交變電流電磁場和電磁波（教案）

交變電流電磁場和電磁波一、高考趨勢二、學(xué)問構(gòu)造三、考綱要求四、考點(diǎn)講解五、典型例題六、高考真題七、單元練習(xí)一、高考趨勢近年來高考有關(guān)溝通電的試題，平均每年都有，通常是選擇題和填空題的形式消滅，考察方式上既有對(duì)本章學(xué)問內(nèi)容的單獨(dú)考察，如命題頻率較高的溝通電的產(chǎn)生及變化規(guī)律(包括圖像)、最大值與有效值、變壓器的變壓比和變流比等頻繁消滅；又有對(duì)本章學(xué)問和電學(xué)的其他局部(19997題、19974題)、力學(xué)〔1993191994年的18小題)間的運(yùn)動(dòng)向題，在加強(qiáng)力氣考察的現(xiàn)代高考中，更是一個(gè)熱點(diǎn)．估量在今后的高考中，對(duì)這局部內(nèi)容的考察仍是立足于根底，保持以往的水平．電磁振蕩和電磁波在近年來高考中，重點(diǎn)考察LC振蕩電路的振蕩過程和規(guī)律的推斷，幾乎每年都有一道有關(guān)電磁振蕩的根底題，且多為選擇題．電磁波根底學(xué)問試題消滅的較少．本章有關(guān)論證和計(jì)算較少而概念表達(dá)較強(qiáng)，高考只限于把握課本范圍內(nèi)的學(xué)問，且都是“A19992023年全國高考題試題都沒有考察該局部，這并不是說高考不考該局部學(xué)問．返回二、學(xué)問構(gòu)造交變電流：電磁場和電磁波：返回三、考綱要求交變電流：電磁場和電磁波：返回四、考點(diǎn)講解一、正弦交變電流正弦交變電流的產(chǎn)生1 m當(dāng)閉合線圈由中性面位置〔OO1 mm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=E變電流。m

sinωtE

=nBSω。這就是正弦交交變電流的有效值2交變電流的有效值是依據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓溝通和直流通過一樣阻值的電阻，假設(shè)它們?cè)谝粯拥臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這始終流的數(shù)值叫做這一溝通的有效值。2

/2倍?！病痴医蛔冸娏鞯淖畲笾?、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)分。EEe表示，平均值用E表示。2m2它們的關(guān)系為：E=E/m

，e=E

sinω。平均值不常用，必要時(shí)要用法拉第電磁感應(yīng)定律直mEn。特別要留意，有效值和平均值是不同的兩個(gè)物理量，千萬不行混淆。t2生活中用的市電電壓為220，其最大值為220 V=311〔有時(shí)寫為310，頻率為250Hu=311sin314tV。Z抱負(fù)變壓器抱負(fù)變壓器的兩個(gè)根本公式是：⑴U1n1，即對(duì)同一變壓器的任意兩個(gè)線圈，都有U n2 2有輸出功率之和。

=P ，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入 出需要特別引起留意的是：UI11

I nU I, 1 22 2 I n2 1

nU

，即在輸入電PUI

2 1 /R1 11 n1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)載越小；R越小，負(fù)載越大。這一點(diǎn)在審題時(shí)要特別留意。遠(yuǎn)距離輸電確定要畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻。并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號(hào)。一般設(shè)兩個(gè)變壓器的初、次級(jí)線圈的匝數(shù)分別為、n1

、n/n1

、n/，相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)當(dāng)承受相應(yīng)的符號(hào)來表示。從圖中應(yīng)2 2該看出功率之間的關(guān)系是：P1

