第十三章交变电流电磁振荡电磁波

高考复习十三【交变电流电磁振荡电磁波】三课时两类电流：恒定电流:大小和方向都不随时间变化的电流；交变电流:大小和方向随时间周期性变化的电流；1.正弦式交变电流的产生原理及变化规律:一、正弦式交变电流：当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产生．试导出瞬时电动势e的表达式。θθ中性面开始计时：e=

NBL1L2ωsinωt=NBSωsinωt=Emsinωt电动势随时间按正弦规律变化。垂直于中性面开始计时：

e=Emcosωt

电流的瞬时值：电压的瞬时值：eR总EmR总eR总i==sinωt=Imsinωtu=iR=Im

Rsinωt=UmsinωtEm=NBSω2.中性面:①中性面在垂直于磁场位置．②线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大．③线圈平面通过中性面时感应电动势为零．④线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次．3.图象表示：TTT4.交流发电机:

（1）发电机的基本组成：用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生磁场的磁极（2）发电机的基本种类转动的部分叫转子，不动的部分叫定子旋转电枢式发电机旋转磁极式发电机5.其它交变电流:交变电流的特点：方向随时间变化！itit例题：试分析下列电流属于交变电流的是()例题：一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁力线的轴匀速转动，若图所示为穿过线圈的磁通量随时间的变化图线，则下面说法正确的是：A．t=0时，线圈平面与中性面垂直B．t=0.01s时刻，磁通量的变化率最大C．t=0.02s时刻，线圈产生的电动势达到最大D．t=0.03s时刻，线圈产生的电动势为零D例题：如图所示，共n匝、阻值为r、边长为L的正方形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，线圈轴线OO′与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动，转动的角速度为ω。开始计时的时刻，线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方向。则线圈内感应电流随时间变化的图像应是图（乙）中的A例题:(07四川)

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()A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→dD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

dabcBP1P2A2、描述交变电流的大小：最大值：Em、Im、Um瞬时值：e、i、u有效值:E、I、U1、描述交变电流变化快慢：T、f、

ω、n二、交变电流的描述:

物理量都有约定的表示法，千万不要混用！①瞬时值：它是反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦式电流瞬时值表达式为正弦函数时,应当注意必须从中性面开始。e=NBSωsinωt【例题】交流发电机的转子由B∥S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。17.3U=Umcosωt②最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线）。注意：电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。【例题】把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？③有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。t/sI/A1210-20例题：图象1为10A的直流电，图象2表示最大值为20A的交流电，让它们通过相同的电阻R，在相同的时间内产生的热量相等吗？例题: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。“等效法”是一种物理学重要的思维方法，交流电的“有效值”就是等效为相应的直流电。注意：对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值.用电器铭牌上所标电压、电流值也是指有效值.在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值.题目中没有特殊说明的也为有效值.正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：④平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值.例题：正弦交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀速转动产生的．线圈中感应电动势随时间变化的规律如图所示，则此感应电动势的有效值为＿＿＿＿V，频率为＿＿＿＿Hz．（05上海）高考题赏析：220

50例题：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a→b→c→d→a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（05全国Ⅱ）

Babcdt0ICt0IDt0IAt0IBCA．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos100πt(A)B．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos50πt(A)C．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos100πt(V)D．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos50πt(V)例题：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=10Ω，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（05北京）图1VR交变电源Um-UmU/Vt/×10-2s120图2A

baBl例题：将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长L，它在磁感应强度为B．方向如图的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a．b两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为（05天津）Ａ．(2πL

2nB)2/PＢ．2(πL2nB)2/PＣ．(L2nB)2/2PＤ．(L2nB)2/PB三、感抗和容抗（统称电抗）1、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”2πfC容抗：XC=1感抗：XL=2πfL例题：在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大(假设有效值不变)，1、2和3灯的亮度变化情况是A．1、2两灯均变亮，3灯变暗B．1灯变亮，2、3两灯均变暗 C．1、2灯均变暗，3灯亮度不变D．1等变暗，2灯变亮，3灯亮度不变D例题：测定压力变化的电容式传感器的原理图所示，A为固定电极，B为可动电极，AB组成一个电容可变的电容器．可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，是可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容．现将此电容传感器连接到如图所示的交流电路中，图中电流表为交流电表，R为保护电阻，若保持电的频率及电压的有效值不变，则（）待测AabR～BAA.当待测压力增大时，电容器的电容将减小B.当待测压力增大时，电流表的示数将增大C.当待测压力不变时，电流表的示数为零D.当待测压力为零时，电流表的示数为零B四、理想变压器：1．理想变压器的构造、作用、原理及特征:作用：在输送电能的过程中改变电压.原理：其工作原理是利用了电磁感应现象(互感现象)构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交变电压

2．理想变压器的理想化规律：忽略原、副线圈内阻U1＝E1，U2＝E2考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等理想变压器的电压变化规律例题：如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为4：1平行金属导轨与原线圈相连，当导体ab在匀强磁场中匀速运动时，电流表A1示数为12mA，则电流表A2示数为______mA03.需要特别引起注意的是:即对同一变压器的任意两个线圈P入=P出即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。只有当变压器只有一个副线圈工作时适用输入功率由输出功率决定例题：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”）[06上海卷]

增大例题:如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220V,60W”灯泡一只，且灯光正常发光。则[06四川]A.电流表的示数为B.电源输出功率为1200WC.电流表的示数为D.原线圈端电压为11VCB例题：如图（a）、（b）所示，当图中a、b两端与e、f两端分别加上220V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110V.若分别在c、d两端与g、h两端加上110V的交流电压，则a、b与e、f间的电压为(97全国)A.220V，220VB.220V，110VC.110V，110VD.220V，0n2

Ln3

R220Vn1例题：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。I3=0.03A测低电压U2可算出被测高电压U1电压互感器(n1>n2)由4、变压器的应用电流互感器测小电流I2可算出被测大电流I1(n1<n2)由远距离输电:功率之间的关系是：P1=P1’，P2=P2’，P1’=Pr+P2电压之间的关系是：电流之间的关系是：远距离输电的示意图;包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻例题:某发电站的输出功率为104KW,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ρ=2.4×10-8Ωm,导线横截面积为1.5×10-4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：[06广东卷]（1）升压变压器的输出电压；（2）输电线路上的电压损失。

8×104V3200V例题：学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1Ω，升压变压器匝数比为1∶4，降压变压器的匝数比为4∶1，输电线的总电阻为R=4Ω，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：⑴发电机的输出功率多大？⑵发电机的电动势多大？⑶输电线上损耗的电功率多大？

~R5424W250V144W1.电磁振荡正向放电反向放电正向充电反向充电+−+−+−电磁场和电磁波tiOTqi与q，B与E，磁场能与电场能均为互补关系一个周期内：充放电各两次能量转化两次振荡周期：例题：在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，则下列说法错误的是：A．若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电；B．若电容器正在放电，则电容器上极板带负电；C．若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大；D．若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大．例题：LC回路中电容两端的电压u随时间t变化的关系如图所示，则：A．在时刻t1，电路中的电流最大；B．在时刻t2，电路的磁场能量大；C．从时刻t2到t3，电路的电场能不断增大D．从时刻t3到t4，电容的带电量不断增大ABBC2.电磁场:麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。注意：两点理解振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同频率的振荡电场。变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。3.电磁波：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，就形