高中物理选修二

这是一篇关于高中选修二的思维导图，主要内容包括：磁场对电流的作用，电磁感应及其应用，交流电，电磁振动和电磁波，传感器。帮你理清思路的同时标注重难点，让你事半功倍，学习更高效！

高中选修二

• 磁场对电流的作用
  • 安培力
    • 认识安培力
      • 磁场对通电导线的作用力
    • 安培力的方向（难点）
      • 左手定则判定：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则大拇指所指方向就是通电导线所受安培力的方向
      • 当通电导线与磁场方向平行时，导线与磁场方向夹角是0°(或180°),它受到的安培力为零
    • 安培力的大小（重点)
      • 磁场对通电导线的安培力F 的大小与导线中的电流I 、导线长度L和磁感应强度B 成正比
      • 当通电导线与磁场方向平行时，导线不受安培力；当导线与磁场方向的夹角为θ时，安培力的大小为F=ILB1=ILBsinθ
  • 安培力的应用
    • 电磁炮
      • 是利用电磁系统中的安培 力发射弹丸的一种先进的动能杀伤性武器，它分为电磁 轨道炮、电磁线圈炮和重接炮三类
    • 磁式电流表
      • 磁电式电流表是利用通电线圈在磁场中受到安培力作用的原理制成的
  • 洛伦兹力
    • 洛伦兹力
      • 运动电荷在磁场中受到的磁场力
    • 洛伦兹力的方向（难点）
      • 洛伦兹力的方向与电子运动方向垂直，也与磁场方向垂直
      • 洛伦兹力的方向，用左手定则判断：伸出左手，四指并拢，使大拇指和其余四指垂直，并且都跟 手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷的运动方向(即电流方向),则大拇指所指方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。
      • 若在磁场中运动的是带负电荷的粒子，应用左手定则时，四指应指向该粒子运动方向的反方向
    • 洛伦兹力的大小（重难点）
      • 如果运动方向与磁场方向垂直，则它受到的洛伦兹力的大小可以表示为
      • 如果电荷的运动方向与磁场方向间的夹角为θ,电荷受到的洛伦兹力大小为
      • 当电荷的速度方向和磁场方向平行时，运动电荷所受 洛伦兹力为零
    • 带电粒子在磁场中的运动（难点）
      • 带电粒子在匀强磁场中运动所受的洛伦兹力，方向垂直于磁场方向和粒子运动方向所决定的平面
      • 洛伦兹力的方向总跟粒子运动的速度方向垂直，所以洛伦兹力对运动电荷不做功，它不会改变带电粒子速度的大小，只改变粒子运动的方向
      • 相关公式
  • 洛伦兹力的应用
    • 利用磁场控制带电粒子的运动（难点）
      • 一个质量为m、电荷为q、速度大小为v。的带正电粒子，沿磁场区域的直径方向从P 点射入磁场，粒子在洛伦兹力作用下，在磁场中以半径R绕O '点做匀速圆周运动
      • 利用磁场控制粒子的运动方向的特点是：只改变带电粒子的运动方向，不改变带电粒子的速度大小
    • 质谱仪
      • 测定带电粒子比荷的仪器叫作质谱仪
    • 回旋加速器
      • 绕过半个圆周所用的时间都是一样的，它们都等于带电粒子做圆周运动的周期的一半
• 电磁感应及其应用
  • 楞次定律
    • 右手定则
      • 右手定则判断导线切割磁感线产生感应电流的方向：伸开右手，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线垂直从手心穿入，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
      • 右手定则只适用于判定导线切割磁感线运动而产生感应电流的情况
    • 楞次定律
      • 大小和方向（难点）
        • 当引起感应电流的原磁场(B₀)穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流的磁场(B')方向与原磁场(B₀)方向相反
        • 当引起感应电流的原磁场(B₀)穿过螺线管的磁通量减小时，感应电流的磁场(B')方向与原磁场(B₀)方向相同
      • 感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化（重点）
  • 法拉第电磁感应
    • 感应电动势
      • 穿过闭合回路的磁通量发生了变化，闭合回路中就会产生感应电流，这说明电路中一定存在一种由电磁感应产生的电动势
      • 在直流电路中，电流的大小由电源的电动势和电路的电阻决定。同样，在电磁感应现象中，闭合回路中的感应电流也由感应电动势和回路的电阻决定。如果回路没有闭合，只要穿过回路的磁通量发生变化，虽然没有感应电流产生，但感应电动势依然存在。
