交变电流电磁场解读

第1课时 正弦交流电的产生及描述班级 姓名 知识梳理】1．正弦交流电的产生：线圈在匀强磁场中的匀速转动。正弦交流电有两种：一种是电枢旋转式发电机另一种是磁极旋转式。正弦交流电的数学表达：电动势e=Esinot，其中E=nBS®、①为发电机转子的转动角速度，m m2兀也称之为交流电的角频率，交流电的周期T二 。对于交流电的输出电压、电流随时间的变化函数o可通过全电路欧姆定律与外电路欧姆定律推导，但同期一定是相同的。交流发电机在匀速转动过程中，在线圈平面垂直于磁场时（该平面称之为中性平面），此时的电动势为零，即此时的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，在线圈平面与磁场平行时，虽然磁通量为零，但感应电动势最大，磁通量的变化率最大。交流电的有效值：如果交流电在某一电阻上产生的热效应与直流电的热效应相同，我们将直流电的电流或电压值称之为该交流电的有效值。对正弦交流电的有效值与最大值间的关系为：I= 、2E、U。E=^m、U=—m°<2<2在实际应用中，交流电器铭牌上标明的额定电压、额定电流、交流电流表和交流电压表指示的电流、电压、保险丝的熔断电流都是有效值°若没有特别说明（包括在题目中），提到的电流、电压、电动势时，都是指有效值°电容器的耐压值是交变电流的最大值°明确：交变电流中的“四值”（以电压为例）在研究电容器的耐压值时只能应用最大值；在研究某一时刻线圈受到的电磁力时，只能用瞬时值在研究交流电的热效应，只能用有效值；在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均值°典型例题】示，则下列说法中正确的是（ABCD例示，则下列说法中正确的是（ABCD）t1时刻通过线圈的磁通量为零t2时刻通过线圈的磁通量绝对值最大t3时刻通过线圈的磁通量变化率绝对值最大每当电流变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大B.2Wb/sD.20Wb/s例2如图所示，一个匝数为10的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T；若把万用电表的选择开关拨到交流电压档，测得a、b两点间的电压为20V,则可知：从中性面开始计时，当B.2Wb/sD.20Wb/sA.1.41Wb/sC.14.1Wb/s

例3有一个电子器件，当它两端的电压高于100V时导电，等于或小于100V时则不导电。若把这个电子器件接到100V、50Hz的正弦交流电源上时，这个电子器件将（）不导电 B.每秒钟内导电50次C.每秒钟导内电100次 D.每次导电的时间为0.005s例4计算下列两种交变电流的有效值。::：0.::：0.；02,:——: j~:iuN^10'2s例5如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,边长L=10cm的正方形线圈abed共100匝,线圈电阻r=lQ,线圈绕垂直与磁感线的对称轴OO/匀速转动，角速度为e=2nrad/s,外电路电阻R=4Q,求:（1） 线圈转动过程中感应电动势的最大值；（2） 由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过60°时的瞬时感应电动势；（3） 如果从中性平面开始记时，写出发电机输出电压的瞬时表达式；（4） 设发电机由柴油机带动，其它能量损失不计，则线圈转一周，柴油机要做多少功？（5）从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过电阻R的电量是多少？例6曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图甲为其结构示意图.图中N、S是一对固定的磁极，abed是固定在转轴上的矩形线框.转轴过be的中点、与ab边平行，它的一端有一半径r0=1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示.当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动.设线框由N=800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S=20cm2,磁极间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B=0.01T,自行车车轮的半径R]=35cm,小齿轮的半径R2=4.0cm,大齿轮的半径R3=10.0cm（见图乙）.现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U=3.2V?（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动）

【巩固练习】1．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示．则下列说法正确的是()A．t=0时刻，线圈平面与中性面垂直t=0.01s时刻，①的变化率最大t=0.02s时刻，交流电动势达到最大该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示.将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为1,它在磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中匀速转动，转速n导线在a、b两处通过电刷与外电路电阻应为()A.(2兀12nB)2~T~B.2(兀12nB)2PC.(1电阻应为()A.(2兀12nB)2~T~B.2(兀12nB)2PC.(12nB)22PD.(12nB)2

