第十三章交變電流電磁振蕩電磁波

高考復(fù)習(xí)十三【交變電流電磁振蕩電磁波】三課時(shí)兩類電流：恒定電流:大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流；交變電流:大小和方向隨時(shí)間周期性變化的電流；1.正弦式交變電流的產(chǎn)生原理及變化規(guī)律:一、正弦式交變電流：當(dāng)閉合矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁感線的軸線做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閉合線圈中就有交流電產(chǎn)生．試導(dǎo)出瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)e的表達(dá)式。θθ中性面開始計(jì)時(shí)：e=

NBL1L2ωsinωt=NBSωsinωt=Emsinωt電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。垂直于中性面開始計(jì)時(shí)：

e=Emcosωt

電流的瞬時(shí)值：電壓的瞬時(shí)值：eR總EmR總eR總i==sinωt=Imsinωtu=iR=Im

Rsinωt=UmsinωtEm=NBSω2.中性面:①中性面在垂直于磁場(chǎng)位置．②線圈通過(guò)中性面時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大．③線圈平面通過(guò)中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零．④線圈平面每轉(zhuǎn)過(guò)中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流方向改變一次，轉(zhuǎn)動(dòng)一周線圈兩次通過(guò)中性面，故一周里線圈中電流方向改變兩次．3.圖象表示：TTT4.交流發(fā)電機(jī):

（1）發(fā)電機(jī)的基本組成：用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（叫電樞）用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁極（2）發(fā)電機(jī)的基本種類轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫轉(zhuǎn)子，不動(dòng)的部分叫定子旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)5.其它交變電流:交變電流的特點(diǎn)：方向隨時(shí)間變化！itit例題：試分析下列電流屬于交變電流的是()例題：一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁力線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，若圖所示為穿過(guò)線圈的磁通量隨時(shí)間的變化圖線，則下面說(shuō)法正確的是：A．t=0時(shí)，線圈平面與中性面垂直B．t=0.01s時(shí)刻，磁通量的變化率最大C．t=0.02s時(shí)刻，線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大D．t=0.03s時(shí)刻，線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為零D例題：如圖所示，共n匝、阻值為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈軸線OO′與磁場(chǎng)邊界重合。線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω。開始計(jì)時(shí)的時(shí)刻，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，規(guī)定電流方向沿abcd為正方向。則線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像應(yīng)是圖（乙）中的A例題:(07四川)

如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí)()A．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流B．線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)C．線圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是a→b→c→dD線圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力

dabcBP1P2A2、描述交變電流的大?。鹤畲笾担篍m、Im、Um瞬時(shí)值：e、i、u有效值:E、I、U1、描述交變電流變化快慢：T、f、

ω、n二、交變電流的描述:

物理量都有約定的表示法，千萬(wàn)不要混用?、偎矔r(shí)值：它是反映不同時(shí)刻交變電流的大小和方向，正弦式電流瞬時(shí)值表達(dá)式為正弦函數(shù)時(shí),應(yīng)當(dāng)注意必須從中性面開始。e=NBSωsinωt【例題】交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由B∥S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(guò)30°時(shí)交流電壓的瞬時(shí)值為＿＿V。17.3U=Umcosωt②最大值：也叫峰值，它是瞬時(shí)值的最大者，它反映的是交流電大小的變化范圍，當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時(shí)，交流電動(dòng)勢(shì)最大，（轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線）。注意：電容器接在交流電路中，則交變電壓的最大值不能超過(guò)電容器的耐壓值?！纠}】把一電容器C接在220V的交流電路中，為了保證電容不被擊穿，電容器C的耐壓值是多少？③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(guò)相同阻值的電阻，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。t/sI/A1210-20例題：圖象1為10A的直流電，圖象2表示最大值為20A的交流電，讓它們通過(guò)相同的電阻R，在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等嗎？例題:通過(guò)某電阻的周期性交變電流的圖象如右。求該交流電的有效值I?！暗刃Хā笔且环N物理學(xué)重要的思維方法，交流電的“有效值”就是等效為相應(yīng)的直流電。注意：對(duì)于非正弦電流的有效值以上關(guān)系不成立，應(yīng)根據(jù)定義來(lái)求。通常所說(shuō)交流電壓、電流是用電壓表、電流表測(cè)得的，都是指有效值.用電器銘牌上所標(biāo)電壓、電流值也是指有效值.在計(jì)算交流電通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生熱量、熱功以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，只能用有效值.題目中沒有特殊說(shuō)明的也為有效值.正弦交流電的有效值跟最大值之間的關(guān)系是：④平均值：它是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時(shí)間的比值.例題：正弦交流電是由閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的．線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，則此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為＿＿＿＿V，頻率為＿＿＿＿Hz．（05上海）高考題賞析：220

