物理-原子物理與電學(xué)復(fù)習(xí)5

1、第 8 講電學(xué)復(fù)習(xí)（下）-交變電流 電磁場和電磁波一、正弦交變電流正弦交變電流的產(chǎn)生當(dāng)閉合線圈由中性面位置（圖中 O1O2 位置）開始在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間而變的函數(shù)是正弦函數(shù)：e=Emsint，其中 Em=nBS。這就是正弦交變電流。交變電流的有效值交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻O1BO2值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。只有正弦交變電流的有效值才一定是最大值的 2 /2 倍。通常所說的交變電流的電流、電壓；交流的讀數(shù)；交流電器的額定電壓、額定電流；保險(xiǎn)絲的熔斷電流等都指有效

2、值。（電容器的耐壓值是交流的最大值。）3正弦交變電流的最大值、有效值、瞬時(shí)值和平均值正弦交變電流的電動(dòng)勢、電壓和電流都有最大值、有效值、瞬時(shí)值和平均值的區(qū)別。以電動(dòng)勢為例：最大值用Em表示，有效值用E 表示，瞬時(shí)值用e 表示，平均值用 E 表示。它們的關(guān)系為：E=Em/2 ，e=Emsint。平均值不常用，必要時(shí)要用法拉第電磁感應(yīng)定律直接求： E n 。特別要注意，有效t值和平均值是不同的兩個(gè)物理量，千萬不可。生活中用的市電電壓為 220V，其最大值為 220 2 V=311V（有時(shí)寫為 310V），頻率為 50HZ，所以其電壓即時(shí)值的表達(dá)式為 u=311sin314tV。例 1交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)

3、子由 BS 的位置開始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，與它并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為 14.1V，那么當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過 30時(shí)交流電壓的瞬時(shí)值為V。i/A3o例 2通過某電阻的周期效值 I。變電流的圖象如右。求該交流電的有0.6/s-6例 3交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有 n 匝線圈，每匝線圈所圍面積為 S，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，線圈內(nèi)電阻為 r，外電路電阻為 R。當(dāng)線圈由圖中實(shí)線位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 90到達(dá)虛線位置過程中，求：通過 R 的電荷量 q為多少？R 上產(chǎn)生電熱 QR 為多少？外力做的功 W 為多少？ 第 1 頁 0.2 0.30.5例 4左圖所示是某種型號(hào)的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交變電源上，通過裝置 P

4、使加在電熱絲上的電壓的波形如右圖所示。此時(shí)接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為（ ）u/VP311uVt/10-2so1 2 3 4 5A110VC220VB156VD311V4理想變壓器理想變壓器的兩個(gè)基本公式是：U1n1 ，即對(duì)同一變壓器的任意兩個(gè)線圈，都有電壓和匝U 2n2數(shù)成正比。P 入=P 出，即無論有幾個(gè)副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。需要特別引起注意的是：, I1 n2I U I只有當(dāng)變壓器只有一個(gè)副線圈工作時(shí)，才有：U1 12 2In212 n U變壓器的輸入功率由輸出功率決定，往往用到： P/ R ，即在輸入電壓確定以 U I 2 1 1 11 1n后，輸

5、入功率和原線圈電壓與副線圈匝數(shù)的平方成正比，與原線圈匝數(shù)的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比。式中的 R 表示負(fù)載電阻的阻值，而不是“負(fù)載”?！柏?fù)載”表示副線圈所接的用電器的實(shí)際功率。實(shí)際上，R 越大，負(fù)載越??；R 越小，負(fù)載越大。這一點(diǎn)在審題時(shí)要特別注意。例 5理想變壓器初級(jí)線圈和兩個(gè)次級(jí)線圈的匝數(shù)分別為 n1=1760 匝、n2=288nL2匝、n =8000 匝，電源電壓為 U =220V。n 上連接的燈泡的實(shí)際功率為 36W，n220V3121測得初級(jí)線圈的電流為 I1=0.3A，求通過 n3 的負(fù)載 R 的電流 I3。R5遠(yuǎn)距離輸電一定要畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)

