物理總復習名師學案交變電流電磁場和電磁波

1、 物理總復習名師學案-交變電流、電磁場和電磁波考點指要知識點要求程度1.交流發(fā)電機及其產(chǎn)生正弦式電流的原理、正弦交流電的圖象.最大值與有效值.周期與頻率.2.電感和電容對交變電流的作用.感抗和容抗.3.變壓器的原理，電壓比和電流比，電能的輸送.4.電磁場.電磁波.電磁波的波速.5.無線電波的發(fā)射和接收.6.電視.雷達.【說明】 只要求討論單相理想變壓器.復習導航 本章內(nèi)容實際上是電磁感應現(xiàn)象研究的繼續(xù)和其規(guī)律的具體應用.從交變電流的產(chǎn)生，交變電動勢最大值的計算，變壓器的工作原理，到LC電路中電磁振蕩的規(guī)律以至電磁波的形成等都和楞次定律及法拉第電磁感應定律有密切的聯(lián)系.因此在復習本章時，既要注意

2、本章知識所具有的新特點(如周期性、最大值和有效值等)，還要時時注意本章知識與電磁感應規(guī)律的聯(lián)系.近幾年高考對本章內(nèi)容的考查，既有對本章知識的單獨考查，命題頻率較高的知識點有交變電流的變化規(guī)律(包括圖象)、有效值，變壓器的電壓比、電流比，電磁振蕩的周期、頻率等；也有把本章知識和力學等內(nèi)容相聯(lián)系的綜合考查，特別是帶電粒子在加有交變電壓的平行金屬板間的運動問題，是近幾年高考的一個熱點.組織本章復習時需特別注意，“電磁場和電磁波”的內(nèi)容調整較多，以前作為重點內(nèi)容的電磁振蕩、振蕩周期等內(nèi)容在2003年的考綱中被刪掉.但由于在新版的教材中仍有這部分內(nèi)容，所以在編寫本書時適當保留了這部分內(nèi)容，請讀者復習時根

3、據(jù)2004年考綱進行調整.對本章知識的復習，可分以下兩個單元組織進行：()交變電流.()電磁場和電磁波.第單元 交變電流知識聚焦一、交變電流強度和方向都隨時間作周期性變化的電流叫交變電流.如圖1311(a)(b)(c)所示的電流都屬于交變電流.圖1311其中，按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流.如圖1311(a)所示.二、正弦式電流的產(chǎn)生和規(guī)律1.產(chǎn)生：在勻強磁場里，繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動的線圈里產(chǎn)生的是正弦交變電流.2.規(guī)律：(1)函數(shù)形式：N匝面積為S的線圈以角速度轉動，從中性面開始計時，則e=NBSsint.用Em表示最大值NBS，則Emsin t.電流i=sint=Imsint

4、.(2)用圖象展現(xiàn)其規(guī)律如圖1311(a).三、表征交變電流的物理量1.瞬時值：交變電流某一時刻的值.2.最大值：即最大的瞬時值.3.有效值：跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值叫做交變電流的有效值.對正弦式交流電，其有效值和最大值間關系為：EEm，UUm，IIm.4.周期和頻率：交變電流完成一次周期性變化所用的時間叫周期；1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫頻率.它們和角速度間關系為：2f.四、電阻、感抗、容抗的區(qū)別電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動的電荷與不動的離子間的碰撞電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化極板上所帶電荷對定向移動電荷的阻礙阻礙的特點對直流、交流均有阻礙作用通直流、阻交流、通低頻、阻高

5、頻通交流、隔直流、通高頻、阻低頻相關的因素由導體本身決定(長短、粗細、材料)，與溫度有關由線圈本身的自感系數(shù)和交變電流的頻率共同決定由電容的大小和交變電流的頻率共同決定五、變壓器及其原理變壓器是利用電磁感應原理來改變交變電壓的裝置.對理想變壓器，其原、副線圈兩端電壓U1、U2，其中的電流I1、I2和匝數(shù)U1、U2的關系為：.六、高壓輸電為減小輸電線路上的電能損失，常采用高壓輸電.這是因為輸送功率一定時，線路電流I，輸電線上損失功率PI2R線，可知 P.疑難辨析1.交流瞬時值表達式的具體形式是由開始計時的時刻和正方向的規(guī)定共同決定的.若從中性面開始計時，該瞬時雖然穿過線圈的磁通量最大，但線圈兩邊

6、的運動方向恰和磁場方向平行，不切割磁感線，電動勢為零，故其表達式為：Emsint；但若從線圈平面和磁場平行時開始計時，雖然該時刻穿過線圈的磁通量為零，但由于此時線圈兩邊的速度方向和磁場方向垂直，電動勢最大，故其表達式為：Emcost.2.若線圈匝數(shù)為N，當其在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動時，所產(chǎn)生的感應電動勢的最大值為：EmNBS.即Em僅由N、B、S、四個量決定，與軸的具體位置和線圈的形狀都是無關的.3.理想變壓器各線圈兩端電壓與匝數(shù)成正比的關系，不僅適用于原、副線圈只有一個的情況，而且適用于多個副線圈的情況；這是因為理想變壓器的磁通量是全部集中在鐵芯內(nèi)的，因此穿過每組線圈的磁通量

