交变电流,电磁场与电磁波

1、交变电流考试要求：内容基本要求略高要求较高要求交变电流、交变电流的图像掌握交变电流的概念和产生，认识父变电流的图像正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值掌握正弦式交变电流的特征及相关表达式和物理量会解决交变电流的图像问 题，将图像与交变电流的 物理量相联系，会计算有 效值和峰值理想变压器认识理想变压器掌握理想变压器中电流、电压、功率的关系将变压器与交变电流、电路进 行综合考查远距离输电掌握远距离输电的原理对远距离输电过程中的相 关问题进行计算变化的磁场产生 电场.变化的电 场产生磁场.电 磁波及其传播.了解电磁波的产生及传播，了解麦克斯韦的电磁场理论电磁波的产生、发射和接收了解电磁波的产生、发

2、射和接收电磁波谱认识电磁波谱1 .交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电.(2 )方向不随时间变化的电流称为直流电.正弦式电流(1 )按正弦规律变化的交变电流叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流.(2 )产生装置：如图甲所示，当磁场中的线圈连续转动时，流过电流表的电流方向就会发生周期性变化，产生交变电流.过程分析：如图乙所示为线圈abcd在磁场中绕轴OO转动的截面图，沥和cd两个边要切割磁感线，产生电动势，线圈上就有了电流(或者说穿过线圈的磁通量发生变化而产生了感 应电流).具体分析可从图中看出：图时，导体不切割磁感线，线圈中无电流；图2时，导 体垂直切割磁感线，线

3、圈中有电流，且电流从a端流入；图同图；图中电流从a端流出；图同图，这说明电流方向发生了变化.线圈每转一周，电流方向改变两次，电流的方向改变的时候就是线圈中无电流 的时刻(或者说磁通量最大的时刻).由于在线圈转一周的过程中，线圈的磁 通量有两次达到最大，故电流的方向在线圈转动一周的过程中改变两次，我们 把线圈平面垂直于磁感线的位置叫做中性面.(中性面的特点：戋圈转到中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通 量的变化率为零，感应电动势为零；线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过一次中 性面，电流的方向就改变一次.)(3)中性面：线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面.线

4、 圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变.线圈绕轴转一周两次经过中性面，因此感应电 流方向改变两次.(4 )变化规律：从中性面开始计时，电动势、电压和电流的瞬时值表达式为e = E sin w t ，u = U sin w t，i = I sin w t(5 )图像：从中性面开始计时，图像为正弦曲线；从垂直于中性面的位置开始计时，图像 为余弦曲线.描述交变电流的物理量(1 )周期和频率周期T:交变电流完成一次周期性变化所需的时间.单位：秒。频率广交变电流在1s内完成周期性变化的次数.单位：赫兹，简称赫，符号Hz.周期与频率的关系：f =1或T = - .在e = E sinwt中，w = 2兀

5、f .T fm我国工农业生产和生活用的交变电流，周期是0.02s，频率是50Hz.峰值交变电流的峰值im或um是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可用来表示电流强 弱或电压高低.(3 )有效值定义：根据电流的热效应来规定，让交流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在一个周 期内产生的热量相等，就把这个恒定电流的数值叫做这个交流的有效值.正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系：U = % = 0.707U ，I = % = 0.707I(4 )有效值、平均值、最大值(峰值)和瞬时值使用交变电流的设备铭牌上标明的额定电压、额定电流是指有效值，交流电表测量的也是 有效值.提到交变电流的相关量，

6、凡没有特别说明的，都是指有效值.在研究电容器是否被击穿时，要用最大值(峰值)，因电容器标明的电压是它在工作时能够承受的最大值.在研究交变电流的功率和产生的热量时，用有效值.在求解某一时刻的受力情况时，用瞬时值.在求交变电流流过导体的过程中通过导体截面积的电荷量q时，用平均值，q = 7& .电感和电容对交变电流的影响(1 )电感对交变电流的阻碍作用感抗：表示电感线圈对交变电流阻碍作用的大小线圈的自感系数越大、交流的频率越高， 电感对交流的阻碍作用就越大，感抗就越大.低频扼流圈：通直流、阻交流高频扼流圈：通低频、通直流、阻高频(2 )电容对交变电流的阻碍作用容抗：表示电容对交变电流阻碍作用的大小

