交流电和电磁波一

1、交流电和电磁波(一)正弦交变电流的产生一基础知识：1交变电流定义： 的电流叫交变电流；大小和方向随时间按 规律变化的电流叫正弦交流电。2交变电流的产生：（1）线圈在匀强磁场中绕和磁场方向相 的转轴匀速转动时，线圈中就可以产生正弦交流电。（2）中性面：线圈与磁场方向相 的平面叫中性面。线圈处于中性面时，磁通量 ；磁通量的变化率 ；感应电动势的瞬时值 。线圈每经过中性面一次电流的方向改变一次。线圈在磁场中每转一周，电流方向就改变 次。3交变电流的变化规律：若线圈匝数为N，面积为S，转动角速度为，匀强磁场磁感应强度为B，取线圈位于中性面时为t=0时刻，则电动势瞬时值表达式为e=Emsint；其中感应

2、电动势最大值Em= ，当线圈平面和中性面相 时，电动势达到最大值；此时线圈平面和磁场方向 。4交变电流的有效值： 有效值是根据电流的 来定义的。让交流电和某恒定电流通过同一个电阻，如果它们在相等的时间内产生的 ， 那么这个恒定电流的数值，就叫做该交流电的有效值。 对正弦交流电，其有效值和最大值的关系为：E= ；U= ；I= 。5正弦交流电的图象： 线圈转动角速度为，感应电动势最大值Em。设t=0时刻线圈平面和中性面的夹角为，则产生的交流电瞬时值表达式为 ，其中 表示t时刻的相位，初相为 。 若，周期T=0.02s，Em=20V；画出该交流电的图象。若，周期T=0.02s，Em=20V；画出该交

3、流电的图象。 二典型例题：例1（2005全国理综）处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻，线圈平面与纸面重合（如图），线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是Babcdt0ICt0IDt0IAt0IB解析：线圈在磁场中绕和磁场方向垂直的轴匀速转动时可以产生正弦规律变化的交流电。对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同。所以C对。例2（2005北

4、京理综）正弦交流电源与电阻R、交流电压表按图1所示的方式连接，R=10，交流表的示数是10V。图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象，则Um-UmU/Vt/×10-2s120图2图1VR交变电源A通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos100t (A)B通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos50t (A)CR两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos100t (V)DR两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos50t (V)解析：交流电表的示数为有效值，对正弦交流电，最大值为有效值的倍，则可知：，故C、D错；由，且由图象可知，交流电的周期T=2

5、15;10-2s，。所以通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos100t ，A对B错。 例3一个矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电动势表达式为e=311sin314tV已知线圈匝数是100，面积为0.02m2，则匀强磁场的磁感强度B= ，当线圈从中性面开始转过3/4 时，电动势的瞬时值为 ，当线圈从中性面开始转过/2的过程中感应电动势的平均值为 解析：由可得：B=0.5T；由e=311sin314tV可得当相位为3/4时，e=220V；由可求得平均电动势为198V。例4通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值I。解析：该交流周期为T=0.3s，前t1=0.2s为恒定

6、电流I1=3A，后t2=0.1s为恒定电流I2= -6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I，根据定义有： I 2RT=I12Rt1+ I22Rt2 带入数据计算得：I=3 A三基础训练：1如图，闭合导线框abcd中产生感应电流的下列说法中正确的是（ ）A只要它在磁场中作切割磁感线的运动，线框中就产生感应电流B只要它处于变化的磁场中，线框中就产生感应电流C它以任何一条边为轴，在磁场中旋转，线框中就产生感应电流D它以OO¢为轴在磁场中旋转，当穿过线框的磁通量为0时，线框中有感应电流。2如图表示一交流电的电流随时间而变化的图像.此交流电流的有效值是（ ）

7、 A5安B5安 C3.5安D3.5安3如图，正弦交流电经过整流器后，电流波形正好去掉了半周.这种单向电流的有效值为（ ）A2 A B A C A D1 A4内阻不计的交流发电机产生电动势e = 10sin50tV，接有负载电阻R =10 W，现在把发电机的转速增加一倍，则（ ）A负载两端电压的有效值将变为28.2V。B交流电的频率将变为100Hz。C负载消耗的功率将变为20W。 D负载消耗的功率将变为40W。5矩形线圈的面积为S，匝数为n，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO以角速度匀速转动。当转到线圈平面与磁场垂直的图示位置时（ ）A线圈中的电动势为0 B线圈中的电动势为C穿过