7、的變化率是相同的，因而每組線圈中產(chǎn)生的電動勢和匝數(shù)成正比.在線圈內(nèi)阻不計的情況下，線圈兩端電壓即等于電動勢，故每組線圈兩端電壓都與匝數(shù)成正比.但電流和匝數(shù)成反比的關系只適用于原副線圈各有一個的情況，一旦有多個副線圈，該關系即不適用.由于輸入功率和輸出功率相等，所以應有：U1I1U2I2U2I2U2I2.4.對原、副線圈匝數(shù)比()確定的變壓器，其輸出電壓U2是由輸入電壓決定的，U2U1；在原、副線圈匝數(shù)比()和輸入電壓U1確定的情況下，原線圈中的輸入電流I1卻是由副線圈中的輸出電流I2決定的：I1I2.(當然I2是由所接負載的多少而定的.)圖1312典例剖析例1一矩形線圈在勻強磁場中以角速度4

8、rads勻速轉動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖1312所示.則A.交變電流的頻率是4 HzB.當t=0時，線圈平面與磁感線平行C.當t=0.5 s時，e有最大值D.交變電流的周期是0.5s【解析】 由于線圈轉動的角速度題中已給出，所以線圈的轉動頻率可以由公式直接求出.線圈的頻率和交變電流的頻率是相同的.4 rad/s，而2f，故f=2 Hz，T= 0.5 s.由圖象可看出：t=0時e=0,線圈位于中性面，即線圈平面跟磁感線垂直.t=0.5 s時， t2，e=0.所以，應選D.【思考】 (1)當線圈的轉速加倍時，其交變電動勢的圖象如何?有效值多大?(2)在線圈勻速轉動的過程中，何時磁通量最大?何時

9、磁通量的變化率最大？【思考提示】 （1）轉速加倍時，電動勢的最大值Em=nBs加倍，即Em=20 V,交變電流的頻率加倍，f=4 Hz，其圖象如圖所示有效值為14.1 V（2）線圈轉動過程中，當線圈與磁場方向垂直時磁通量最大，此時磁通量的變化率為零.當線圈與磁場平行時，磁通量為零，磁通量的變化率最大.【設計意圖】 通過本例說明應用交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律分析問題的方法.例2如圖1313所示，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為31，副線圈接三個相同的燈泡，均能正常發(fā)光.在原線圈接有一相同的燈泡L.則圖1313A.燈L也能正常發(fā)光B.燈L比另三燈都暗C.燈L將會被燒壞D.不能確定【解析】 該題主要考

10、查變壓器的工作原理原副線圈的電流關系和電功率等內(nèi)容.該題易犯的錯誤是：由原副線圈匝數(shù)比n1n231，可知原副線圈電壓之比為U1U231，既然副線圈中電燈能正常發(fā)光，可知U2恰為燈的額定電壓，所以原線圈中電燈兩端電壓U1U額.故被燒壞而錯選C.其錯誤是把變壓器原線圈兩端電壓和電燈L兩端電壓混淆了.正確的解答應為：原副線圈中的電流之比為I1I213，而副線圈中通過每燈的電流為其額定電流I額I23，故II1I額即燈L亦能像其他三燈一樣正常發(fā)光.所以正確選項為A.【思考】 (1)如果副線圈上的三個燈泡“燒”了一個，其余燈泡的亮度如何變?變壓器的輸入功率如何變?如果副線圈上的三個燈泡全“燒”了，燈泡L還

11、亮不亮?(2)如果副線圈上再并入一個燈泡，與原來相比其余燈泡的亮度如何?誰更容易燒壞?(3)對理想變壓器而言，其I1和I2、U1和U2、P1和P2，是輸入決定于輸出，還是輸出決定于輸入?【思考提示】 （1）副線圈上的三個燈泡燒壞一個，則副線圈輸出的功率變小，原線圈輸入功率變小，則原線圈中電流減小，燈泡L變暗，燈泡L兩端的電壓減小，若電源電壓一定，則原線圈兩端電壓略有升高，副線圈兩端電壓也略有升高，剩余兩燈泡變亮.若副線圈上的三個燈泡全“燒”了，燈L不亮.(2)若在副線圈上再并入一個燈泡，變壓器輸出功率增大，輸入功率也增大，原、副線圈中的電流均增大，故L變亮、L兩端電壓增大，若電源電壓一定，則原

12、、副線圈兩端電壓都減小，副線圈上的燈泡變暗.L更容易燒壞.(3)對理想變壓器而言，U1決定U2，I2決定I1，P2決定P1.【設計意圖】 通過本例說明利用變壓器的電壓比，電流比及功率關系分析問題的方法.例3有條河流，流量Q=2 m3·s-1,落差h=5 m，現(xiàn)利用其發(fā)電，若發(fā)電機總效率為50%，輸出電壓為240 V，輸電線總電阻R=30 ，允許損失功率為發(fā)電機輸出功率的6%，為滿足用電的需要，使用戶獲得220 V電壓，則該輸電線路所使用的理想升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少？能使多少盞“220 V、100 W”的電燈正常發(fā)光？【解析】 按題意畫出遠距離輸電的示意圖1314所示，電源端