6、變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻。并按照規(guī)范在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號(hào)。一般Dr1D2I1/ n1/ 2I1n1I rI2n2/n2設(shè)兩個(gè)變壓器的初、次級(jí)線圈的匝數(shù)分別為、n1、n / n 、n /，相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號(hào)來表示。從圖中應(yīng)該看出功率之間的關(guān)系1 22/U是：P1=P1/，P2=P2/，P1 =Pr=P2。電壓之間的關(guān)系是： 1 n1 , U 2n,U U U。電流之間的關(guān)2U n U n1r21122 n1 , I 2I1系是：n, I I I ?？梢娖渲须娏髦g的關(guān)系最簡單，I , I , I 中只要知道一個(gè)，2I nI 1r21r2n1122另兩個(gè)總和它

7、相等。因此求輸電線上的電流往往是這類問題的突破口。輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計(jì)算時(shí)都必須用U 2Pr I r,U I r ，而不能用2 1 。rPrrrr 第 2 頁 In32 PL1特別重要的是要會(huì)分析輸電線上的功率損失 P 1 ，由此得出的結(jié)論： 減少 U rSU 2 S 1 1輸電線功率損失的途徑是提高輸電電壓或增大輸電導(dǎo)線的橫截面積。兩者相比，當(dāng)然選擇前者。若輸電線功率損失已經(jīng)確定，那么升高輸電電壓能減小輸電線截面積，從而節(jié)約大量金屬材料和架設(shè)電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地。例 6學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為 r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為 14，降壓

8、變壓器的匝數(shù)比為 41，輸電線的總電阻為 R=4，全校 22 個(gè)教室，每個(gè)教室用“220V，40W”的燈 6 盞，要求所有燈都R正常發(fā)光，則：發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢多大？輸電線上損耗的電功率多大？二、電磁場和電磁波1電磁場要深刻理解和應(yīng)用場。電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁可以證明：振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場；振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場。按照的電磁場理論，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的的場，這就是電磁場。電場和磁場只是這個(gè)2電磁波的電磁場的兩種具體表現(xiàn)。變化的電場和磁場從產(chǎn)生的區(qū)域由近及遠(yuǎn)地向周圍空間開去，就形成了電磁波。時(shí)間內(nèi)輻

9、射出的能量 Pf 4）；形成開放電有效地發(fā)射電磁波的條件是：頻率足夠高（路（把電場和磁場分散到盡可能大的空間離里去）。電磁波是橫波。E 與 B 的方向彼此垂直，而且都跟波的方向垂直，因此電磁波是橫波。電不需要靠別的物質(zhì)作介質(zhì)，在真空中也能。在真空中的波速為 c=3.0108m/s。磁波的3電磁波的應(yīng)用要知道廣播、電視、無線通信等都是電磁波的具體應(yīng)用。 第 3 頁 例7，半徑為 r 且水平放置的光滑絕緣的環(huán)形管道內(nèi)，有一個(gè)電荷量為 e，質(zhì)量為 m 的電子。此裝置放在勻強(qiáng)磁場中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系式為 B=B0+kt（k0）。根據(jù)電磁場理論，均勻變化的磁場將產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，該感應(yīng)電場對(duì)電

10、子將有沿圓環(huán)切線方向的作用力，使其得到加速。設(shè)t=0時(shí)刻電子的初速度大小為v0，方向順時(shí)針，從此開始后運(yùn)動(dòng)一周后的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，則此時(shí)電子的速度大小為（）A B1 re2r 2 keBv0 2vmC B0 rem2r 2ke0Dv0 2mm例8，平行板電容器和電池組相連。用絕緣工具將電容器兩板間的距離逐漸增大的過程中，關(guān)于電容器兩極板間的電場和磁場，下列說法中正確的是（A兩極板間的電壓和場強(qiáng)都將逐漸減小 B兩極板間的電壓不變，場強(qiáng)逐漸減小 C兩極板間將產(chǎn)生順時(shí)針方向的磁場D兩極板間將產(chǎn)生逆時(shí)針方向的磁場）電磁振蕩的周期公式為： T 2 LC 。4電磁振蕩感抗和容抗（統(tǒng)稱電抗）感抗表示電感對(duì)

11、交變電流的阻礙作用，其特點(diǎn)是“通直流，阻交流”、“通低頻，阻高頻”。容抗表示電容對(duì)交變電流的阻礙作用，其特點(diǎn)是“通交流，隔直流”、“通高頻，阻低頻”。三、傳感器1傳感器：傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)量、傳輸、處理和控制了。傳感器一般由敏感元件和輸出部分組成，通過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理。常見的傳感器有：力傳感器、氣敏傳感器、超聲波傳感器、超聲波傳感器、磁敏傳感器常見傳感器元件：光敏電阻