P面积为S的两个完全相同的单匝金属线圈分别放置在如图甲、乙所示的磁场中，甲图中是磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO,轴做匀速转动；乙图中的磁场的变化规律为B=B0cos互t，从图示时刻(t=0时刻)起计时，贝9( )TA.两线圈中的磁通量变化规律均为申=BQScos2KtTB•两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同C•两线圈中产生的交流电流的有效值不同D.从此刻起，T/4时间内流过线圈截面的电量相同O'4.(2005年北京卷)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=10Q，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，贝y( )通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=\2cos100nt(A)TOC\o"1-5"\h\zR R通过R的电流iR随时间t变化的规律是i严;2cos50nt(A)R RR两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5<2cos100nt(V)R R f-R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5y2cos50nt(V)R R5.(2005年北京春季理综)一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36Q。磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示，则线框中感应电流的有效值为多少？6.如图所示，ab是半径L、电阻不计的1/4圆周的金属槽环，固定于竖直平面内，圆心为O.Oa是质量不计的轻金属杆，其电阻为r,它的一端挂在O点(无摩擦)，另一端连一金属小球，小球的质量为m,与金属槽环接触良好无摩擦，Ob是一根竖直的与金属槽环相连接的金属丝，其电阻为R.上述整个装置置于水平方向垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B.现将金属小球从a点由静止开始释放,它滑到b点时的速度为v,所经过的时间为t,问：这一过程中，感应电动势的有效值是多大？7.(06年南通市二模)如图甲所示电路中，D为晶体二极管(正向电阻为0,反向电阻为无穷大)，R1=R2=4Q,R3=6Q，当在AB间加上如图乙所示的交变电压时，求：在0—1X10-2s时间内通过R］的电流.1s内电阻R3所消耗的电能。如图所示，将单匝正方形线圈ABCD的一半放入匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=1T,让它以边界00/为轴以角速度炉100rad/s匀速转动，在AB、CD边的中点用电枢将电流输送给小灯泡，线圈边长L=0.2m，总电阻r=4Q，灯泡电阻R=2Q,不计P、Q接触电阻及导线电阻，求：理想电压表的读数从图示位置开始，在线圈转动90°的过程中产生的平均感应电动势为多少？从图示位置开始，在线圈转动圈90°的过程中灯泡上产生的热量是多少？从图示位置开始，在线圈转动圈180°的过程中，通过灯泡的电量是多少？

第2课时变压器电能的输送班级 姓名 知识梳理】1．变压器的构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）；铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成．2.变压器的变压比：U:U=n1:n1212当n>n时，U>U知识梳理】1．变压器的构造：变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）；铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成．2.变压器的变压比：U:U=n1:n1212当n>n时，U>U，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器.2121当nVn时，UVU,变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器.3.变2121压器的变流比：nI=nI+nI+……11 22 33变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制变压器的构造变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制4.几种常用的变压器：①互感变压器，绕在同一闭合铁芯上的两组独立的原副线圈；②自偶变压器,副线圈（或原线圈）是原线圈（或副线圈）的一部分；③调压变压器，是一种可以改变副线圈匝数的变压器;④电压互感器与电流互感器，用来测定高电压与大电流的降压变压器与升压变压器。5.理想变压器中原线圈和副线圈中电压、电流、功率的决定关系是：输入电压决定了输出电压。输出电流决定了输入电流；输出功率决定了输入功率。6.输电过程中，为了减小线路损失，可以采取的办法是：减小输出电流、减小输电导线电阻典型例题】例1.如图所示，为一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，q为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则下列说法正确的是（ ）保持U及P的位置不变，S由a合到b时，I]将增大保持U及P的位置不变，S由a合到b时，R消耗的功率将减小保持U不变，S合在a处，使P上滑，I]将增大保持P的位置不变，S合在a处，若匕增大，I]将增大例2.如图所示，理想变压器的副线圈上接有三个灯泡，原线圈与一个灯泡串联接在交流电源上.若四个灯泡完全相同，且都正常发光，则电源两端的电压U]与灯泡两端的电压U2之比为（ ）A.]：]B.2：] C.3：] D.4：]例3.下图是一个理想变压器的示意图，铁芯上绕有一个原线圈和两个副线圈，匝数分别为竹、n2、n3.连接在两个副线圈上的两个负载电阻分别是R2、R3，加在原线圈上的电压为U,则下列说法正确的是（ ）A.BC.D.负载电阻R2两端的电压为厶un]通过负载电阻R/勺电流为笃匕3nR]3nUnU通过原线圈的电流为古+3-nRnR]2 ]3整个电路消耗的总功率为n2U22+n2R

