高二物理电磁感应、电磁场电磁波的知识点总结

2012.6

电磁感应

一、产生感应电流的条件：

1.磁通量发生变化（产生感应电动势的条件）

2.闭合回路

*引起磁通量变化的常见情况：

（1）线圈中磁感应强度发生变化

（2）线圈在磁场中面积发生变化（如：闭合回路中的部分导体做切割磁感线运动）

（3）线圈在磁场中转动

二、感应电流的方向判定：

1.楞次定律：（适用磁通量发生变化）

感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

关于“阻碍”的理解：

（1）“阻碍”是“阻碍原磁通量的变化”，而不是阻碍原磁场；

（2）“阻碍”不是“阻止”，尽管“阻碍原磁通量的变化”，但闭合回路中的磁通量仍然在变化；

（3）“阻碍”是“阻碍变化”，当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反——阻碍原磁通量的增加；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同——阻碍原磁通量的减少。

2．右手定则：（适用导体切割磁感应线）

伸开右手，让拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，

让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向。其中四指指向还可以理解为：感应电动势高电势处。

*应用楞次定律判断感应电流方向的具体步骤

①明确闭合回路中原磁场方向（穿过线圈中原磁场的磁感线的方向）。

②把握闭合回路中原磁通量的变化（φ_原是增加还是减少）。

③依据楞次定律，确定回路中感应电流磁场的方向（B_感取什么方向才能阻碍φ_原的变化）。

④利用安培定则，确定感应电流的方向（B_感和I_感之间的关系）。

*楞次定律的拓展

1．当闭合回路中磁通量变化而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍原磁通量的变化。(增反减同)

2．当线圈和磁场发生相对运动而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍二者之间的相对运动（来斥去吸）。

3．当线圈中自身电流发生变化而引起感应电流时，感应电流的效果总是阻碍原电流的变化（自感现象）。

三、感应电动势的大小：

1. 法拉第电磁感应定律：在电磁感应现象中，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。

公式：① （常用于计算平均值），其中n为线圈的匝数。

理解：感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率（是描述磁通量变化快慢的物理量，表示回路中平均感应电动势的大小，是图象上某点切线的斜率），与φ的大小及△φ的大小没有必然联系。

2. 直导体在匀强磁场中平动切割磁感线产生的感应电动势：

公式：② E = BLv （常用于计算瞬时值）（要求B、L、v三者两两垂直，否则要分解到垂直的方向上 ）  

四、自感

1.自感现象

当闭合回路的导体中的电流发生变化时，导体本身就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。

2、自感电动势

（1）在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。其效果表现为延缓导体中电流的变化。

（2）方向:当流过导体的电流减弱时，E_自的方向与原电流的方向相同,当流过导体的电流增强时，E_自的方向与原电流的方向相反。总表现为一种“延缓”效应。

3、自感系数

（1）不同的线圈在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势不同；在电学中，用自感系数“L”来描述线圈的这种特性。

（2）“L”决定因素：线圈的横截面积越大、线圈越长、单位长度上的线圈匝数越多，自感系数越大；有铁芯比无铁芯时自感系数要大得多。

（3）单位：亨利，简称“亨”，符号“H”。

（4）物理意义：表征线圈产生自感电动势本领的大小。数值上等于通过线圈的电流在1s内改变1A时产生的自感电动势的大小。

4、自感现象的应用和防止

（1）应用：①日光灯电路中的镇流器，②无线电设备中和电容器一起组成的振荡电路等。

（2）危害及防止：

①在自感系数很大而电流又很强的电路中，切断电路的瞬时，会因产生很高的自感电动势而出现电弧，从而危及工作人员和设备的安全，此时可用特制的安全开关。②制作精密电阻时，采用双线绕法，防止自感现象的发生、减小因自感而造成的误差。③也可以通过阻断形成自感所必需的通路或设法减小自感系数来减少自感的危害。

5、典型的自感现象

通电自感                                  断电自感

A₁却是逐渐亮起来的                       A闪亮一下再熄灭

交变电流

一、  交变电流的产生：（线圈在磁场中匀速转动）

（1）中性面（BS）时：

磁通量Ф最大，

磁通量的变化率为零，

故感应电动势为零；

（2）垂直中性面（B//S）时：

磁通量Ф为零，

但磁通量的变化率最大，

故感应电动势最大，E_m=nBωS_∥

 

