞.
②自动断电原理：用手按下开关按钮,触点接通,通电加热,开始煮饭,当锅内加热温度到达约103 ℃时,铁氧体失去磁性,与永磁体失去吸引力,被弹簧片弹开,从而推动杠杆使触点开关断开.
思考如果用电饭锅烧水,水沸腾后,能否自动断电?
提示：不能.因为水沸腾后水温保持100 ℃不变,故不能自动断电,只有水烧干后,温度升高到103 ℃才能自动断电.
四、光传感器的应用- -火灾||报警器
1．组成：发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.
2．工作原理：平时光电三极管收不到LED发出的光,呈现高电阻状态.烟雾进入罩内后对光有散射作用,使局部光线照射到光电三极管上,其电阻变小.与传感器连接的电路检
测出这种变化,就会发出警||报.
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