    • 电磁感应定律
      • 我们快速改变穿过线圈的磁通量时，电流表指针偏转角度大，说明感应电流大；缓慢改变线圈的磁通量时，电流表指针偏转角度小，说明感应电流小
      • 法拉第电磁感应定律（重难点）
        • 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
        • 如果闭合电路是一个n匝线圈，且穿过每匝线圈的磁通量总是相同的，由于这样的线圈可以看成是由n个单匝线圈串联而成的，所以整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍
    • 导线切割的电磁感应电动势（重难点）
      • 当导体运动速度方向与磁场方向有一夹角α时，我们可以将速度分解为垂直和平行于磁场方向的两个分量，平行分量不产生感应电动势，垂直分量为V₁=vsina, 产生的感应电动势大小为
  • 涡流 电磁阻尼 电磁制动
    • 涡流
      • 由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的漩涡
    • 电磁阻尼和电磁驱动
      • 电磁阻尼
        • 闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动
        • 摆在不均匀的磁场中运动会产生涡流。根据楞次定律，这种涡流产生的磁场总是要阻碍摆在磁场中的运动，因此在这种阻力的作用下，摆会很快停下来
    • 电磁驱动
      • 当磁体转动起来后，圆盘中产生涡流，磁场对此涡流所施加的安培力阻碍它与磁体的相对运动，因而圆盘跟着磁体运动起来(但转速要低于磁体的转速),这种感应电流受到安培力使物体运动的现象
  • 自感
    • 自感现象
      • 由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象
      • 闭合开关开始通电的过程中，通过线圈支路的电流激发了磁场，一部分电能转化为磁场 能储存在线圈的磁场中。断开开关后，磁场能又转化为电能，通过灯泡释放出来，转化为热和光消耗掉
    • 自感系数（重难点）
      • 感系数的单位是亨利，简称亨，符号是H。如果通过线圈的电流在1s 内改变1A 时，产生的感应电动势为1V,这个线圈的自感系数就是1H
• 交流电
  • 交变电流
    • 认识交变电流
      • 恒定电流：大小和方向都不随时间变化的电流
      • 交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流
      • 正弦交流电：电流的大小和方向都随时间按正弦函数规律变化的交变电流称为正弦交变电流
    • 正弦交流电的产生和变化规律（重难点）
      • 电流i随时间t的变化关系
      • 外电路两端的电压u 随时间t 的变化关系
      • 闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电流是正弦交流电
  • 正弦交变电流的描述
    • 周期和频率
      • 做一次周期性变化所需的时间
      • 完成周期性变化的次数与所用时间的比
    • 角速度
    • 正弦交流电表达式（重难点）
    • 峰值 有效值（重点）
      • 正弦交流电表达式中的Um和Im分别称为电压和电流的峰值
      • 峰值是表示交流电大小的物理量
      • 如果交流电与某一直流电通过同一电阻，在交流电的一个周期内产生的热量相等，则这个直流电的电流和电压值，就分别称为相应交流电电流和电压的有效值
  • 变压器
    • 变压器的结构与原理
      • 原线圈：一个线圈与交流电电源连接
      • 副线圈：另一个线圈与负载连接
      • 当副线圈与负载连接组成闭合回路时，在副线圈中就会有交流电通过
    • 变压器的电压与匝数的关系（重难点）
      • 原、副线圈产生的感应电动势分别为
      • 理想变压器原、副线圈两端的电压跟它们的匝数成正比
    • 电压互感器和电流互感器
      • 电压互感器是一种降压变压器，它的初级并联在高压交流线路上，次级则与交流电压表相连
      • 电流互感器的主要作用是将大电流变成小电流，它是一种升压变压器
• 电磁振动和电磁波
  • 电磁振荡
    • LC 振荡电路和振荡电流
      • 大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流称为振荡电流
      • 能够产生振荡电流的电路叫作振荡电路
      • 由线圈L 和电容器C 组成的电路是最简单的振荡电路，称为LC 振荡电路