 

从切割式角度理解： E_感=nBLv_⊥中性面（BS）时：线圈各边都不切割磁感线，故此时的感应电动势为零；B//S时，线圈的ab、cd两个边均垂直切割磁感线，故此时的感应电动势最大，E_m=nBωS_∥。

二、交变电流的表征物理量：（正弦式交流电的四个值）

（1）峰值：E_m=nBωS_∥（B//S时），与线圈的形状及转轴所在的位置无关。

（2）瞬时值：

从中性面（BS）开始计时：      e=E_msinωt，

从垂直中性面（B//S）开始计时： e=E_mcosωt，：指转过的角度。

（3）“有效值”的理解：

峰值和有效值之间的“”关系仅适用于正弦式交流电。

相同时间内“热效应相等”是求解有效值的根本原则。

（电压表、电流表的测量值指“有效值”， “电热” 用有效值来求，凡未作特殊说明时，一般均指“有效值”。 ）

（4）平均值：（求“通过导体横截面电量”）

三、电感和电容对交流的影响：

（1）电感：通直流，阻交流；通低频，阻高频  其中感抗

X_L=2f L

（2）电容：通交流，隔直流；通高频，阻低频  其中容抗

（3）电阻：交、直流都能通过，且都有阻碍

四、变压器原理（理想变压器）：

（1）功率：（只有一个副线圈）P₁ = P₂    （若有多个副线圈）P₁=P₂+P₃+…

（2）电压：   

（3）电流：（只有一个副线圈） （若有多个副线圈）n₁I₁= n₂I₂ + n₃I₃

五、远距离输电

远距离输送电能的过程中,由能量守恒定律可知,发电机的总功率应等于线路上损失的热功率和用户得的功率之和(如果不考虑变压器自身的能量损失)。

减小线路上的热损耗功率的方法：减小输电线电阻；提高输电电压。

当输电线电阻为定值,且输送电能的总功率一定时,则,即.因此, 求解P_损常用比例的方法,这样能快捷有效,突出事物本质,减少运算过程。

电磁场和电磁波

一、麦克斯韦的电磁场理论

1.变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（磁场）；

2.均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）；

3.振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）；

可以证明：振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场。

二、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间传播开去，就形成了电磁波。

1. 英国物理学家麦克斯韦提出的电磁场理论预言了电磁波的存在,

德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。

2. 电磁波是横波,电场方向和磁场方向都与传播方向垂直。

3. 电磁波与物质相互作用时,能发生反射、吸收、折射现象。

4. 电磁波具有波的共性,能产生干涉、衍射等现象。

5. 电磁波在真空中传播速度为光速, c=3.0×10⁸m/s

在介质中波速减小。遵循波长、波速、频率的关系： v＝λf

6. 电磁波向外传播的是电磁能.

三、电磁振荡

1.振荡特点

充电完毕：电场能、电量q、电压U最大；磁场能、电流i、磁感强度B最小。

放电完毕：磁场能、电流i、磁感强度B最大，电场能、电量q、电压U最小。

2.变化规律的图象描述

3.（LC回路）的周期：T = 2π

四、电磁波谱

 