13、的輸出功率圖1314P總=（）×=2×1.0×103×10×5×0.5 W=5×104 W輸電線上的功率損失P損=I2R，所以輸電線中電流為I=10 A則升壓變壓器B1的原線圈電壓U1=U出=240 V，副線圈送電電壓為U2= V=5×103 V所以升壓變壓器的變壓比為n1n2=U1U2=6125輸電線上電壓的損耗U損=IR=10×30 V=300 V則降壓器B2的原線圈的電壓U1=U2-U損=5×103 V-300 V=4700 V據(jù)題意知，U2=220 V,所以降壓變壓器的匝數(shù)比為n1n2=

14、U1U2=23511因為理想變壓器沒有能量損失，所以可正常發(fā)光的電燈盞數(shù)為N=470【說明】 這是遠距離送電的典型題，一般要抓住變壓器B1的輸出電流去求輸電線上的電壓損失和功率損失，要注意用戶的電壓為220 V是B2的輸出電壓.為了幫助分析解題，必須先畫出輸電線路的簡圖，弄清楚電路的結構，然后再入手解題，解出變壓比不一定是整數(shù)，這時取值應采取宜“入”不宜“舍”的方法，因為變壓器本身還有損耗.【設計意圖】 通過本例說明遠距離問題的分析方法.反饋練習夯實基礎1.關于理想變壓器的下列說法原線圈中的交變電流的頻率跟副線圈中的交變電流的頻率一定相同原線圈中輸入恒定電流時，副線圈中的電流一定是零，鐵芯中的

15、磁通量也一定是零原線圈中輸入恒定電流時，副線圈中的電流一定是零，鐵芯中的磁通量不是零原線圈中的輸入電流一定大于副線圈中的輸出電流以上正確的說法是A.B.C.D.【答案】 A2.在變電所里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強電流，使用的儀器是電流互感器，圖1315的四個圖中，能正確反映其工作原理的是圖1315【解析】 電流互感器是用來把大電流變成小電流的變壓器，原線圈串聯(lián)在被測電路的火線上，副線圈接入交流電流表，故A對.【答案】 A3.超導材料電阻降為零的溫度稱為臨界溫度，1987年我國科學家制成了臨界溫度為90 K的高溫超導材料.利用超導材料零電阻的性質，可實現(xiàn)無損耗輸電，現(xiàn)有一直流電路，輸電線

16、的總電阻為0.4 ，它提供給用電器的電功率為40 kW，電壓為800 V.如果用臨界溫度以下的超導電纜替代原來的輸電線，保持供給用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為A.1 kWB.1.6×103 kWC.1.6 kWD.10 kW【解析】 輸電線中電流I=P/U，輸電線上損失功率PI2R線P2R線U21 kW.【答案】 A4.如圖1316所示，a、b、c為三只功率較大的完全相同的電爐，a離電源很近，而b、c離用戶電燈L很近，電源離用戶電燈較遠，輸電線有一定電阻，電源電壓恒定，則使用a時對用戶電燈影響大使用b時比使用a時對用戶電燈影響大使用c和b對用戶電燈的影響幾乎一樣大使用c時

17、對用戶電燈沒有影響圖1316以上說法正確的是A.B.C.D.【解析】 電燈的電壓等于電源電壓減去輸電線電阻的電壓.【答案】 D5.交流發(fā)電機在工作時的電動勢為e=E0sint,若將其電樞的轉速提高1倍，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)锳.e=E0sinB.e=2E0sinC.e=E0sin2tD.e=2E0sin2t【答案】 D6.一個理想的變壓器，原線圈和副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2,正常工作時輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為U1和U2、I1和I2、P1和P2.已知n1n2,則U1U2,P1P2P1=P2,I1I2I1I2,U1U2P1P2,I1I2以上說法正確的是A.B.C.D.【答案】 B

18、7.已知交變電流i=ImsintA,線圈從中性面起開始轉動，轉動了多長時間，其瞬時值等于有效值A./B./C./4D./2【答案】 C8.如圖1317為電熱毯的電路圖，電熱絲接在U311sin100t V的電源上，電熱毯被加熱到一定溫度后，通過裝置P使輸入電壓變?yōu)閳D1318所示的波形，從而進入保溫狀態(tài)，若電熱絲電阻保持不變，此時交流電壓表的讀數(shù)是圖1317A.110 V B.156 VC.220 V D.311 V【解析】 由·（）2R得圖1318對應的有效值U156 V.【答案】 B9.一個電熱器接在10 V的直流電源上，在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，今將該電熱器接在一交流電源上，它在

19、2t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，則這一交流電源的交流電壓的最大值和有效值分別是A.最大值是10 V，有效值是10 VB.最大值是10 V，有效值是5VC.最大值是5V，有效值是5 VD.最大值是20 V，有效值是10V【解析】 根據(jù)交變電流有效值的定義來求有效值，對正弦交變電流有：Um=U.【答案】 B10.如圖1319所示，理想變壓器的原、副線圈分別接著完全相同的燈泡L1、2，原、副線圈的匝數(shù)比n1n221，交流電源電壓為U，則圖1319燈L1兩端的電壓為U/5燈L1兩端的電壓為3U/5燈L2兩端的電壓為2U/5燈L2兩端的電壓為U/2以上說法正確的是A.B.C.D.【解析】 原副線圈中電流之比I1I