]2n2U2

3n2R]3《交变电流》与《电磁场和电磁波》交变电压竹二久芒血曲，设t=0时刻为a“+”、b“交变电压竹二久芒血曲，设t=0时刻为a“+”、b“一”，则副线圈输出的电压的波形（设c端电势高于d端电势时的电压为正）是下图中的（ ）例5.在远距离输电时，输送的电功率为P,输电电压为U所用导线电阻率为°,横截面积为S,总长度为L输电线损失的电功率为P损，用户得到的电功率为P用则下列关系是正确的是（ ）损用A.P=US2/°L B.P=P2°L/U2S C.P=P-US2/°LD.P=P（1-P°L/U2S）损损用用例6.如图甲所示，在闭合铁芯上绕着两个线圈M和P,线圈P与电流表构成闭合回路。若在t1至t2这段时间内，观察到通过电流表的电流方向自上向下（即为由c经电流表至d）,则可以判断出线圈M两端的电势差ub随时间t的变化情况可能是图乙中的（ ）abC D例7.远距离输电线路的示意图如图，若发电机的输出电压不变，那么当用户用电的总功率增大时（）升压变压器的原线圈中的电流保持不变降压变压器的输出电压升高降压变压器的输出电压降低输电线上损失的功率增大例8.某小型电站的发电机输出交流电压为500V,输出功率为50kw，如果用电阻为3的输电线向远处用户输电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%,则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220V供用户使用。不考虑变压器能量的损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？

【巩固练习】如图是一个理想变压器的电路图，若A、B两点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为 （ ）A.5：1 B.1：5C.4：1 D.1：4如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R,开始时开关K断开.当K接通时,以下说法正确的是（）副线圈两端M、N的输出电压减小B•副线圈输电线等效电阻R上的电压将增大通过灯泡L］的电流减小原线圈中的电流增大如图所示，一理想变压器的原副线圈分别由双线圈ab和cd（匝数都为竹）、ef和gh（匝数都为n2）组成，用I］和q表示输入电流和电压，I2和U2表示输出电流和电压，在下列四种连接法中，符合关系UnUn22InUnUn224=—的有(In21b与c相连，以a、d为输入端；f与g相连，以e、h为输出端b与c相连，以a、d为输入端；e与g相连，f与h相连作为输出端a与c相连，b与d相连作为输入端；f与g相连，以e、h为输出端a与c相连，b与d相连作为输入端；e与g相连，f与h相连作为输出端（2006年江苏卷）如图所示电路中变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压,/广厶分别为原线圈和副线圈中的电流，下列说法正确的是（）保持P的位置及U1不变，S由b切换到a,则R上消耗的功率减小保持P的位置及U1不变，S由a切换到b,则I2减小保持P的位置及U1不变，S由b切换到a,则I1增大D•保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小如图，甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，以下说法正确的是：（ ）线圈匝数N1<N2,N3<N4线圈匝数N1>N2,N3<N4甲图中的电表是电压表，乙图中的电表是电流表甲图中的电表是电流表，乙图中的电表是电压表远距离高压输电，当输送电功率相同时，输送导线上损失的电功率是 （ ）与输电电压的平方成正比B•与输电电压的平方成反比与输电导线上的电压降的平方成正比与输电导线上电流的平方成正比

在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器的铁心的左右两个臂上.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，另一半通过中间臂．已知线圈1、2的匝数之比n1：n2=2：1．在不接负载的情况下 ( )当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110V当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55V当线圈2输入电压110V时，线圈2输出电压为220V当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V8•如图所示为四种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯相同，且都是220V,40W”•当灯泡所消耗的功率都调至20W,哪种台灯消耗的功率最小( )变阻器理想变压器D如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为竹：僞=4：1,原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等.a、b端加一定交流电压后，求:(1)两电阻消耗的电功率之比PA：PB，AB(2)两电阻两端电压之比U:U.AB某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电.当发电厂输出的功率为P0时，额定电压为U的用电设备消耗的功率为P「若发电厂用一台升压变压器T1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，至I」达用电设备所在地，再通过一台降压变压器t2把电压降到用电设备的额定电压，供用电设备使用，如图13-3-1所示•这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P0,用电设备可获得的功率增加至P2•试求所用升压变压器-的原线圈与副线圈的匝数比N1/N2以及降压变压器的原线圈与副线圈的匝数比n1/n2各为多少?

