第十三章交變電流電磁振蕩電磁波

高考復習十三【交變電流電磁振蕩電磁波】三課時兩類電流：恒定電流:大小和方向都不隨時間變化的電流；交變電流:大小和方向隨時間周期性變化的電流；1.正弦式交變電流的產生原理及變化規(guī)律:一、正弦式交變電流：當閉合矩形線圈在勻強磁場中，繞垂直于磁感線的軸線做勻速轉動時，閉合線圈中就有交流電產生．試導出瞬時電動勢e的表達式。θθ中性面開始計時：e=

NBL1L2ωsinωt=NBSωsinωt=Emsinωt電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化。垂直于中性面開始計時：

e=Emcosωt

電流的瞬時值：電壓的瞬時值：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位置．②線圈通過中性面時，穿過線圈的磁通量最大．③線圈平面通過中性面時感應電動勢為零．④線圈平面每轉過中性面時，線圈中感應電流方向改變一次，轉動一周線圈兩次通過中性面，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:

（1）發(fā)電機的基本組成：用來產生感應電動勢的線圈（叫電樞）用來產生磁場的磁極（2）發(fā)電機的基本種類轉動的部分叫轉子，不動的部分叫定子旋轉電樞式發(fā)電機旋轉磁極式發(fā)電機5.其它交變電流:交變電流的特點：方向隨時間變化！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磁場中繞垂直于磁力線的軸勻速轉動，若圖所示為穿過線圈的磁通量隨時間的變化圖線，則下面說法正確的是：A．t=0時，線圈平面與中性面垂直B．t=0.01s時刻，磁通量的變化率最大C．t=0.02s時刻，線圈產生的電動勢達到最大D．t=0.03s時刻，線圈產生的電動勢為零D例題：如圖所示，共n匝、阻值為r、邊長為L的正方形線圈的一半放在具有理想邊界的勻強磁場中，磁場的磁感應強度為B，線圈軸線OO′與磁場邊界重合。線圈按圖示方向勻速轉動，轉動的角速度為ω。開始計時的時刻，線圈平面與磁場方向垂直，規(guī)定電流方向沿abcd為正方向。則線圈內感應電流隨時間變化的圖像應是圖（乙）中的A例題:(07四川)

如圖所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉動，當線圈平面轉到與磁場方向平行時()A．線圈繞P1轉動時的電流等于繞P2轉動時的電流B．線圈繞P1轉動時的電動勢小于繞P2轉動時的電動勢C．線圈繞P1和P2轉動時電流的方向相同，都是a→b→c→dD線圈繞P1轉動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉動時dc邊受到的安培力

dabcBP1P2A2、描述交變電流的大小：最大值：Em、Im、Um瞬時值：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，千萬不要混用?、偎矔r值：它是反映不同時刻交變電流的大小和方向，正弦式電流瞬時值表達式為正弦函數(shù)時,應當注意必須從中性面開始。e=NBSωsinωt【例題】交流發(fā)電機的轉子由B∥S的位置開始勻速轉動，與它并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為14.1V，那么當線圈轉過30°時交流電壓的瞬時值為＿＿V。17.3U=Umcosωt②最大值：也叫峰值，它是瞬時值的最大者，它反映的是交流電大小的變化范圍，當線圈平面跟磁感線平行時，交流電動勢最大，（轉軸垂直于磁感線）。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電容器的耐壓值。【例題】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)電流的熱效應規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內產生的熱量相等，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，讓它們通過相同的電阻R，在相同的時間內產生的熱量相等嗎？例題:通過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。“等效法”是一種物理學重要的思維方法，交流電的“有效值”就是等效為相應的直流電。注意：對于非正弦電流的有效值以上關系不成立，應根據(jù)定義來求。通常所說交流電壓、電流是用電壓表、電流表測得的，都是指有效值.用電器銘牌上所標電壓、電流值也是指有效值.在計算交流電通過導體產生熱量、熱功以及確定保險絲的熔斷電流時，只能用有效值.題目中沒有特殊說明的也為有效值.正弦交流電的有效值跟最大值之間的關系是：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間的比值.例題：正弦交流電是由閉合線圈在勻強磁場中勻速轉動產生的．線圈中感應電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖所示，則此感應電動勢的有效值為＿＿＿＿V，頻率為＿＿＿＿Hz．（05上海）高考題賞析：220