20、2n2n112，因為U1I1R，U2I2R，所以U1U212.原、副線圈中電壓之比，所以U1U5，U2U.【答案】 A11.如圖13110所示，已知n1n243，R2100，變壓器沒有功率損耗，在原線圈上加上交流電壓U140sin100t V，則R2上的發(fā)熱功率是_.若R325，發(fā)熱功率與R2一樣，則流過原線圈的電流I1和流過R3的電流I3之比為_.圖13110【解析】 U2=×V=21.3 V，PR2 W=4.5 W.由I1=4.5×2，I32×25=4.5，解得I1I3=34.【答案】 4.5 34提升能力12.有一臺內(nèi)阻為4 的發(fā)電機，供給一個學校照明用電，

21、如圖13111所示.升壓變壓器匝數(shù)比為14，降壓變壓器的匝數(shù)比為41，輸電線的總電阻R4，全校共22個班，每班有“220 V，40 W”燈6盞.若保證全部電燈正常發(fā)光，則：圖13111(1)發(fā)電機輸出功率多大?(2)發(fā)電機電動勢多大?(3)輸電效率是多少?(4)若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光，發(fā)電機輸出功率是否減半?【解析】 (1)對降壓變壓器：U2I2U3I3nP燈22×6×40 W5280 W.而U2U3880 V 所以I26 A.對升壓變壓器：U1I1U2I2I22RU2I25424 W.(2)因為U2U2I2R904 V，所以U1U2226 V又因為U1I1U2I2 所以

22、I124 A所以U1I1r322 V（3）×100×10097（4）燈數(shù)減半時，發(fā)電機輸出功率為P2676.故發(fā)電機輸出功率不是減半.【答案】 (1)5424 W (2)322 V(3)97% (4)不是減半13.如圖13112所示，閉合的單匝線圈在勻強磁場中以角速度繞中心軸OO逆時針勻速轉動.已知線圈的邊長ab=cd=l1=0.20 m，bc=da=l20.10 m，線圈的電阻值R=0.050 ，角速度=300 rad/s，勻強磁場磁感應強度的大小B=0.50 T，方向與轉軸OO垂直.規(guī)定線圈平面與中性面的夾角為.圖13112(1)當=t=30°時，線圈中感應電

23、動勢大小如何?(2)此時，作用在線圈上電磁力的瞬時功率等于多少?【解析】 (1)Bl1l2sin30°1.5 V(2)電磁力的瞬時功率P=45 【答案】 (1)1.5 V (2)45 W14.如圖13113所示，一理想變壓器帶有三個匝數(shù)都為50匝的副線圈ab、cd、ef，若原線圈匝數(shù)為100匝，并接到220 V交流電源上，通過副線圈的各種組合，可以得到以下哪些電壓圖131130 V110 V220 V 330 V以上正確的是A.B.只有C.只有D.只有【解析】 當三個副線圈互不連接或其中兩個順向并接時，可得到110 V電壓.當其中兩個副線圈順向串接時，可得到220 V電壓，當其中兩個

24、副線圈逆向串接時，可得到0 V電壓.當三個線圈順向串接時，可得到330 V電壓.【答案】 A15.在真空中速度v6.4×107 m/s的電子束連續(xù)地射入兩平行極板間，如圖13114所示，極板長度為l8.0×10-2 m，間距d=5.0×10-3 m.兩極板不帶電時，電子束將沿兩極板之間的中線通過.在兩極板上加一個50 H的交變電壓uU0sint，如果所加電壓的最大值U0超過某值U時，電子束將有時能通過兩極板，有時間斷而不能通過(電子電荷量e=1.60×10-19 ，電子質量m=9.1×10-31 kg)：圖13114(1)U的大小為多少?(2)

25、求U0為何值時，才能使通過與間斷時間之比t1t221？【解析】 (1)電子通過平行極板所用時間t=10-9 s，而交變電壓的周期T=10-2 s.由于T,故對于通過極板的電子來說，可認為板間電壓及場強是穩(wěn)定不變的，每個電子均做類平拋運動，水平方向勻速，場強方向勻變速.設電子經(jīng)過平行板的時間為t,所受電場力為F，則：a=,t=,電子束不能通過兩極板間時有：at2y,由以上三式可得：U91 V(2)畫圖分析：UU0sin(/3)，所以U0Usin(/3)=105 V.【答案】 (1) 91 V （2）105 V第單元 電磁場和電磁波知識聚焦一、振蕩電流和振蕩電路大小和方向都做周期性變化的電流叫做振

26、蕩電流.能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路，LC電路是最簡單的振蕩電路.二、電磁振蕩及其周期、頻率振蕩電路中產(chǎn)生振蕩電流的過程中，線圈中的電流、電容器極板上的電量及其與之相聯(lián)系的磁場能、電場能也都作周期性變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩.1.振蕩原理：利用電容器的充放電和線圈的自感作用產(chǎn)生振蕩電流，形成電場能和磁場能的周期性相互轉化.2.振蕩過程：電容器放電時，電容器所帶電量和電場能均減少，直到零；電路中的電流和磁場能均增大，直到最大值.充電時，情況相反.電容器正反向充放電一次，便完成一次振蕩的全過程.圖1321表示振蕩過程中有關物理量的變化.圖13213.周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所用的時