=P/，P=P1 2

/，P1

/=P=Pr

。電壓之間的關(guān)系是：U n U n

I n I n1 1,

2

,UU

U 。電流之間的關(guān)系是：1

1, 2

2,II

I ?？蒛 n U n 1 r 2

I n I n 1 r 21 1 2 2

1 1 2 2I,I,I1 r

中只要知道一個(gè)，另兩個(gè)總和它相等。因此求輸電線上的電流往往是這類問題的突破口。U2P I2r,Ur r

Ir，而不能用P 1 。r r r特別重要的是要會(huì)分析輸電線上的功率損失

2

L 1 P 1 1r U1

S U2S1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。二、電磁場和電磁波電磁場要深刻理解和應(yīng)用麥克斯韋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)生磁場?？梢宰C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。的統(tǒng)一的場，這就是電磁場。電場和磁場只是這個(gè)統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)。電磁波變化的電場和磁場從產(chǎn)生的區(qū)域由近及遠(yuǎn)地向四周空間傳播開去，就形成了電磁波?！矄挝粫r(shí)間內(nèi)輻射出的能量Pf4開放電路〔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，而且都跟波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波。電磁波的傳播不需要靠別的物質(zhì)作介質(zhì)，在真空中也能傳播。在真空中的波速為c=3.0×108m/s。電磁波的應(yīng)用要知道播送、電視、雷達(dá)、無線通信等都是電磁波的具體應(yīng)用。返回五、典型例題1.2B∥S的位置開頭勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，與它并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為14.1V，30°時(shí)溝通電壓的瞬時(shí)值為＿＿V1.2U解：電壓表的示數(shù)為溝通電壓的有效值，由此可知最大值為 =Um

U=20V。而轉(zhuǎn)過30°時(shí)u=Ucos30°=17.3V。2.2.通過某電阻的周期性交變電流的圖象如右。求該溝通電的有效值I。T=0.3st=0.2sI=3At=0.1sI=-6A，因1 1 2 22此這一個(gè)周期內(nèi)電流做的功可以求出來，依據(jù)有效值的定義，設(shè)有效值為I，依據(jù)定義有：2I2RT=I2Rt+I3.3.

2Rt2

帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：I=3 A溝通發(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，ωrR。當(dāng)線圈由圖中實(shí)線位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90°R的電荷量qR上產(chǎn)生電熱Q為多少？RW為多少？解：⑴按照電流的定義I=q/t，計(jì)算電荷量q 應(yīng)該用電流的平均值：即E n nBS nBSqIt,而I ,q

，這里電流和電動(dòng)勢都必需要用平均值，Rr

Rr不能用有效值、最大值或瞬時(shí)值。QRQ。RE2 nBS2

R QI2(Rr)t

Rr 2

2

,Q R

QRr

4Rr2。這里的電流必需要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬時(shí)值。W=Q

n2B2S2。確定要學(xué)會(huì)用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來分析功和能。4.P4.A.110V B.156V C.220V D.311V解：從u-t圖象看出，每個(gè)周期的前半周期是正弦圖形，其有效值為220V；后半周期電壓1為零。依據(jù)有效值的定義，U2TU2T0 得U=156V，選B。1R R 25.n=1760匝、n=288匝、n5.1 2 3匝，電源電壓為U=220V。n 上連接的燈泡的實(shí)際功率為36W，測得初級(jí)線圈的電流為1 2I=0.3AnRI。1 3 3I∝1/nP=P+P1 2 3

U例6.例6.

=36V，U3

1

I=U1

I+UI2 33

I=1AI=0.03A。2 3在變電站里，常常要用溝通電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個(gè)圖中，能正確反響其工作原理的是解：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏鳎虼嗽€圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必需將原線圈串聯(lián)在火線中。選A。7.22的燈6盞，要求全部燈都正常發(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)勢多大？⑶輸電線上損耗的電功率多大？7.22×6×40=5280WPI 22 U2

5280220

24

A，輸電線上的電流

II1

II 262 4

A，降壓變壓器上：U=4U2

/=880V，輸電線上的電壓損失為：U=Ir

R=24V，因此升壓變壓器的輸出電壓為RU/=U+U=904，輸入電壓為U=U//4=226，輸入電流為I=4I/=24，所以發(fā)電機(jī)輸1 R 2 1 1 1 1P

=UI出11

=5424WE=U1+I1r=250V8.PR=IR2R8.在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量削減輸電線上的功率損失。有一個(gè)坑口電站，輸送的電P=500kWU=5kV的電壓輸電時(shí)，測得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只4800ηr電效率提高到98%，又不轉(zhuǎn)變輸電線，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？r P=500kWE=Pt=12023E/=7200η=60%I=P/UI=100A，而輸電線損耗功率可P=I2rP=4800/24=200kWr=20Ωr