50例題：處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab垂直。在t=0時(shí)刻，線圈平面與紙面重合（如圖），線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動(dòng)。若規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線是（05全國(guó)Ⅱ）

Babcdt0ICt0IDt0IAt0IBCA．通過(guò)R的電流iR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是iR=cos100πt(A)B．通過(guò)R的電流iR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是iR=cos50πt(A)C．R兩端的電壓uR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是uR=5cos100πt(V)D．R兩端的電壓uR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是uR=5cos50πt(V)例題：正弦交流電源與電阻R．交流電壓表按圖1所示的方式連接，R=10Ω，交流表的示數(shù)是10V。圖2是交變電源輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象，則（05北京）圖1VR交變電源Um-UmU/Vt/×10-2s120圖2A

baBl例題：將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長(zhǎng)L，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．方向如圖的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)線在a．b兩處通過(guò)電刷與外電路連接，外電路有額定功率為P的小燈泡并正常發(fā)光，電路中除燈泡外，其余部分的電阻不計(jì)，燈泡的電阻應(yīng)為（05天津）Ａ．(2πL

2nB)2/PＢ．2(πL2nB)2/PＣ．(L2nB)2/2PＤ．(L2nB)2/PB三、感抗和容抗（統(tǒng)稱電抗）1、感抗表示電感對(duì)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”2、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”2πfC容抗：XC=1感抗：XL=2πfL例題：在圖所示的電路中，如果交變電流的頻率增大(假設(shè)有效值不變)，1、2和3燈的亮度變化情況是A．1、2兩燈均變亮，3燈變暗B．1燈變亮，2、3兩燈均變暗 C．1、2燈均變暗，3燈亮度不變D．1等變暗，2燈變亮，3燈亮度不變D例題：測(cè)定壓力變化的電容式傳感器的原理圖所示，A為固定電極，B為可動(dòng)電極，AB組成一個(gè)電容可變的電容器．可動(dòng)電極兩端固定，當(dāng)待測(cè)壓力施加在可動(dòng)電極上時(shí)，是可動(dòng)電極發(fā)生形變，從而改變了電容器的電容．現(xiàn)將此電容傳感器連接到如圖所示的交流電路中，圖中電流表為交流電表，R為保護(hù)電阻，若保持電的頻率及電壓的有效值不變，則（）待測(cè)AabR～BAA.當(dāng)待測(cè)壓力增大時(shí)，電容器的電容將減小B.當(dāng)待測(cè)壓力增大時(shí)，電流表的示數(shù)將增大C.當(dāng)待測(cè)壓力不變時(shí)，電流表的示數(shù)為零D.當(dāng)待測(cè)壓力為零時(shí)，電流表的示數(shù)為零B四、理想變壓器：1．理想變壓器的構(gòu)造、作用、原理及特征:作用：在輸送電能的過(guò)程中改變電壓.原理：其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象(互感現(xiàn)象)構(gòu)造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個(gè)閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器特征：正因?yàn)槭抢秒姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象來(lái)工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過(guò)程中改變交變電壓