27、間叫做電磁振蕩的周期.1 s內(nèi)完成電磁振蕩的次數(shù)叫做電磁振蕩的頻率.對LC電路產(chǎn)生的電磁振蕩，其周期和頻率由電路本身性質決定：T f 三、電磁場和電磁波1.麥克斯韋電磁場理論（1）不僅電荷能夠產(chǎn)生電場，變化的磁場也能產(chǎn)生電場.(2)不僅電流能夠產(chǎn)生磁場，變化的電場也能產(chǎn)生磁場.2.電磁場和電磁波變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分割的統(tǒng)一體，即為電磁場，電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波.3.電磁波的波速在真空中，任何頻率的電磁波的傳播速度都等于光速c=3.00×108 m/s.其波速、波長、周期頻率間關系為：c=f.復習時注意以下的幾個方面：（1）麥克斯韋從理論上預言了電磁

28、波的存在，赫茲用實驗成功的證實了電磁波的存在.（2）在電磁波中，電場強度和磁感應強度是互相垂直的，且都和電磁波的傳播方向垂直，所以電磁波為橫波.（3）電磁波的傳播過程，也是電磁能的傳播過程.（4）電磁波的傳播不需要介質.四、無線電波的發(fā)射1.調制：在無線電應用技術中，首先將聲音、圖象等信息通過聲電轉換、光電轉換等方式轉為電信號，這種電信號頻率很低，不能用來直接發(fā)射電磁波.把要傳遞的低頻率電信號“加”到高頻電磁波上，使電磁波隨各種信號而改變叫調制.調幅和調頻：使高頻振蕩的振幅隨信號而改變叫做調幅.使高頻振蕩的頻率隨信號而改變叫做調頻.五、無線電波的接收1.電諧振：當接收電路的固有頻率跟接收到的電

29、磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫做電諧振.2.調諧：調諧電路的固有頻率可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，將調諧電路的頻率調節(jié)到與需要接收的某個頻率的電磁波相同，即，使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做調諧.3.檢波：從接收到的高頻振蕩中分離出所攜帶的信號的過程叫做檢波.檢波是調制的逆過程，也叫解調.4.無線電的接收：天線接收到所有的電磁波，經(jīng)調諧選擇出所需要的電磁波，再經(jīng)檢波取出攜帶的信號，放大后再還原成聲音或圖象的過程.六、電視的基本原理電視系統(tǒng)主要由攝像機和接收機組成.把圖象各個部位分成一系列小點，稱為像素，每幅圖象至少要有幾十萬個像素.攝像機將畫面上各個部分的光點，根據(jù)明暗情

30、況逐點逐行逐幀地變?yōu)閺娙醪煌男盘栯娏?，隨電磁波發(fā)射出去.電視機接收到電磁波后，經(jīng)調諧、檢波得到電信號，按原來的次序在顯像管的熒光屏上匯成圖象.中國電視廣播標準采用每1 s傳送25幀畫面，每幀由625條線組成.七、雷達的基本原理雷達是利用無線電波來測定物體位置的無線電設備，一般由天線系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、輸出裝置（顯示器）、電源、用于控制雷達工作和處理信號的計算機以及防干擾設備等構成.疑難辨析麥克斯韋電磁理論是理解電磁場和電磁波的關鍵所在，應注意領會以下內(nèi)容：變化的磁場可產(chǎn)生電場，產(chǎn)生的電場的性質是由磁場的變化情況決定的，均勻變化的磁場產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，非均勻變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，振蕩的

31、磁場產(chǎn)生同頻率振蕩的電場；反之亦然.典例剖析例1LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖1322所示，則下列說法錯誤的是 圖1322A.若磁場正在減弱，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，則自感電動勢正在阻礙電流增大【解析】 先根據(jù)安培定則判斷出電流的方向，若該時刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于充電階段，電流應正在減小，知A敘述正確.若該時刻電容器上極板帶負電，則可知電容器正在放電，電流正在增強，知B敘述正確，由楞次定律知D敘述亦正確.因而錯誤選項只有C.【思考】 (1)若磁場正在增強，則電場能和磁場

32、能是如何轉化的?電容器是充電還是放電?線圈兩端的電壓是增大還是減小?(2)若此時磁場最強(t0)，試畫出振蕩電流和電容器上板帶電量q隨時間t變化的圖象?(3)若使該振蕩電路產(chǎn)生的電磁波的波長更短些，可采取什么措施?(包括：線圈匝數(shù)、鐵芯、電介質、正對面積、板間距離等)【思考提示】 （1）磁場增強，磁場能增大，電場能減小，電容器放電，電容器兩端電壓降低，線圈兩端電壓降低.(2)（3）根據(jù)=cT和T=2,為減小,需減小L或C.【設計意圖】 通過本例說明分析電磁振蕩過程中各量變化的方法.例2某電路中電場隨時間變化的圖象如圖1323所示，能發(fā)射電磁波的電場是圖1323【解析】 變化的電場可產(chǎn)生磁場，產(chǎn)