1P=200kW，現(xiàn)在要求P/=10kW，計(jì)算可P r r rr U U2得輸電電壓應(yīng)調(diào)整為U/=22.4kV。時(shí)間Δt=0.4ms，那么被監(jiān)視的目標(biāo)到雷達(dá)的距離為 km。該雷達(dá)發(fā)出的電磁波的波長為 m。解：由s=cΔt=1.2×105m=120km60km。9.f某防空雷達(dá)放射的電磁波頻率為=3×103MH9.fZcfλλ=0.1m10.的電場，使電子加速。被加速的電子同時(shí)在洛倫茲力的作用下沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)。設(shè)法把高能r=0.84m的電子感應(yīng)中，電子在被4.2ms120MeV。這期間電子軌道內(nèi)的高頻交變磁場是線性變化的，1.8Wb，求電子共繞行了多少周？10.解：依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，環(huán)形室內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢為E=t

=429V，設(shè)電子在例11.K NNeEEN=E/Ee，帶入數(shù)據(jù)可N=2.8×105例11.K 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mB=B0

+t

k>0。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v

，方向順時(shí)針，從0B此開頭后運(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v202v202r2kemm

C.B0re D.v2v202r2kem解：感應(yīng)電動(dòng)勢為E=kπr2，電場方向逆時(shí)針，電場力對(duì)電子做正功。在轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過程中對(duì)電kr2e

12

1mv2，B正確；由半徑公式知，A也正確，答案為AB。2 0例12.例12.A.兩極板間的電壓和場強(qiáng)都將漸漸減小B.兩極板間的電壓不變，場強(qiáng)漸漸減小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E=U/dQ=UC，dC減小，因此電容器帶電量減小，即電容器放電。放電電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針。在引線四周的磁場方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，因此在兩極板間的磁場方向也是逆時(shí)針方向。選BD。返回六、高考真題1．〔2023年全國〕w繞垂直n=100Φ隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，如以下圖發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r=5.0Ω,外電路電阻感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值 ，其中 為穿過每匝線圈磁通量的最大值。求串聯(lián)在外電路中的溝通電流表〔內(nèi)阻不計(jì)〕的讀數(shù)?！?023年全國〕—個(gè)抱負(fù)變壓器，原線圈和副線圈的匝數(shù)分別為n和n，正常工作l 2時(shí)輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為U1

U、I2

I、P2

Pn＞n則2 1 2U＞U，P＜P

P＝P

，I＜I1 2 l 2 l 2 l 2

，U＞U

P＞P

，I＞Il 2 1 2 l 2 l 2〔2023年全國〕曾經(jīng)流行過一種向自行車車頭燈供電的小型溝通發(fā)電機(jī)，圖9為其構(gòu)造示意圖。圖中N、S是一對(duì)固定的磁極，abcd為固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線框，轉(zhuǎn)軸過bcabr＝1.0cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊02設(shè)線框由N＝800匝導(dǎo)線圈組成，每匝線圈的面積S＝20cm2，磁極間的磁場可視作勻強(qiáng)磁B＝0.010TR1

＝35cmR2

＝4.0cm，大齒R3

＝10.0cm以〔見圖10。現(xiàn)從靜止開頭使大齒輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值U＝3.2V？〔假定摩擦小輪與自行車輪之間無相對(duì)滑動(dòng)〕參考解答：正弦溝通電動(dòng)勢，其最大值 BSNm 0ω0為線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，即摩擦小輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。發(fā)電機(jī)兩端電壓的有效值2U 2 m2設(shè)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω1，由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對(duì)滑動(dòng)，有R r1 1 0小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與自行車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一樣，也為ω1。設(shè)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω，有R R 3 2 1由以上各式解得2U R r 20BSN R R3 1代人數(shù)據(jù)得ω＝3.2rad/s返回七、單元練習(xí)11abcd中產(chǎn)生感應(yīng)電流的以下說法中正確的選項(xiàng)是：A．只要它在磁場中作切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，線框中就產(chǎn)生感應(yīng)電流B．只要它處于變化的磁場中，線框中就產(chǎn)生感應(yīng)電流C．它以任何一條邊為軸，在磁場中旋轉(zhuǎn)，線框中就產(chǎn)生感應(yīng)電流DOO0時(shí)，線框中有感應(yīng)電流。22所示，在絕緣圓筒上繞兩個(gè)線圈PQ，分別與電池ER構(gòu)成閉合回P中，則在插入的過程中：R上沒有電流R上有方向向左的電流R上有方向向右的電流條件缺乏，不能確定3abcd3所示位置時(shí)，cd邊受到的磁場力方向豎直向上，那么線圈的運(yùn)動(dòng)狀況是：向左平動(dòng)，進(jìn)入勻強(qiáng)磁場C．向上平動(dòng)