8、线圈的磁通量为0 D线圈不受安培力作用6图中呈柱面的磁极N、S位于两极间的圆柱形铁心O的两测，使隙缝中的磁感应线沿圆柱的半径分布，磁感应强度的方向如图中=的箭头所示，大小处处都是B。一边长为L的正方形平面线框abcd，=其中ab、cd两边与铁心的轴线oo平行，bc、da两边与铁心的轴=线oo垂直，如图所示，线框以恒定的角速度绕oo逆时针旋=转，当t=0时，线框平面位于水平位置，则不同时刻线框中的感应=电动势E的大小为（ ）A当 B当C当 D当7如图甲所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO与磁场边界重合线圈按图示方向匀速转动（ab向纸外，cd向纸内）若从图示位置开始计

9、时，并规定电流方向沿abcda为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图象是下图乙中的哪一个( )8一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示，下列说法正确的是（ ）At1和t3穿过的线圈的磁通量为零Bt1和t3时刻线圈的磁通量变化率为零C图示交流电是从线圈平面与磁场方向平行的时刻开始计时的D每当感应电动势e变换方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大9如图，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO/轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R，在线圈由图示位置转过90O的过程中，下列说法正确的 （

10、）A磁通量的变化量NBSB平均感应电动势E2NBS/C电阻R产生的焦耳热Q（NBS）2/2RD电阻R产生的焦耳热Q（NBS）2R/4（Rr）210关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是（ ）A任何形式的交流电电压的有效值都是UUm/的关系B只有正余弦交流电才具有UUm/的关系C照明电压220V，动力电压380V指的都是有效值D交流电压表和电流表测量的是交流电的最大值11一只电饭煲和一台洗衣机同时并入u=311sin314tV的交流电源上，均正常工作，用电流表分别测得电饭煲的电流是5A；洗衣机的电流是05A，下列说法正确的是（ ）A电饭煲的电阻是44，洗衣机电动机线圈电阻是440B电饭煲消

11、耗的功率为1555W，洗衣机电动机消耗的功率为1555WC1分钟内电饭煲消耗的电能为66×104J，洗衣机电动机消耗的电能为66×103JD电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍12关于交流电的下列几种说法正确的是（ ）A在一个周期内正弦（余弦）交流方向改变1次，非正弦（余弦）交流电的方向改变次数不确定B如果某交流有效值为5A，那么该交流电最大值为10AC用交流电流表或交流电压表测定交流电电流或交流电电压时指针在来回摆动D交流电用电器设备上标出的电流值或电压值都是有效值13如图是某种型号的电热毯的电路图，电热=毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右

12、图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为（ ）A110V B156V C220V D311V14一个电热器接在10V的直流电压上，消耗的电功率为P，当把它接到一交流电压上时，消耗的电功率为。则该交流电压的最大值为（ ） A5VB 7.1VC10VD12V15标有“10V、5W”的白炽灯，接到正弦交流电路中，能正常发光，则错误的是（ ） A灯泡两端交流电压的最大值为14.1V B灯泡两端交流电压的有效值为10V C通过灯泡的交流电流的有效值为0.5A D通过灯泡的交流电流的最大值为0.5A16一交流电压瞬时值的表达式为u=141sin31.4tV。则（ ） A该交流电压的有效值为141VB

13、该交流电的有效值为100V C该交流电的周期为0.2sD该交流电压的频率为10Hz17交流发电机的转子由BS的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30°时交流电压的瞬时值为 V。18如图，边长为a的单匝正方形线圈在磁感强度为B的匀强磁场中，以OO边为轴匀速转动，角速度为，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为R，求： （1）线圈从图示位置转过的过程中产生的热量Q。 （2）线圈从图示位置转过的过程中通过线圈某截面的电量q。19如图，线圈的面积是0.05m2，共100匝,线圈电阻为1，外接电阻R=9，匀强磁场的磁感强度为B=，当线圈以300r/min的转速匀速旋转