33、生的磁場的性質是由電場的變化情況決定的.均勻變化的電場產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，非均勻變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，振蕩的電場產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場.圖A中電場不隨時間變化，不會產(chǎn)生磁場.圖B和圖C中電場都隨時間做均勻的變化，在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，這個磁場不能再激發(fā)電場，所以不能激起電磁波.圖D中電場隨時間做不均勻的變化,能在周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，而這磁場的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場，從而交織成一個不可分割的統(tǒng)一體，即形成電磁場，才能發(fā)射電磁波.【設計意圖】 通過本例說明形成電磁波的條件.反饋練習1.建立電磁場理論的科學家是_.用實驗證明電磁波存在的科學家是_.【答案】 麥克斯韋 赫茲2.關于

34、電磁場和電磁波，下列說法正確的是A.電場和磁場總是相互聯(lián)系著，統(tǒng)稱為電磁場B.電磁場由發(fā)生區(qū)域向遠處傳播就是電磁波C.電磁場是一種物質，不能在真空中傳播D.電磁波的傳播速度總是3.0×108 m/s【答案】 B3.某電磁波從真空進入介質后，發(fā)生變化的物理量有A.波長和頻率B.波速和頻率C.波長和波速D.頻率和能量【答案】 C4.電磁波和機械波相比較電磁波傳播不需要介質，機械波傳播需要介質電磁波在任何物質中傳播速度都相同，機械波波速大小決定于介質電磁波、機械波都會發(fā)生衍射機械波會發(fā)生干涉，電磁波不會發(fā)生干涉以上說法正確的是A.B.C.D.【答案】 A5.關于電磁波，下列說法中正確的是A

35、.在真空中，頻率高的電磁波速度較大B.在真空中，電磁波的能量越大，傳播速度越大C.電磁波由真空進入介質，速度變小，頻率不變D.只要發(fā)射電路的電磁振蕩一停止，產(chǎn)生的電磁波立即消失【解析】 任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都是c，故AB都錯.電磁波由真空進入介質，波速變小，而頻率不變，對.變化的電場、磁場由變化區(qū)域向外傳播就形成電磁波，發(fā)射電路的電磁振蕩一停止，就不再發(fā)射電磁波，但已產(chǎn)生的電磁波并不消失，故錯.【答案】 C6.無線電廣播的中波段波長的范圍是187 m560 m，為了避免鄰近電臺的干擾，兩個電臺的頻率范圍至少應差104 Hz，則在此波段中最多能容納的電臺數(shù)約為多少個？【解析】 中波

36、段的頻率范圍為fmax= Hz=1.6×106 Hzfmin=Hz=0.54×106 Hz在此波段最多容納的電臺數(shù)n=106【答案】 1067.某收音機接收電磁波的波長范圍在577 m到182 m之間，求該收音機接收到的電磁波的頻率范圍.【解析】 根據(jù)c=ff1Hz=5.20×105 Hz f2Hz=1.65×106 Hz所以，頻率范圍為5.20×105 Hz1.65×106 Hz【答案】 5.20×105 Hz1.65×106 Hz8.關于LC振蕩電路中的振蕩電流，下列說法中正確的是A.振蕩電流最大時，電容器兩極

37、板間的場強最大B.振蕩電流為零時，線圈中自感電動勢為零C.振蕩電流增大的過程中，線圈中磁場能轉化成電場能D.振蕩電流減小的過程中，線圈中自感電動勢增大【答案】 圖13249.LC振蕩電路中，某時刻的電流方向如圖1324所示，則下列說法中正確的是A.若磁場正在減弱，則電容器上極板帶負電B.若電容器正在放電，則電容器上極板帶正電C.若電容器上極板帶正電，則電感線圈中的電流正在增大D.若電容器正在放電，則自感電動勢正在阻礙電流增大圖1325【答案】 D10.在LC振蕩電路中，電容器C的帶電量隨時間變化的圖象如圖1325所示，在1×10-6 s到2×10-6 s內(nèi)，關于電容器的充(

38、或放)電過程及因此產(chǎn)生的電磁波的波長，正確的結論是A.充電過程，波長為1200 mB.充電過程，波長為1500 mC.放電過程，波長為1200 mD.放電過程，波長為1500 m【解析】 在1×10-6 s到2×10-6 s內(nèi)，電容器帶電量增大，屬充電過程.產(chǎn)生的電磁波周期T=4×10-6 s，波長=cT=3×108×4×10-6 m1200 m【答案】 A11.LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖1326所示，則下列說法錯誤的是圖1326A.若磁場正在減弱，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電C.若電容器上極

39、板帶正電，則線圈中電流正在增大D.若電容器正在放電，則自感電動勢正在阻礙電流增大【解析】 若該時刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于充電階段，電流應正在減小，知A正確.若該時刻電容器上極板帶負電，則可知電容器正在放電，電流正在增強，知B正確，由楞次定律知D亦正確.【答案】 圖132712.在LC振蕩電路中，電容C兩端的電壓UC隨時間變化的圖象如圖1327所示，根據(jù)圖象可以確定振蕩電路中電場能最大的時刻為_，在T23T4時間內(nèi)電容器處于_狀態(tài)，能量轉化情況是_.【解析】 電容器兩極板間電壓最大時，電場能最大，由圖可知電場能最大時刻為0，T.在T時間內(nèi)，兩極板間電壓變小，電容器處于放電狀態(tài)，電場