2．理想變壓器的理想化規(guī)律：忽略原、副線圈內(nèi)阻U1＝E1，U2＝E2考慮到鐵心的導(dǎo)磁作用而且忽略漏磁，即認(rèn)為在任意時(shí)刻穿過(guò)原、副線圈的磁感線條數(shù)都相等理想變壓器的電壓變化規(guī)律例題：如圖所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為4：1平行金屬導(dǎo)軌與原線圈相連，當(dāng)導(dǎo)體ab在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)為12mA，則電流表A2示數(shù)為______mA03.需要特別引起注意的是:即對(duì)同一變壓器的任意兩個(gè)線圈P入=P出即無(wú)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。只有當(dāng)變壓器只有一個(gè)副線圈工作時(shí)適用輸入功率由輸出功率決定例題：如圖所示，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為nl和n2，當(dāng)負(fù)載電阻R中流過(guò)的電流為I時(shí)，原線圈中流過(guò)的電流為

；現(xiàn)減小負(fù)載電阻R的阻值，則變壓器的輸入功率將

（填“增大”、“減小”或“不變”）[06上海卷]

增大例題:如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1,原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220V,60W”燈泡一只，且燈光正常發(fā)光。則[06四川]A.電流表的示數(shù)為B.電源輸出功率為1200WC.電流表的示數(shù)為D.原線圈端電壓為11VCB例題：如圖（a）、（b）所示，當(dāng)圖中a、b兩端與e、f兩端分別加上220V的交流電壓時(shí)，測(cè)得c、d間與g、h間的電壓均為110V.若分別在c、d兩端與g、h兩端加上110V的交流電壓，則a、b與e、f間的電壓為(97全國(guó))A.220V，220VB.220V，110VC.110V，110VD.220V，0n2

Ln3

R220Vn1例題：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=288匝、n3=8000匝，電源電壓為U1=220V。n2上連接的燈泡的實(shí)際功率為36W，測(cè)得初級(jí)線圈的電流為I1=0.3A，求通過(guò)n3的負(fù)載R的電流I3。I3=0.03A測(cè)低電壓U2可算出被測(cè)高電壓U1電壓互感器(n1>n2)由4、變壓器的應(yīng)用電流互感器測(cè)小電流I2可算出被測(cè)大電流I1(n1<n2)由遠(yuǎn)距離輸電:功率之間的關(guān)系是：P1=P1’，P2=P2’，P1’=Pr+P2電壓之間的關(guān)系是：電流之間的關(guān)系是：遠(yuǎn)距離輸電的示意圖;包括發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻例題:某發(fā)電站的輸出功率為104KW,輸出電壓為4kV，通過(guò)理想變壓器升壓后向80km遠(yuǎn)處供電。已知輸電導(dǎo)線的電阻率為ρ=2.4×10-8Ωm,導(dǎo)線橫截面積為1.5×10-4m2，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%，求：[06廣東卷]（1）升壓變壓器的輸出電壓；（2）輸電線路上的電壓損失。

8×104V3200V例題：學(xué)校有一臺(tái)應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r=1Ω，升壓變壓器匝數(shù)比為1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1，輸電線的總電阻為R=4Ω，全校22個(gè)教室，每個(gè)教室用“220V，40W”的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：⑴發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？⑵發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)多大？⑶輸電線上損耗的電功率多大？

~R5424W250V144W1.電磁振蕩正向放電反向放電正向充電反向充電+?+?+?電磁場(chǎng)和電磁波tiOTqi與q，B與E，磁場(chǎng)能與電場(chǎng)能均為互補(bǔ)關(guān)系一個(gè)周期內(nèi)：充放電各兩次能量轉(zhuǎn)化兩次振蕩周期：例題：在LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖所示，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是：A．若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器上極板帶正電；B．若電容器正在放電，則電容器上極板帶負(fù)電；C．若電容器上極板帶正電，則線圈中電流正在增大；D．若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大．例題：LC回路中電容兩端的電壓u隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖所示，則：A．在時(shí)刻t1，電路中的電流最大；B．在時(shí)刻t2，電路的磁場(chǎng)能量大；C．從時(shí)刻t2到t3，電路的電場(chǎng)能不斷增大D．從時(shí)刻t3到t4，電容的帶電量不斷增大ABBC2.電磁場(chǎng):麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。注意：兩點(diǎn)理解振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)；振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng)。變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)。3.電磁波：變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)從產(chǎn)生的區(qū)域由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播開去，就形