第3课时 电感和电容、电磁场和电磁波班级 姓名 【知识梳理】1．电感和电容对交变电流的作用，感抗和容抗2．麦克斯韦电磁场理论可以表示为：变化的磁场产生电场；变化的电场产生磁场；均匀变化的电场（磁场）在周围空间产生稳定的磁场（电场）；非均匀变化的电场（磁场）在周围空间产生变化的磁场（电场）；周期性变化的电场（磁场）产生周期性变化的磁场（电场）；振荡电场产生同频率振荡的磁场（电场）。3．电磁波是变化的电场与变化的磁场交替产生并由近及远地向外传播。电磁波属于横波，电磁波的传播不需要介质；在真空中的传播速度是3x108m/so4．向外发射无线电波，振荡电路必须具备如下特征：要有足够高的频率；采用开放电路。利用无线电波传播信号，通常要求无线电波随各种信号而改变，常用的方法有调幅、调频率两种。雷达：雷达是利用无线电流来测定物体位置的无线电设备。当雷达向目标发射无线电波时，在指示器的荧光屏上呈现一个尖形波；在收到反射回来的无线电波时，在荧光屏上呈现两个尖形波。根据这两个波的距离，可直接从荧光屏的刻度读出障碍物的距离。【典型例题】TOC\o"1-5"\h\z例1.如图所示，平行板电容器与灯泡串联，接在交流电源上灯泡正常发光，则（ ）把电介质插入电容器，灯泡一定变亮 一®——|把电容器两极板距离增大，灯泡一定变亮 1 二二使电容器两极板正对面积减小，灯泡一定变亮 ?使交流电频率增加，灯泡变亮例2.如图所示，把电阻、电感器、电容器并联接到一交流电源上，三个电流表的示数相同.若保持电源电压不变，而将频率加大，则三个电流表的示数I］、I2、I3大小的关系是（ ）I=1=1 B./>1>/23 1 2 3C.I>I>I D.I>I>I1 3 3 1 2例3.关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是（ ）在电场的周围空间一定产生磁场任何变化的电场周围空间一定产生变化的磁场均匀变化的电场周围空间产生变化的磁场振荡电场在周围空间产生变化的振荡磁场只要空间某个区域有变化的电场或磁场，就能产生电磁波.电磁波由真空进入介质，速度变小，频率不变只要发射电磁波电路的电磁振荡一停止，产生的电磁波立即消失H、电磁波是横波例4.如图所示，内壁光滑的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上，环内有带负电小球，整个装置处于竖直向下的磁场中，当磁场突然增大时，小球将（）沿顺时针方向运动沿逆时针方向运动在原位置附近往复运动仍然保持静止状态

例6.有一装置如图所示，整个装置处于真空中，从阴极K发射出的电子通过第I区域，从阳极小孔B射出进入由金属管构成的第II区域，离开金属管后进入有一均匀磁场的第III区域，磁场方向垂直纸例5.在如图所示的电路中，L是电阻不计的电感器，C是电容器，闭合开关S,待电路达到稳定状态后，再打开开关S，LC例6.有一装置如图所示，整个装置处于真空中，从阴极K发射出的电子通过第I区域，从阳极小孔B射出进入由金属管构成的第II区域，离开金属管后进入有一均匀磁场的第III区域，磁场方向垂直纸面向里，电子在哪个区域内会发射电磁波（）只在第I区域只在第II区域只在第III区域只在第I、III区域例7.如图所示的LC振荡电路中，已知某时刻电流i的方向指向A板，且正在增大，则此时A板带正电线圈L两端电压在增大电容器C正在充电电场能正在转化为磁场能例8.按照有关规律，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过0.50W/m2，若某小型无线通讯装置的电磁辐射功率是1W,那么在距离该通讯装 m以外是符合规定的安全区域.（已知球面面积为S=4兀R2）例9某雷达工作时，发射电磁波的波长久=20cm,每秒脉冲数n=5000,每个脉冲持续时间t=0.02s问电磁波的振荡频率为多少？雷达最大的侦察距离是多少？例10.同步卫星可以转播无线电话，问说话后经多长时间才能听到对方的回话？（设卫星到地球上两地的距离都看作卫星的高度，并假设对方听到话后立即回话，地球质量为 6x1024kg，地球半径为6.4x106km）

【巩固练习】如图所示为电子技术中常用的电路之一。a图前级输入为低频交流与直流成份，b图前级输入为高频交流与直流成份，c图前级输入为高频交流与低频交流。下列叙述正确的是 （ ）A.图a中后级输出只有交流成分 B.图b中后级输出只有直流成分C.图cA.图a中后级输出只有交流成分 B.图b中后级输出只有直流成分C.图c中后级输出只有低频交流成分 D.图c中后级输出只有高频交流成分2•如图所示L为电感线圈，C为电容，A、B为两只相同的灯泡，将他们接在电压为U的交流电源上，两灯泡的亮度相同，若保持电源电压不变的是 （ ）两灯泡亮度不变A灯泡亮度不变，B灯泡变亮A灯泡变暗，B灯泡变亮A灯泡变亮，B灯泡变暗而将电源频率增大，下列关于两灯泡发光情况说法正确3.“二分频”，音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器.音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动•图为音箱的电路图，高、低频混合电流由a、b端输入，L1和L2级是线圈，C1和C2是电容器（ ）甲扬声器是高音扬声器C2的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器L1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器l2的作用是减弱乙扬声器的低频电流2ABCD4.5.电磁波和声波相比较，下列说法中正确的是（）电磁波在介质中的传播速度与电磁波的频率有关，声波的传播速度与声波频率无关电磁波的传播不需要介质，声波的传播需要介质由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度要减小，声波的传播速度要增大由空气进入水中传播时，电磁波的波长变大，声波的波长也变大德国《世界报》曾