12、：光敏電阻的材料是一種半導(dǎo)體，無光照時(shí)，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性能變好，光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。它就象人的眼睛，可以看到光線的強(qiáng)弱。金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。它能用把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量。熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而升高或降低。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。電容式位移傳感器能夠把物體的位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電容這個(gè)電學(xué)量。 第 4 頁 拓展：分析下列傳感器的工作原理：4霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁

13、學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量如圖，霍爾元件是在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體（例如砷化銦）薄片上，制作 4 個(gè)電極 E、F、M、N 而成。若在 E、F 間通入恒定的電流 I，同時(shí)外加與薄片垂直的勻強(qiáng)磁場 B，薄片中的載流子就在力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使 M、N 間出現(xiàn)電壓 UH。這個(gè)電壓叫霍爾電壓，其決定式為U k IB 。式中 d 為Hd薄片的厚度， k 為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)推導(dǎo)：IFNMEB5邏輯電路UH對(duì)于與門電路，只要一個(gè)輸入端輸入為“0”，則輸出端一定是“0”；反之，只有當(dāng)所有輸入都同時(shí)為“1”，輸出才是“1”。對(duì)于或門電路，只要有一個(gè)輸入“1”，則輸出一定是“1”；反之，只有當(dāng)所有輸

14、入都同時(shí)為“0”時(shí)，輸出才是“0”。非門電路中，當(dāng)輸入為“0”時(shí)，輸出總是“1”；當(dāng)輸入為“1”時(shí)，輸出反而是“0”。非門電路也稱為反相器。 第 5 頁 針對(duì)訓(xùn)練：1關(guān)于電磁感應(yīng)，下列說法中正確的是（）A穿過線圈的磁通量越大，感應(yīng)電動(dòng)勢越大； B穿過線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動(dòng)勢一定為零；C穿過線圈的磁通量的變化越大，感應(yīng)電動(dòng)勢越大；D穿過線圈的磁通量變化越應(yīng)電動(dòng)勢越大。ba2如圖示,下列情況下線圈中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（AI 增加 B線圈向右平動(dòng) C線圈向下平動(dòng)D線圈以 ab 邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)）Icd第2題3，水平面上放置兩根平行的金屬導(dǎo)軌，其v上面擱置兩根金屬棒 ab 和 cd，它們能在導(dǎo)軌上ab

15、 和 cd 棒之間，則）ca滑動(dòng)，現(xiàn)有一條形磁鐵豎直 ab 和 cd 棒的運(yùn)動(dòng)情況是（ A相互靠近B相互排斥 C兩棒都向左方運(yùn)動(dòng)D兩棒都向右方運(yùn)動(dòng)db第3題4關(guān)于感應(yīng)電流，以下說法正確的是（）只要閉合電路作切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，閉合電路中就一定有感應(yīng)電流；當(dāng)穿過閉合電路的磁通量變化越大，閉合電路中感應(yīng)電流就越強(qiáng)；C感應(yīng)電生的磁場方向總是與原磁場的方向相反；ID以上說法都不正確。b5，三個(gè)線圈在同一平面內(nèi)，當(dāng) I 減小時(shí)，a、b 線圈中的感應(yīng)電流方向?yàn)椋ˋ都為順時(shí)針方向；）aBa 線圈中為順時(shí)針方向，b 線圈中為逆時(shí)針方向；C都為逆時(shí)針方向；Db 線圈中為順時(shí)針方向，a 線圈中為逆時(shí)針方向。第 5

16、題6，勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里，而且邊界。）用力將矩形線圈從磁場中勻速拉出，下面敘述錯(cuò)誤的是（ A拉出線圈的速度越大，拉力做功越多； B線圈的寬度 a 越大，拉力做功越多； C線圈電阻越大，拉力做功越多；D磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，拉力做功越多；F第 6 題 第 6 頁 Bacba7，閉合金屬線圈 abcd 位于水平方向勻強(qiáng)磁場的上方 h 處，由靜止開始下落，再進(jìn)入磁場，在運(yùn)動(dòng)過程中，線圈平面始終和磁場方向垂直，d不計(jì)空氣阻力，那么線框在磁場中不可能作的運(yùn)動(dòng)是（）hA加速運(yùn)動(dòng)B勻速運(yùn)動(dòng) C運(yùn)動(dòng)D狀態(tài)B第7題8（多選題）圖（a）為兩個(gè)相同的環(huán)形線圈，共軸并靠近放置，A 線圈通有如圖 4（b）所示的