7、.电容器的电容越大，交流的频率越高，电容 器对交流的阻碍作用就越小，容抗越小.作用：隔直流，通交流1、小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动.产生的感应电动势不计电路的其他电阻，下列说法正确的是()A.交变电流的周期为0.125s与时间呈正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个R=10Q的电阻构成闭合电路，B .交变电流的频率为8Hz交变电流的有效值为*2A交变电流的最大值为4A2、(2005年北京高考)正弦交变电源与电阻R、交流电压表按 照右图所示的方式连接，R=10Q交流电压表的示数是10V.如 图所示是交变电源输出电压u随时间t变化的图像，则()A.通过R的电流Zr随时间t变化的

8、规律是iR = t2cos10St(A)B.通过R的电流 随时间t变化的规律是，广切心0（A）C.R两端的电压u随时间t变化的规律是广5互如0施（V）D. R两端的电压uR随时间t变化的规律是Ur = 572cos50兀t（V）4、（2009高考福建理综）一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电3、（2008宁夏高考）如图a所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并 绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁 场夹角0=45时（如图b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方 向为正.则下列四幅图中正确的是（）机线圈内阻为5.0Q，现外

9、接一只电阻为95.0Q的灯泡，如图乙所示，则（）电压表V的示数为220V电路中的电流方向每秒钟改变50次灯泡实际消耗的功率为484W发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J5、（2008山东高考）图1、图2分别表示两种电压的波形，其中图1所示电压按 正弦规律变化.下列说法正确的是（）图1表示交流电，图2表示直流电B .两种电压的有效值相等图1所示电压的瞬时值表达式为u = 311sin100兀t （V）1图1所示电压经匝数比为10:1的变压器变压后，频率变为原来的106、如图所示的直流电通过图中的电阻R，则交变电流表的示数为多少?7、交变电流通过一段长直导线时的电流为/，如果把这段长直导线

10、绕成线圈，再接入原电路，通过线圈的电流为I，则（ ）A. I I B. I IC. I = ID.无法比较变压器5 .变压器是改变交流电压的设备，互感现像是变压器工作的基础.6 .组成：(1 )变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的.(2 )原线圈：与交流电源连接，也叫初级线圈.(3 )副线圈：与负载连接，也叫次级线圈.理想变压器(1 )电压与匝数的关系为：原、副线圈的电压之比，等于两个线圈的匝数之比，即匕=M.U n该关系不仅适用于原、副线圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况，这是因为理 想变压器的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比.在线圈 内阻不

11、计的情况下，线圈两端电压即等于电动势，故每组线圈两端电压都与匝数成正比。(2)电流与匝数的关系为：原、副线圈的电流与它们的匝数成反比，即孔=乌.电流和匝I n数成反比的关系只适用于原、副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈，该关系即不适用.(3 )功率关系：理想变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率.有：P = P ，即 UI = U I + U I + U I + TOC o 1-5 h z 入 出11222222(4)对原、副线圈匝数比导确定的变压器，其输出电压U2是由输入电压决定的，U2 = nU1 ； 在原副线圈匝数比n确定的情况下，原线圈中的输入电流/是由副线圈中的输出电流/决“2

12、12定的，I = nI (I由所接负载而定).1 22(5 )动态分析：此类问题大致有两种情况：一是负载电阻不变，原副线圈的电压U. U2，电流I. I，输入和输出功率P、P随匝数比变化而变化的情况；另一类是匝数比不变，上 1212述各量随负载电阻变化而变化的情况.在分析时要根据题意分清变量和不变量，分清自变量 和因变量，即理想变压器各物理量变化的决定因素.几种常见的变压器(1)自耦变压器：原、副线圈共用一个线圈.(2)电压互感器：测量交流高电压，使用时，把原线圈与被测电路并联.(3)电流互感器：测量交流大电流，使用时，把原线圈与被测电路串联自耦变压器电压互感器电流互感器1、如图所示，理想变压