14、时，求：（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式.（2）线圈转了时电动势的瞬时值多大？（3）电路中电压表、电流表的示数各是多少？20N匝矩形线圈长L1、宽L2，电阻为r，通过滑环P、Q和电刷a、b连接电阻R，组成闭合电路。线圈处在图7所示的匀强磁场中，磁感应强度为B。轴OO与磁场方向垂直，现线圈以角速度绕轴OO转动，求：（1）电流表的示数；（2）使线圈转动一周，外力所做的功。12345678DBDCADBABCD910111213141516BDBCCDBBDBC1717.318（1） （2）19（1）（V） （2） （3）31.5V 3.5A20（1） （2）交流

15、电和电磁波(二)变压器 电能的输送一基础知识：1变压器原理： 变压器由 、 和 组成。变压器可以改变 电的 ，不可以改变 。变压器的工作原理是利用了 现象。2理想变压器：一般的变压器都有能量损失，引起能量损失的因素有 、 和 等如果忽略能量损失，这样的变压器称为理想变压器。对理想变压器，它的输入功率 输出功率。3理想变压器的基本公式：（1）功率关系： （2）电压关系： 若有多个副线圈时： （3）电流关系： 若有多个副线圈时： 对于一个匝数比一定的变压器， 电压由 电压决定； 功率由 功率决定； 电流由 电流决定。4电能的输送： 输电线上的功率损失原因为电流的 ，若输电电流为I，输电线的电阻为R

16、，则损失的电功率为P损= 。减少输电线上功率损失的方法有（1）尽可能减小输电线的 ，如 、 、 等。（2）采用 输电。在输送的电功率一定的情况下，通过 输电电压，可以减小输电 ，从而达到减小输电线上功率损失的目的。 在输送的电功率一定的情况下，输电电流与输电电压成 比，输电线损失的功率与输电电压的 成 比。二典型例题：例1（2006上海）如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数分别为nl和n2， 当负载电阻R中流过的电流为I时，原线圈中流过的电流为 ；现减小负载电阻R的阻值，则变压器的输入功率将 （填“增大”、“减小”或“不变”）解析：由理想变压器电流关系可得：当负载电阻R中流过的电流为I时，原线

17、圈中流过的电流为。由于变压器副线圈的输出电压由输入电压决定，所以当减小负载电阻R时，负载所获得的电压不变，电流减小，功率减小，因此变压器的输入功率将减小。答案：减小，减小例2理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。n3 Rn2 L220Vn1解：由于两个次级线圈都在工作，所以不能用I1/n，而应该用P1=P2+P3和Un。由Un可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I

18、3=0.03A。例3在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是 解：电流互感器要把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少，副线圈的匝数多。监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中。选A。例4（2006广东）某发电站的输出功率为，输出电压为4kV，通过理想变压器升压后向80km远处供电。已知输电导线的电阻率为，导线横截面积为，输电线路损失的功率，求：（1）升压变压器的输出电压；（2）输电线路上的电压损失。解析：（1）由电阻定律可求出输电线路的总电阻输电线路损失的电功率为输出功率的4%： 由 可求得输电线中通过的电流 由可求得

19、升压变压器的输出电压 （2）损失的电压答案：（1）（2）三基础训练：1超导是当今高科技研究的热点，利用超导材料可实现无损耗输电。现有一直流电路，输电总电阻为04，它提供给用电器的电功率为40kW，电压为800V，若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为（ ）A1kW B16×103kWC16kWD10kW2在电能的输送过程中，若输送的电功率一定、输电线电阻一定时，对于在输电线上损失的电功率，有如下四种判断，其中正确的是（ ） 和输送电线上电压降的平方成反比 和输送电压的平方成正比 和输送电线上电压降的平方成正比 和输送电压的平方成

20、反比 A和B和C和D和3个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为nl和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2、I1和I2、P1和P2已知n1n2则（ ） AU1U2，PlP2BPlP2，IlI2 CIlI2，U1U2 DPlP2，IlI24（1）、（2）两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220伏的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为 110伏。若分别在c、d两端与g、h两端加上110伏的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为 （ ）A220伏，220伏 B220伏，110伏C110伏，110 D220伏，0 5一台理想降压变压器从10kV的线路中降压并