40、能正轉化為磁場能.【答案】 0，T 放電 電場能轉化為磁場能章末綜合講練知識網(wǎng)絡PSY2，BP高考試題圖131一、交變電流的規(guī)律1.(1999年上海高考)某交流發(fā)電機產(chǎn)生的感應電動勢與時間的關系如圖131所示.如果其他條件不變，僅使線圈的轉速加倍，則交流電動勢的最大值和周期分別變?yōu)锳.400 V，0.02 sB.200 V，0.02 sC.400 V，0.08 sD.200 V，0.08 s【解析】 從圖中看出，該交變電流的最大值和周期分別是：m100 V，T0.04 s，而最大值mNBS，周期T，當線圈轉速加倍時，2，故m2m200 V，T0.02 s，故B對.【答案】 B2.(2000年全

41、國高考)一小型發(fā)電機內(nèi)的矩形線圈在勻強磁場中以恒定的角速度繞垂直于磁場方向的固定軸轉動.線圈匝數(shù)n=100.穿過每匝線圈的磁通量隨時間按正弦規(guī)律變化，如圖132所示.發(fā)電機內(nèi)阻r5.0 ，外電路電阻R95 .已知感應電動勢的最大值EmUm，其中m為穿過每匝線圈磁通量的最大值.求串聯(lián)在外電路中的交流電流表(內(nèi)阻不計)的讀數(shù).圖132【解析】 從t圖線看出m1.0×10-2 b，T3.14×10-2 s.已知感應電動勢的最大值mUm，又，故電路中電流最大值Im2 A，交流電流表的示數(shù)是交流電的有效值，即I1.4 A .【答案】 1.4 A二、變壓器3.(1998年全國高考)一理

42、想變壓器，原線圈匝數(shù)n11100，接在電壓220 V的交流電源上，當它們對11只并聯(lián)的“36 V，60 ”燈泡供電時，燈泡正常發(fā)光，由此可知該變壓器副線圈的匝數(shù)n2_，通過原線圈的電流I1_A.【解析】 燈泡正常發(fā)光說明U236 V，所以由得：n2×1100180.由P1U1I1P2，所以I1A3 A.【答案】 180 34.(1999年全國高考)如圖133是4種亮度可調的臺燈的電路示意圖，它們所用的白熾燈泡相同，且都是“220 V，40 ”.當燈泡消耗的功率都調至20 W時，哪種臺燈消耗的功率最小圖133【解析】 由A、B、C、D四選項分析可知：中理想變壓器功率損耗為零，電源輸出的

43、總功率(臺燈消耗功率)只有燈泡的功率20 ，而其他選項中，不論滑動變阻器是分壓接法還是限流接法，滑動變阻器上總有功率損耗，臺燈的消耗功率都大于20 ，故C項正確.【答案】 C5.(2001年全國高考)一個理想變壓器，原線圈和副線圈的匝數(shù)分別為U1和n2，正常工作時輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為U1和U2、I1和I2、P1和P2.已知n1U2，則A.U1U2，P1P2B.P1P2，I1I2C.I1I2，U1U2D.P1P2，I1I2【解析】 因變壓器為理想變壓器，故有，P1P2，由題意知：n1n2，則U1U2，又因I1U1I2U2，所以I1I2，故BC選項正確.【答案】 BC6.（2002年

44、廣東、廣西、河南高考）遠距離輸電線路的示意圖如下圖134所示，若發(fā)電機的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是圖134A.升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設備消耗的功率無關B.輸電線中的電流只由升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定C.當用戶用電器的總電阻減少時，輸電線上損失的功率增大D.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓【答案】 C三、電磁場和電磁波7.(2002年上海高考）按照有關規(guī)定，工作場所受到的電磁輻射強度（單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的電磁輻射能量）不得超過 0.50 W/m2. 若某一小型無線通訊裝置的電磁輻射功率是1 W，那么在距離該通訊裝置_ m以外是符合規(guī)定的安全區(qū)域（已知

45、球面面積為S=4R2).【答案】 0.40素質能力過關檢測一、選擇題（每小題中只有一個選項符合題目要求）1.線圈在勻強磁場中轉動產(chǎn)生的交流電動勢10sin20tV，則下列說法中正確的是t0時，線圈平面位于中性面t=0時，穿過線圈的磁通量為最大t=0時，導線切割磁感線的有效速度最大t=0.4 s時，e有最大值10VA.B.C.D.【解析】 若從中性面開始計時，交流電動勢瞬時表達式：eEmsint，該瞬時雖然穿過線圈的磁通量最大，但線圈兩邊的運動方向恰和磁場方向平行，不切割磁感線，電動勢為零，當t=0.4 s時，e=0.【答案】 A2.一閉合矩形線圈abcd繞固定軸OO勻速轉動，OO位于線圈平面內(nèi)