13、器的原线圈接在u 222sin(100 n)(V)的交流电源上，副线圈接有R=55Q的负载电阻.原、副线圈匝数之比为2:1.电流表、电压表均为理想电表.下列说法正确的是()原线圈中电流表的读数为1A原线圈中的输入功率为220副线圈中电压表的读数为100 ：两D副线圈中输出交流电的周期为50s2、如图所示，理想变压器初级线圈的匝数为n次级线圈的匝数为n2，初级线圈的两端。、b接正弦交流 电源，电压表V示数为220V，负载电阻R=44Q，电流表气的示数是0.20A.下列判断中正确的是()A.初级线圈和次级线圈的匝数比为2:1B.初级线圈和次级线圈的匝数比为5:1C.D.3、电流表入2的示数为1.0

14、A电流表A2的示数为0.4A如图所示，理想变压器副线圈通过导线接两个相同的灯泡L1和L2.开的开关S闭合，若变压器原线圈两端的电压保持不变，则下列说法中正确的是()副线圈两端的电压不变通过灯泡L1的电流增大原线圈中的电流减小变压器的输入功率减小4、(2008北京高考)一理想变压器原、副线圈匝数比 u如图所示.副线圈仅接入一个10。的电阻，则(流过电阻的电流是20A与电阻并联的电压表的示数是io0、2v经过1分钟电阻发出的热量是6X103J变压器的输入功率是1X103W1： n2=11:5.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压 )5、如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中、R2、R3

15、和R4均为固定电阻，开关S是闭合的.V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；气、A2和A3为理想电流表，读数分别为I】、I2和I3.现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是()A. U2变小，I3变小B. U2不变，I3变大C. I1变小、I2变小D. I1变大、I2变大远程输电9.输电线上的电压损失和功率损失设输电电流为I，输电线的电阻为,，则电压损失U = Ir，功率损失KP = 12r10 .降低输电损耗的途径(1 )减小输电线电阻：用铜、铝来制造输电线。(2 )减小输电线中的电流：远距离输电时，提高输电电压，减小输电电流，是减小电压损 失和功率损失的最有效途径。11 .远距离输

16、电过程示意图，如图所示.4.几个常见的关系：(1 )电流关系：乙=%，I = I，七=% In 23 I n(2 )电压关系：= n , U = IR + U ,七=n，其中n、n、n、n分别表示升压变 U n 2 线 3 U n1234压器的原副线圈的匝数和降压变压器的原副线圈的匝数.(3 )功率关系：P = P, P = P + P, P= P, P = P P, P = 12R122 线耗 33441 线耗 线耗 2 线5 .分析(1 )远距离输电的问题关键是分清各部分输入、输出的各个物理量及其相互关系，可先画 出传输的结构示意图，通过原、副线圈的电流求出匝数比，也可通过电压关系求解.(

17、2 )输电导线中的损耗将升压变压器与降压变压器联系起来，升压变压器副线圈中的电流、 输电线上的电流、降压变压器原线圈中的电流三者相等.欧姆定律对变压器不能应用，但对 导线仍然成立.电压是由发电站控制，送电单位通过电压控制用户的使用；同时用户也可以通过电流 或功率影响送电单位电能的输送.因此我们在计算时，应根据电压、电流、功率的决定方向 依次向下一级推导，即按“发电一升压一输电线一降压一用电器”的顺序分析或逆序分析.1、远距离送电，已知升压变压器输出电压为U,功率为P,降压变压器的输入电压为U，输电线的电阻为R,则线路损耗的热功率P侧用下面哪种方法计算()A.P损=U 2 / Rb.P损=U 2