21、提供200A的负载电流。已知两个线圈的匝数比为，则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是( )A5A，250V，50kWB5A、10，C200A，250V，50D，10，6如图为理想变压器，电表均可视为理想电表，接线柱接电压u311sin314t（V）的交流电源。当滑动变阻器的滑片P向下滑动时，以下说法正确的是（ ）A1A2V1V2AA1示数不变，A2示数变小ABA2示数不变，V2示数变大CA1示数变小，A2示数变小 DV1示数变大，V2示数变大7小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器，经降低电压

22、后再输送至各用户.设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随用电器电功率的增加将导致（ ）A升压变压器初级线圈中的电流变小B升压变压器次级线圈两端的电压变小C高压输电线路的电压损失变大 D降压变压器次级线圈两端的电压变小8一只原副线圈匝数比为201的理想变压器，正常工作时，下列说法中正确的是（ ） A原副线圈中的电流强度之比为11 B原副线圈的输入、输出功率之比为201 C穿过原副线圈中的磁通量之比为201 D原副线圈的输入、输出功率之比为119如图，一个理想变压器上有三组线圈，三组线圈匝数之比为n1：n2：n33：2：1，现将三只相同的灯泡分别接入三组线圈中，并把n1的接线端接上交变电源，接通

23、电源后，下列各项正确的 ( ) A若EL1正常发光，那么EL2、EL3都不能正常发光 B若EL2正常发光，那么EL1将烧毁C若EL2正常发光，那么EL1、EL3都不能到正常亮度D若EL3正常发光，那么EL2将烧毁10如图，某理想变压器的原副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一峰值不变的正弦交变电压，在其他条件不变的情况下，为使变压器输入功率增大，可使（ ） A原线圈匝数n1增加 B副线圈匝数n2增加 C负载电阻R阻值增大D负载电阻R阻值减小11用U1和U2KU1两种电压输电，若输送功率相同，在输电线上损失的功率相同，导线长度和材料也相同，则在这两种情况下，输电线的横截面面积S1：S2为（ ）

24、AKB1/K CK2 D1/K212一台理想变压器，电源电压保持不变，要增大输出功率，可采取的办法是（ ） A增加原线圈的匝数B增加副线圈的匝数 C增大负载电阻D减小负载电阻图18113如图18-1所示，理想变压器的输入端接正弦交流电，副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2；输电线的等效电阻为R，开始时，电键K断开.当K接通时，以下说法中正确的是（ ）A副线圈的两端M、N的输出电压减小B副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C通过灯泡L1的电流减小D原线圈中的电流增大图18214如图18-2所示，理想变压器输入电压U1一定，两个副线圈的匝 数分别为n2和n3，当把同一个电阻先后接在a、b间

25、和c、d间时，通过电阻的电流和电阻两端的电压分别为I2、U2和I3、U3，变压器输入的电流分别为I1，I1，则（ ）ABCDU1（I1+I1）=U2I2+U3I315如图18-3所示，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈1、2的匝数比为N1N2=21，在不接负载的情况下（ ）图183A当线圈1输入电压220 V时，线圈2输出电压为110 VB当线圈1输入电压220 V时，线圈2输出电压为55 VC当线圈2输入电压110 V时，线圈1输出电压为220 VD当线圈2输入电压110

26、 V时，线圈1输出电压为110 V16在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原、副线圈匝数分别为n1=600,n2=120,电源电压U1=220 V，原线圈中串联一个0.2 A的保险丝，为保证保险丝不被烧毁，则（ ）A负载功率不能超过44 WB副线圈电流最大值不能超过1 AC副线圈电流有效值不能超过1 AD副线圈电流有效值不能超过0.2 A17如图，有一理想变压器，原付线圈砸数比为n。原线圈接正弦交流电，电压为U，输出端接有一个交流电流表和一个电动机。电动机线圈电阻为R，当输入端接通电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升，下列判断正确的是（ ）电动机两端电压为IR 电动机消耗的功率为