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

Babcdt0ICt0IDt0IAt0IBCA．通過R的電流iR隨時間t變化的規(guī)律是iR=cos100πt(A)B．通過R的電流iR隨時間t變化的規(guī)律是iR=cos50πt(A)C．R兩端的電壓uR隨時間t變化的規(guī)律是uR=5cos100πt(V)D．R兩端的電壓uR隨時間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：將硬導線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長L，它在磁感應強度為B．方向如圖的勻強磁場中勻速轉動，轉速為n，導線在a．b兩處通過電刷與外電路連接，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，燈泡的電阻應為（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、感抗表示電感對交變電流的阻礙作用，其特點是“通直流，阻交流”、“通低頻，阻高頻”2、容抗表示電容對交變電流的阻礙作用，其特點是“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為可動電極，AB組成一個電容可變的電容器．可動電極兩端固定，當待測壓力施加在可動電極上時，是可動電極發(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為保護電阻，若保持電的頻率及電壓的有效值不變，則（）待測AabR～BAA.當待測壓力增大時，電容器的電容將減小B.當待測壓力增大時，電流表的示數(shù)將增大C.當待測壓力不變時，電流表的示數(shù)為零D.當待測壓力為零時，電流表的示數(shù)為零B四、理想變壓器：1．理想變壓器的構造、作用、原理及特征:作用：在輸送電能的過程中改變電壓.原理：其工作原理是利用了電磁感應現(xiàn)象(互感現(xiàn)象)構造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個閉合鐵芯上構成變壓器特征：正因為是利用電磁感應現(xiàn)象來工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交變電壓

2．理想變壓器的理想化規(guī)律：忽略原、副線圈內阻U1＝E1，U2＝E2考慮到鐵心的導磁作用而且忽略漏磁，即認為在任意時刻穿過原、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平行金屬導軌與原線圈相連，當導體ab在勻強磁場中勻速運動時，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:即對同一變壓器的任意兩個線圈P入=P出即無論有幾個副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。只有當變壓器只有一個副線圈工作時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，當負載電阻R中流過的電流為I時，原線圈中流過的電流為

；現(xiàn)減小負載電阻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，當圖中a、b兩端與e、f兩端分別加上220V的交流電壓時，測得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)A.220V，220VB.220V，110VC.110V，110VD.220V，0n2

Ln3

R220Vn1例題：理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈的匝數(shù)分別為n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，電源電壓為U1=220V。n2上連接的燈泡的實際功率為36W，測得初級線圈的電流為I1=0.3A，求通過n3的負載R的電流I3。I3=0.03A測低電壓U2可算出被測高電壓U1電壓互感器(n1>n2)由4、變壓器的應用電流互感器測小電流I2可算出被測大電流I1(n1<n2)由遠距離輸電:功率之間的關系是：P1=P1’，P2=P2’，P1’=Pr+P2電壓之間的關系是：電流之間的關系是：遠距離輸電的示意圖;包括發(fā)電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負載電阻例題:某發(fā)電站的輸出功率為104KW,輸出電壓為4kV，通過理想變壓器升壓后向80km遠處供電。已知輸電導線的電阻率為ρ=2.4×10-8Ωm,導線橫截面積為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：學校有一臺應急備用發(fā)電機，內阻為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個教室，每個教室用“220V，40W”的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：⑴發(fā)電機的輸出功率多大？⑵發(fā)電機的電動勢多大？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+?+?+?電磁場和電磁波tiOTqi與q，B與E，磁場能與電場能均為互補關系一個周期內：充放電各兩次能量轉化兩次振蕩周期：例題：在LC振蕩電路中，某時刻磁場方向如圖所示，則下列說法錯誤的是：A．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．例題：LC回路中電容兩端的電壓u隨時間t變化的關系如圖所示，則：A．在時刻t1，電路中的電流最大；B．在時刻t2，電路的磁場能量大；C．從時刻t2到t3，電路的電場能不斷增大D．從時刻t3到t4，電容的帶電量不斷增大ABBC2.電磁場:麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場。注意：兩點理解振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場；振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場。變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離的統(tǒng)一的場，這就是電磁場。3.電磁波：變化的電場和磁場從產生的區(qū)域由近及遠地向周圍空間傳播開去，就形