18、/Rc.P损=(U 2 U 2)/Rd.P损=P 2 R / U 22、(2008上海高考)某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是6Q.若采用380V输电，求输电线路损耗的功率.若改用5000V高压输电，用户端利用n1： n2=22:1的变压器降压，求用户得到的电压.3、一座小型水电站，利用流量2m3/s、落差5m的河水发电，若单相发电机的效率为50%，输出电压为200V， 已知发电站到用户架设的输电线总电阻为12Q，输电中输电线上允许损耗的功率为6%，用户所需电压为 220V，求所用升压变压器和降压变压器的原副线圈匝数比.(不计变压器的损失)电磁场和电磁波1 .电磁场变化的磁场

19、产生电场，变化的电场产生磁场.均匀变化的磁场能在周围空间产生稳定的电场，均匀变化的电场产生稳定的磁场.振荡的(周期性变化的)磁场在周围空间产生同频率的振荡电场，振荡的电场在周围空间 产生同频率的振荡磁场.(2 )电磁场：变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场，变化的电场和磁场交 替产生成为一个不可分割的统一体，这就是电磁场.2 .电磁波(1 )变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向周围空间传播开去，形成了电磁波电磁波是横波，在空间传播不需要介质，在真空中也能传播，真空中电磁波的速度为 3.0 108m/s.电磁波的产生、发射和接收产生要产生持续的电磁波，需要变化的电磁场；要产生变化的

20、电磁场，需要变化的电流振荡电流：大小和方向都做周期性迅速变化的电流，称为振荡电流.振荡电路能够产生振 荡电流.最简单的振荡电路是LC振荡电路，由线圈L和电容器C组成.发射发射电磁波的条件：要有足够高的振荡频率；振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大 的空间，这样才能有效地把能量辐射出去.调制：使电磁波随各种信号而改变的技术叫调制.电磁波随着信号而改变，可以利用电磁 波来传递信号.调制有调幅和调频两种方式.接收用调谐电路来接收电磁波.当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这 种现像叫做电谐振(相当于机械振动中的共振).使接收电路产生电谐振的过程叫做调谐，

21、调谐电路利用电谐振原理来接收电磁波.解调：从高频电流中将声音和信号还原出来，这个过程是解调，解调是调制的逆过程 调 幅波的解调也叫检波.电磁波的应用(1 )应用电磁波传递信息：电磁波可通过电缆、光缆等进行有线传递，也可实现无线传输 (2)广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用.电磁波谱(1 )电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的顺序将各种电磁波排列成谱，叫做电磁波谱 (2 )无线电波：波长大于1mm，用于通信、广播及其他信号传输.(3 )红外线：波长比无线电波短，比可见光长.所有物体都发射红外线.热物体的红外辐射 比冷物体的红外辐射强.(4 )可见光：波长在700nm到400nm之间

22、.(5 )紫外线：紫光之外，波长范围在5nm到370nm之间的电磁波.紫外线具有较高能量， 可用来灭菌消毒；许多物质在紫外线的照射下会发出荧光，可据此设计防伪措施X射线：波长比紫外线短.X射线能够穿透物质，可用于医学检查、工业检查和安全 检查.y射线：波长最短.Y射线可用来治疗癌症，探测金属部件内部缺陷.1、(2009北京高考理综)类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识，提高学习效 率.在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处 某同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下 列内容，其中不正确的是( ) 机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用机械波和电磁波

23、都能产生干涉和衍射现像机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D机械波既有横波又有纵波，而电磁波只有纵波2、根据麦克斯韦电磁理论，下述正确的是（）在电场周围一定产生磁场，磁场周围一定产生电场在变化的电场周围一定产生变化的磁场，变化的磁场周围一定产生变化的电场均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场振荡的电场一定产生同频率振荡的磁场3、在如图所示的四个电场与时间的关系图像中，不能产生磁场的是图一，能产生稳定磁场的图 能产生电磁波的是图4、如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时（）线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动的电流线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a b c d线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力