27、I2R原线圈中的电流为nI 变压器的输入功率为18图中有六个完全相同的灯炮，如果各灯都正常发光，则变压器线圈的匝数比n1:n2:n3为（ ） A1:2:1B2:1:2 C4:1:2D1:1;121一理想变压器，原线圈匝数n1=1100，接在电压220V的交流电源上。当它对11只并联的“36V，60W”灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知该变压器副线圈的匝数n2= 匝，通过原线圈的电流I1=_A。22在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：这

28、时的输电效率和输电线的总电阻r。若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？23学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1，升压变压器匝数比为14，降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻为R=4，全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，则：发电机的输出功率多大？发电机的电动势多大？输电线上损耗的电功率多大？24某发电站发电机机端电压为220V，输出功率为44kW，输电线电阻为0.2，求：(1)用户得到的电功率和电压(2)如果发电机先用匝数比为110的升压变压器将电压升高，经过同样的输电线后，再用匝数比为101的降压变压器将电

29、压降低后向用户供电，用户得到的电功率和电压各是多少?123456789ABBCBACCDDACD101112131415161718BDCBDBCDABCDBDACDC21180, 3 2260%， 20。（2）22.4kV 23（1）5424W （2）250V （3）144W24（1）36kW，180V；（2）43.9kW，219.6V交流电和电磁波(三)电磁振荡 电磁波一基础知识： 1振荡电流和振荡电路： 大小和方向都做 的电流叫振荡电流，能够产生 的电路叫振荡电路，最简单的振荡电路是 。 2电磁振荡的周期、频率： 电磁振荡过程中，线圈产生的 和电容器中的 以及相应的 能和 能做周期性变化

30、。对LC振荡电路，振荡周期决定于振荡电路本身性质，T= ；f= 3振荡过程：一个完整的振荡周期包含 个充电过程， 个放电过程；电容器放电时，电容器 、 及极板间的 均减小。电路中的 和线圈中的 均增大。当放电结束时，电压 ，电流 ；电场能 ，磁场能 。充电过程则情况 。4麦克斯韦电磁理论：变化的电场产生 ；变化的磁场产生 。对麦克斯韦电磁理论的理解：（1）稳定不变的场 产生另一种场；（2）均匀变化的场可以产生 的另一种场；（3）周期性变化的场能够产生 的另一种场。5电磁场：变化的电场周围空间存在 ；变化的磁场周围空间存在 ，这样变化的电场和磁场形成了一个完整的整体，这就是 。6电磁波：交替变化

31、的振荡 和振荡 向周围空间的传播就形成了电磁波。7电磁波的性质：电磁波是 波。电场方向和磁场方向相互 ，而且都和波的传播方向 。电磁波的传播 介质，不同电磁波在真空中的传播速度 ，而且和光在真空中的传播速度 。在真空中电磁波的波长和频率成 ；关系式是 。二基础训练1关于电磁场理论，下列说法正确的是（ ）A变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B振荡电场周围产生的磁场也是振荡的C均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的D变化的磁场周围产生的电场一定是变化的2关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是 ( )A均匀变化的电场在它周围空间产生均匀变化的磁场B电磁波和机械波一样依赖于介质传播C电磁波中每一

32、处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直，且与波的传播方向垂直D只要空间某个区域有振荡的电场或磁场，就可能产生电磁波3（05广东）关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是 （ ）A电磁波是横波 B电磁波的传播需要介质C电磁波能产生干涉和衍射现象 D电磁波中电场和磁场的方向处处相互垂直4收音机的调谐电路通过改变电容量实现，已知中波频率范围是535Hz1605Hz，则接收最高频率电中时电台电容量是接收最低频率电台时电容量的 （ ）A3倍 B倍 C9倍 D倍5要使LC振荡电路的固有频率增大，采用的方法是 （ ）A、增加电容器的两极间的距离 B、增加电容器两板的正对面积C、在线圈中插入铁芯 D、减少线圈的匝数6LC回路中电压随时间变化关系如图，则 （ ）A在时刻，电路中电流为零，电场能最大，磁场能为零，充电刚刚完毕，放电即将开始B在时刻