物理选修3-2 思维导图 (总览)
中心主题：物理选修3-2 —— 电磁感应与交变电流
- 第一部分：电磁感应
- 核心概念
- 定义：利用磁场产生电流的现象。
- 条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。
Φ = B·S·cosθ(磁通量是关键！)- 变化原因：B变、S变、θ变（两者相对转动）。
- 本质：其他形式的能（如机械能）转化为电能。
- 两大定律
- 楞次定律 (判断感应电流方向)
- 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
- 口诀：增反减同，阻碍变化。
- 增反：原磁通量增加，感应磁场方向与原磁场方向相反。
- 减同：原磁通量减少，感应磁场方向与原磁场方向相同。
- 应用步骤：
- 原磁场方向？
- 磁通量如何变化？（增/减）
- 感应磁场方向？（阻碍变化）
- 感应电流方向？（安培定则）
- 法拉第电磁感应定律 (计算感应电动势大小)
- 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：
E = n · ΔΦ / ΔtE: 感应电动势 (V)n: 线圈匝数ΔΦ / Δt: 磁通量的变化率 (Wb/s)
- 特例：导体切割磁感线
- 公式：
E = B·L·v·sinθB: 磁感应强度 (T)L: 导体有效长度 (m)v: 导体运动速度 (m/s)- 速度方向与磁场方向的夹角
- 方向：右手定则（伸开右手，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向运动方向，四指指向电流方向）。
- 公式：
- 楞次定律 (判断感应电流方向)
- 应用
- 交变电流的产生
- 原理：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。
- 中性面：线圈平面与磁场方向垂直的位置。
特点：磁通量最大，但磁通量变化率为零，感应电动势为零。
- 方向改变：线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次。
- 自感现象
- 定义：导体自身电流变化而产生的电磁感应现象。
- 自感电动势：
E = L · ΔI / ΔtL: 自感系数 (H)，由线圈自身特性（匝数、大小、有无铁芯）决定。
- 应用：
- 日光灯镇流器：启动时产生高压，正常工作时降压限流。
- 电磁继电器：延时或保护作用。
- 危害：在断电瞬间产生高电压，可能击穿开关或损坏元件（需用二极管等保护）。
- 涡流
- 定义：块状金属放在变化的磁场中，或让它在磁场中运动时，金属块内产生的感应电流。
- 应用：
- 电磁炉：利用涡流的热效应加热食物。
- 电磁阻尼：利用涡流的磁场阻碍导体运动（如电表指针制动）。
- 冶炼金属：高频感应炉。
- 交变电流的产生
- 核心概念
- 第二部分：交变电流
- 基本概念
- 定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。
- 图像：正弦（或余弦）曲线。
- 描述物理量
- 瞬时值：
e = Eₘ·sin(ωt),i = Iₘ·sin(ωt)e, i: 某一时刻的值Eₘ, Iₘ: 最大值（峰值）
- 最大值 (Eₘ, Iₘ)：线圈平面与磁场平行时达到。
- 有效值 (E, I, U)：
- 定义：让交变电流和直流电通过相同阻值的电阻，如果在相同时间内产生的热量相等，这个直流电的电压/电流就是该交变电流的电压/电流的有效值。
- 关系（正弦式交变电流）：
E = Eₘ / √2,I = Iₘ / √2,U = Uₘ / √2 - 应用：交流电表测量值为有效值，电器铭牌上标明的电压、电流为有效值。
- 周期 和频率：
T = 2π / ωf = 1 / T,ω = 2πf- 我国电网：频率
f = 50 Hz，周期T = 0.02 s。
- 相位 和相位差：
- 描述交变电流在不同时刻的状态。
φ = ωt + φ₀( 是初相位)- 两个同频率交流电的相位差 。
- 瞬时值：
- 变压器
- 构造：原线圈、副线圈、铁芯。
- 工作原理：互感现象（原线圈通入交变电流，在铁芯中产生交变磁通量，副线圈中产生感应电动势）。
- 理想变压器（无能量损失）公式：
- 电压关系：
U₁ / U₂ = n₁ / n₂(电压与匝数成正比) - 电流关系：
I₁ / I₂ = n₂ / n₁(电流与匝数成反比) - 功率关系：
P₁ = P₂(输入功率等于输出功率)
- 电压关系：
- 应用：
- 升压变压器：远距离输电，减少线路损耗 (
P损 = I²R)。 - 降压变压器：给用户提供安全电压。
- 升压变压器：远距离输电，减少线路损耗 (
- 电能的输送
- 关键问题：输电线上功率损失
P损 = I²R线。 - 减少损耗的方法：
- 减小输电电流
I：提高输电电压U(P = UI)，这是最有效的方法。 - 减小输电线电阻
R线：用电阻率小的材料，增大导线横截面积（不经济，不常用）。
- 减小输电电流
- 输电流程：
发电站 → 升压变压器 → 高压输电线 → 降压变压器 → 用户
- 关键问题：输电线上功率损失
- 基本概念
- 第三部分：传感器
- 基本概念
- 定义：能够将非电学量（如力、热、光、声、化学成分等）按照一定规律转换成易于处理和传输的电学量（如电压、电流、电阻等）的元件。
- 工作流程：
非电学量 → 敏感元件 → 转换元件 → 转换电路 → 电学量
- 常见传感器及其工作原理
- 光传感器
- 元件：光敏电阻、光电管、光电二极管等。
- 原理：光照强度变化 → 电阻变化（光敏电阻：光照越强，电阻越小）。
- 应用：鼠标、光电门、路灯自动控制、相机测光。
- 温度传感器
- 元件：热敏电阻、金属热电阻（铂电阻）、热电偶。
- 原理：温度变化 → 电阻变化（热敏电阻：温度越高，电阻越小/越大，取决于材料）。
- 应用：电饭煲、空调、电子体温计、工业温控。
- 力传感器
- 元件：应变片、电容式传感器。
- 原理：压力/拉力变化 → 形变 → 电阻/电容变化。
- 应用：电子秤、压力传感器、测力计。
- 声传感器
- 元件：麦克风（话筒）。
- 原理：声波振动 → 膜片振动 → 线圈在磁场中切割磁感线 → 感应电流变化。
- 应用：电话、录音设备、声控开关。
- 光传感器
- 应用实例
- 智能家居：光控灯、声控灯、温控空调。
- 现代汽车：ABS防抱死系统、安全气囊、胎压监测。
- 信息时代：数码相机（CCD/CMOS传感器）、手机、网络通信。
- 基本概念
学习建议
- 理解核心，而非死记：电磁感应的核心是“磁通量变化”，交变电流的核心是“正弦函数”，传感器的核心是“信息转换”。
- 对比学习：将楞次定律（方向）与右手定则（方向）对比使用；将自感与互感（变压器）对比理解。
- 图像辅助：学会看磁通量-时间图、感应电动势-时间图、交变电流-时间图，图像能直观地反映物理量之间的关系。
- 联系实际：思考身边哪些电器用到了这些原理（如手机充电器里的变压器、楼道的声控灯），这能加深你的理解。
希望这份详细的思维导图能帮助你更好地梳理和掌握《物理选修3-2》的知识体系！