46、垂直于勻強磁場的磁感線，如圖135（甲）所示，通過線圈內(nèi)的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖（乙）所示，下列說法正確的是圖135A.t1、t3時刻通過線圈的磁通量變化率最大B.t2、t4時刻線圈中感應電流方向改變C.t1、t3時刻線圈中感應電流方向改變D.t2、t4時刻線圈中感應電動勢最小【答案】 C圖1363.如圖136所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡L1和L2；輸電線的等效電阻為R，開始時，電鍵K斷開，當K接通時，以下說法中正確的是A.副線圈兩端M、N的輸出電壓減少B.副線圈輸電線等效電阻R上的電壓降減小C.通過燈泡L1的電流減小D.原線圈中的電流減小【解析】 當輸入電壓U1

47、與變壓比確定時，由可知，輸出電壓U2確定（此時不考慮線圈電阻），因此A錯誤.閉合電鍵K時，L2與L1并聯(lián)，副線圈回路中總電阻減小，總電流增大，故R上電壓降增大，B錯.此時L1兩端電壓減小，因此通過燈L1的電流減小，C正確.由于此時P出=I2U2，U2不變，I2變大，P出變大，而輸入功率始終等于輸出功率，因此P入=I1U1，I1U1變大，而U1不變，因此原線圈中電流I1變大，D錯.【答案】 C4.某農(nóng)村水力發(fā)電站的發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過電站附近的升壓變壓器升壓，然后用輸電線路把電能輸送到遠處村寨附近的降壓變壓器.經(jīng)降低電壓后，再用線路接到各用戶，設兩變壓器都是理想變壓器，那么在用

48、電高峰期，白熾燈不夠亮，但用電總功率增加，這時A.升壓變壓器的副線圈的電壓變大B.高壓輸電線路的電壓損失變大C.降壓變壓器的副線圈上的電壓變大D.降壓變壓器到各用戶的輸電線上的電壓損失變大【解析】 發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定，即升壓變壓器原線圈中電壓一定，所以副線圈中電壓不變，故A錯.因用電總功率增加，所以輸電線中電流變大，輸電線路的電壓損失變大，故降壓變壓器原線圈中的電壓變小，所以副線圈中電壓也變小，故B對C錯.用電高峰期，白熾燈不夠亮，說明各用戶的輸電線中電流變小，所以各用戶的輸電線上的電壓損失變小，故錯.【答案】 B圖1375.如圖137所示，一交流電的電流隨時間而變化的圖象，此交流電流的有效

49、值是A.5 AB.5 AC.3.5 AD.3.5 A【解析】 交流電的有效值意義即等于與之熱效應相等的對應直流電值，在一個周期（T=0.02 s）內(nèi)，此交變電流在電阻R上發(fā)熱為：Q=（I12·R·）+I22·R·=（4）2×0.01×R+(-3)2×0.01×R=I2·R·T所以有效值I=5 A，選B.【答案】 B圖138二、填空題6.如圖138所示電路，已知交流電源電壓U15sin100t V，將此交流電壓加在電阻R上時，產(chǎn)生的電功率為25 ，則電壓表示數(shù)為_V，電流表示數(shù)為_A，電阻值是_.

50、(保留二位有效數(shù)字)【解析】 UV15 V，PUVI，R.【答案】 15 1.7 9.0圖1397.一面積為S的單匝矩形線圈在勻強磁場中以一邊為軸勻速轉動，磁場方向與軸垂直，線圈中的感應電動勢如圖139，感應電動勢的最大值和周期可由圖中讀出，則磁感應強度B_.在t時刻，線圈平面與磁場方向的夾角為_.【解析】 Em=BS=B·S,得B=;由圖知t=0時，線圈平面與磁感線平行，t=T/12時，線圈平面與磁場方向的夾角= t=.【答案】 EmT/2S /68.一交流電壓隨時間變化的圖象如圖1310所示.則此交流電的頻率是_Hz，若將該電壓加在10 F的電容器上，則電容器的耐壓值不應小于_V

51、；若將該電壓加在一阻值為1 k的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意外事故的發(fā)生，電路中保險絲的額定電流不能低于_A.圖1310【解析】 由f=Hz50Hz，電容器的耐壓值不能低于交流電的最大值200 V.用電器正常工作電流IA0.14 A，所以電路中保險絲的額定電流不能低于0.14 A.【答案】 50 200 0.14 9.建在雅礱江上的二灘水電站于1991年9月動工，1997年11月10日下閘蓄水，1998年開始向西南電網(wǎng)送電，設計裝機容量為330×104 kW，2000年竣工之后，年發(fā)電量將達到170億度，大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高240 m，是20世紀亞洲裝機容量、庫容最大的水利樞紐工程.設想將二灘的電能輸送到成都地區(qū)，如果使用相同的輸電線，從減少輸電線上的電能損失來看，在50×104 V超高壓和11×104 V高壓輸電方案中應先用_輸電方案，因為該方案的輸電線損失為另一種的_%.【解析】 P損=I2R線=R線，故選50×104 V超高壓輸電可減少輸電線路的電能損失.=0.0484=4.84%【答案】 50&