向右平動(dòng)，退出勻強(qiáng)磁場Dad邊為軸，cb邊向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)4MNabcd4所示。當(dāng)導(dǎo)線中通有M→N方向的恒定電流時(shí)，線框做下面列出的那種運(yùn)動(dòng)，線框中沒有感應(yīng)電流：Aab為軸轉(zhuǎn)動(dòng)CMN為軸轉(zhuǎn)動(dòng)

Bad為軸轉(zhuǎn)動(dòng)D．沿紙面對(duì)下平動(dòng)5、關(guān)于自感系數(shù)的以下說法正確的選項(xiàng)是：A．一個(gè)線圈的自感系數(shù)的大小與電路中的電流強(qiáng)度變化的大小有關(guān)B．一個(gè)線圈的自感系數(shù)的大小與電路中的電流強(qiáng)度變化的快慢有關(guān)C．一個(gè)線圈的自感系數(shù)的大小只與線圈本身的匝數(shù)、外形和大小以及是否有鐵芯有關(guān)D1s1安，在線圈中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢是1V1H。6HLabcd從高處落下。HL。ab邊剛進(jìn)入磁場時(shí)，線框恰好作勻速運(yùn)動(dòng)，則：abcd邊進(jìn)入磁場的過程中，線框作勻速運(yùn)動(dòng)線框進(jìn)入磁場后，作自由落體運(yùn)動(dòng)C．a(chǎn)b邊出磁場時(shí)，線框作勻減速運(yùn)動(dòng)D．a(chǎn)b邊出磁場時(shí)，線框作減速運(yùn)動(dòng)7、用電阻率為San匝。將此線圈垂直于磁場方向放置，如圖6I，方向如圖中箭頭所示，則此可知：A．磁場是增加的，磁感強(qiáng)度變化率為aS/4IB．磁場是減弱的，磁感強(qiáng)度變化率為4I/aSC．磁場是增加的，磁感強(qiáng)度變化率為aS/IDI/aS87所示，導(dǎo)線ACvEFR，導(dǎo)ACv成正比的物理量是：AC中的電流強(qiáng)度AC的作用力R上產(chǎn)生的熱功率AC勻速滑動(dòng)的外力9av勻速穿過一個(gè)有界的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。設(shè)磁場界寬為b，線框電阻為R。假設(shè)ab ，這一過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q= ；假設(shè)ab，Q= 。K處于閉合狀態(tài)，KA的電流方向是從端到 端；這個(gè)試驗(yàn)是用來演示 現(xiàn)象的。1110abMNPQ上勻速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在觀看到懸ab的運(yùn)動(dòng)狀況是。12abcd，abL1

40cm，bcL2

20cm10匝，在磁感強(qiáng)B=0.4T30轉(zhuǎn)/sOO11的位置開頭計(jì)時(shí)，90的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的平均值為V。

V，最大值為 13、如圖12所示，鐵芯的初級(jí)線圈接溝通電源，次級(jí)是兩個(gè)粗、細(xì)線圈共同組成閉合2倍，圖示狀況放置時(shí)，a，b1.2伏；兩線圈位置對(duì)調(diào)后，a，b電壓為伏。1413MONO夾角為ACON。勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面。導(dǎo)軌和金屬桿AC的單位長度的電阻都是，ACvON方向作勻速運(yùn)動(dòng)，求回路中的電流強(qiáng)度。15abcdLRMmMm。用兩根質(zhì)量和電阻均可