17、交流電，則（）在t1 到t2 時(shí)間內(nèi)，A、B 兩線圈相吸。在t2 到t3 時(shí)間內(nèi)，A，B 兩線圈相斥。在t1 時(shí)刻兩線圈間作用力為零。在t2 時(shí)刻兩線圈間吸力最大。9第一個(gè)發(fā)現(xiàn)電流周圍存在著磁場的科學(xué)家是，英國物理第學(xué)8家題發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，即 n。物理學(xué)家在他發(fā)現(xiàn)該定律后，于 1883 年提出t了判定感應(yīng)電流方向的定律。10，一閉合線圈 a 懸吊在一個(gè)通電長螺線管的左側(cè)，如果要使線圈中產(chǎn)生圖示方向的感應(yīng)電流，滑動(dòng)變阻器的滑片 P 應(yīng)向滑動(dòng)。要使線圈 a 保持不動(dòng)，應(yīng)給線圈施加一水平向的外力。第10題11，當(dāng)條形磁鐵插進(jìn)帶有缺口的圓形銅環(huán)時(shí)，在銅環(huán)中產(chǎn)生SNab，而不產(chǎn)生（選填“感應(yīng)電流”或

18、“感應(yīng)電動(dòng)勢”），銅環(huán)的 a 端是電源的極。第11 題12一閉合線圈有 50 匝，總電阻 R20，穿過它的磁通量在 0.1s 內(nèi)由 8103Wb 增加到 1.2102Wb，則線圈中磁通量的變化率為Wb/s，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢 V，線圈中的電流強(qiáng)度 IA。 第 7 頁 13，在磁感強(qiáng)度為 1T 的勻強(qiáng)磁場中，讓長為 1m、電阻為 0.5的導(dǎo)體棒 AB 在寬度也為 1m 的金屬框上以 1ms 的速度向右運(yùn)動(dòng)，已知電阻 R0.5，其它電阻忽略不計(jì)。導(dǎo)體棒 AB 中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為V，通過導(dǎo)體棒 AB 的電流是A第13題14，一質(zhì)量 m0.1kg 的金屬棒 ab 可沿接有電阻 R1的足夠長的豎直導(dǎo)體

19、框架無摩擦地滑動(dòng)，框架間距 L50cm，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B0.4T，方向如圖示，其余電阻均不計(jì)。若棒 ab 由開始沿框架下落 ，且與框保持良好接觸，那么在下落的前一階段，棒 ab 將做運(yùn)動(dòng)，當(dāng)棒 ab 運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的速度 v。（g10m/s2）第 14 題15如圖示，電阻 r5的金屬棒 ab 放在水平光滑平行導(dǎo)軌 PQMN 上（導(dǎo)軌足夠長），ab 棒與導(dǎo)軌垂直放置，導(dǎo)軌間間距 L30cm，導(dǎo)軌上接有一電阻 R10，整個(gè)導(dǎo)軌置于豎直向下的磁感強(qiáng)度 B0.1T 的勻強(qiáng)磁場中，其余電阻均不計(jì)?，F(xiàn)使 ab 棒以速度 v2.0m/s 向右作勻速直線運(yùn)動(dòng)，試求：（1）ab 棒中的電流方向及 ab 棒兩端的電壓 Uab；（2）ab 棒所受的力大小 Fab 和方向。第 15 題16，兩根相距 l 的豎直平行金屬導(dǎo)軌位于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌電阻不計(jì)。另有兩根質(zhì)量均為 m、電阻均為 R 的金屬棒 ab、cd，與導(dǎo)軌光滑接觸。若要使 cd 棒，則應(yīng)使 ab 棒在豎直方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)。求：ab 棒的運(yùn)動(dòng)速度大小和方向；此時(shí)加在 ab 棒上的外力大小和方向。第 16 題 第 8 頁 aBbcd17，邊界的勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度 B10T，寬度 d10cm，正方形單匝金屬線框 abcd邊長 l20c