第二篇：电磁场与电磁波课程知识点总结

电磁场与电磁波课程知识点总结

1 麦克斯韦方程组的理解和掌握

（1）麦克斯韦方程组

本构关系：      

（2）静态场时的麦克斯韦方程组（场与时间t无关）

2 边界条件

（1）一般情况的边界条件

（2）介质界面边界条件（ρ_s= 0  J_s= 0）

3 静电场基本知识点

（1）基本方程

本构关系：  

（2）解题思路

l  对称问题（球对称、轴对称、面对称）使用高斯定理或解电位方程（注意边界条件的使用）。

l  假设电荷Q ——> 计算电场强度E ——> 计算电位φ ——> 计算能量ω_e=εE²/2或者电容（C=Q/φ）。

（3）典型问题

l  导体球（包括实心球、空心球、多层介质）的电场、电位计算；

l  长直导体柱的电场、电位计算；

l  平行导体板（包括双导体板、单导体板）的电场、电位计算；

l  电荷导线环的电场、电位计算；

l  电容和能量的计算。

例：

4 恒定电场基本知识点

（1）基本方程

本构关系：  

（2）解题思路

l  利用静电比拟或者解电位方程（要注意边界条件的使用）。

l  假设电荷Q ——> 计算电场E ——> 将电荷换成电流（Q —> I）、电导率换成介电常数（ε—>σ）得到恒定电场的解 ——>计算电位φ和电阻R或电导G。

5 恒定磁场基本知识点

（1）基本方程

本构关系：  

（2）解题思路

l  对称问题（轴对称、面对称）使用安培定理

l  假设电流I ——> 计算磁场强度H ——> 计算磁通φ ——> 计算能量ω_m=μH²/2或者电感（L=ψ/I）。

（3）典型问题

l  载流直导线的磁场计算；

l  电流环的磁场计算；

l  磁通的计算；

l  能量与电感的计算。

6 静态场的解基本知识点

（1）直角坐标下的分离变量法

l  二维问题通解形式的选择（根据零电位边界条件）；

l  特解的确定（根据非零电位边界条件）。

（2）镜像法

l  无限大导体平面和点电荷情况；

l  介质边界和点电荷情况。

7 正弦平面波基本知识点

（1）基本方程与关系

电场强度瞬时值形式    

电场强度复振幅形式    

瞬时值与复振幅的关系：

        

坡印廷矢量（能流密度）    

平均坡印廷矢量（平均能流密度）  

磁场强度与电场强度的关系：

大小关系   

       方向关系   

（2）波的极化条件与判断方法

电磁波电场强度矢量的大小和方向随时间变化的方式，

定义：极化是指在空间固定点处电磁波电场强度矢量的方向随时间变化的方式。通常，按照电磁波电场强度矢量的端点随时间在空间描绘的轨迹进行分类。

设电场强度为：

l  极化条件：

A、    直线极化：

B、圆极化： 

C、椭圆极化：上述两种条件之外。

l  圆极化和椭圆极化的旋向

当时为左旋，当时为右旋。

表1：圆极化波和椭圆极化波旋向判断条件及结论

圆极化和椭圆极化的旋向判断作图法

1、将参考分量定在相应轴的正方向上；

2、计算另一分量与参考分量的相位差，相位差大于0时，另一分量画在相应的正轴方向，反之，画于负轴方向；

3、拇指指向波的传播方向，其余四指从另一分量转向参考分量，哪只手满足条件即为哪种旋向。

 

（3）波的反射与折射

     1、导体表面的垂直入射波特性

l  导体外空间内为驻波分布，有波节点和波腹点；

l  没有能量传播，只有电能和磁能间的相互转换。

 

     2、介质表面的垂直入射波特性

l  入射波空间内为行驻波分布，透射波空间为行波分布；

l  有能量传播；

l  反射系数和透射系数

     3、导体表面的斜入射波特性

l  分垂直极化和平行极化两种情况（均以电场强度方向与入射面的相互关系区分），沿导体表面方向传输的是非均匀平面波；沿垂直导体表面方向为驻波分布；

l  对垂直极化方式，沿导体表面方向传输的是TE波；对平行极化方式，沿导体表面方向传输的是TM波；

l  沿导体表面方向有能量传输，而沿垂直于导体表面方向无能量传输；

l  沿导体表面方向的相速大于无限大空间中对应平面波的相速，但是能量传播速度小于平面波速度。

    4、介质表面的斜入射波特性

l  也分垂直极化和平行极化两种情况，沿导体表面方向和垂直导体表面方向传输的均是非均匀平面波；

l  对垂直极化方式，沿导体表面方向传输的是TE波；对平行极化方式，沿导体表面方向传输的是TM波；

l  沿导体表面方向有能量传输，而沿垂直于导体表面方向有行驻波特性；

l  反射系数和透射系数

     5、全反射与全折射

l  全反射——只有波从光密媒质传向光疏媒质时才可能发生，条件为：

  ——临界角

l  全折射——只有平行极化才可能发生，条件为：

  ——布儒斯特角

  ——全折射时的折射角