      • 电容器开始放电后，线圈中有了放电电流，由于电感线圈对交变电流的阻碍作用，放电电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，线圈产生的磁场逐渐增强，与此同时，电容器里的电场逐渐减弱，电场能逐渐转化为磁场能。放电完毕时，电场能全部转化为磁场能
      • 电容器放电完毕，由于线圈的自感作用，电流并不立即消失，仍保持原来的方向继续流动，电容器被反向充电，电容器两极板带上相反的电荷，且电荷量逐渐增大。在这个过程中，由于电流逐渐减小，线圈的磁场逐渐减弱，电容器里的电场逐渐增强，磁场能逐渐转化为电场能。充电完毕时，磁场能又全部转化为电场能
    • 无阻尼振荡
      • 在电磁振荡中，如果没有能量损失，振荡将永远持续下去，振荡电流的振幅应该永远保持不变
    • 电磁振荡的周期和频率（重点）
      • 振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率叫作振荡 电路的固有周期和固有频率，简称振荡 电路的周期和频率
      • LC 振荡电路的周期T 和频率f 跟电感线圈的电感L 和电容器的电容C 的关系是
  • 电磁波
    • 麦克斯韦电磁理论的两个基本假设（重点）
      • 变化的磁场能够在周围空间产生电场
      • 变化的电场能够在周围空间产生磁场
    • 电磁波
      • 变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场由近及远传播。这种变化的电磁场在空间中的传播形成了电磁波
      • 电磁波与机械波区别：机械波是质点的机械振动的传播，它必须 在介质中传播；而电磁波是电磁场的传播，传播过程不需要介质，可以在真空中传播
    • 赫兹实验证实了电磁波的存在（难点）
  • 电磁波谱
    • 可见光
      • 作用于我们的眼睛并引起视觉的电磁波，叫作可见光。可见光的波长范围为400～760 nm, 它包含赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，其中紫光的频率最高，红光的波长最长
    • 红外线
      • 波长位于微波和可见光之间的电磁波称为红外线。红外线的波长范围为760～10⁶nm
      • 红外线的频率与固体物质分子的固有频率很接近，容易引起固体物质分子共振，使红外线电磁场的能量转变成物质的内能
    • 紫外线
      • 外线是一种波长比波长最短的可见光(紫光)还短的电磁波。一切高温物体都能够发射紫外线，如太阳、弧光灯发出的光就包含紫外线。紫外线的波长范围为60-400nm,与红外线一样，紫外线不能直接引起视觉。
    • X射线
      • X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波。它的穿透能力很强，能使包在黑纸里的照相底片感光
    • γ射线
      • 比X 射线波长更短的电磁波，那就是γ射线，它来自宇宙射线或某些放射性元素衰变的过程。γ射线的波长范围为10⁻⁷-10⁻² nm 。γ 射线的穿透能力比X射线更强
• 传感器
  • 认识传感器
    • 什么是传感器
      • 传感器 是把被测的非电信息，按一定规律转换成与之对应的电信号的器件或装置，有时又被称为探测器或变换器
    • 传感器结构
      • 通常传感器由敏感元件和转换元件组成，有时也将信号调节转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分
      • 敏感元件 常见的敏感元件包括力敏元件、光敏元件、热敏元件、磁敏元件、气敏元件等
      • 转换元件 又称传感元件，通常不直接感受被测量，而是将敏感元件输出的物理量转换成电学量
      • 号调节转换电路 由于转换元件输出的信号一般都很弱，容易混有干扰信号，因此需要有信号调节转换电路 对其进行放大、消除干扰，使转换元件输出的电信号转换成便于显示、记录、处理和控制的电学量
    • 传感器的分类
      • 物理传感器：利用了力、热、光、电磁和声等物理效应
      • 化学传感器：利用了化学反应的原理检测物质的种类和浓度
      • 生物传感器：利用酶、抗体和激素等分子识别功能进行工作的传感器
  • 常见传感器的原理
    • 温度传感器
      • 热敏电阻
        • 阻值随温度升高而减小的，称为负温度系数热敏电阻
        • 阻值随温度升高而增大的，称为正温度系数热敏电阻
      • 热电阻
        • 金属的电阻与温度的关系是
      • 热双金属片
        • 金属会因温度升高而膨胀，不同的金属材料，在升高相同的温度时，膨胀程度不同
      • 热电偶
    • 光传感器
    • 力传感器
  • 传感器的应用举例
    • 温度传感器的应用——电熨斗
    • 温度传感器的应用——电饭锅
    • 光传感器的应用——火灾报警器
    • 各种传感器的应用——汽车