专题交变电流电磁场电磁波旧人教选修3解读

2023/9/21高三物理第一轮复习第十三章交流电电磁场和电磁波2023/9/22考纲要求交流发电机及其产生正弦式电流的原理，正弦式电流的图象和三角函数表达，最大值与有效值，周期与频率Ⅱ电阻、电感和电容对交变电流的作用，感抗和容抗Ⅰ变压器的原理，电压比和电流比，电能的输送Ⅰ电磁场，电磁波，电磁波的波速、周期、频率和波长Ⅰ无线电波的发射和接收，电视雷达Ⅰ知识网络交变电流交变电流的产生及其变化规律描述交变电流的物理量最大值瞬时值有效值周期、频率交流电路电感、电容的作用变压器远距离输电2023/9/23L2第一课时交变电流的产生和描述一、交变电流1、交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流电2、正弦交流电随时间按正弦规律变化的电流，其图象为正弦或余弦曲线。二、交变电流的产生1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生L1L2线圈平面与磁感线垂直位置开始计时e=Emsinωti=Imsinωtu=UmsinωtEm=NBωS2023/9/242、中性面：与磁场方向垂直的平面特点：①线圈通过中性面时，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；3、正弦交流电的图象从中性面开始计时，交流电路中电动势、电流、路端电压随时间变化如图：②线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次2023/9/25三、描述交变电流的物理量1、瞬时值反映不同时刻交流电的大小和方向表达式e=Emsinωti=Imsinωtu=Umsinωt我国生活中用的市电电压为220V，其最大值为频率为50Hz，电压的瞬时表达式：u=311sin314t（V）例1：有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？2、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，Em=NBωS。例2：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？2023/9/263、平均值⑴不能用算术平均法即：E=（E1+E2）/2来计算⑵在计算感应电量时必须要用平均值⑶平均值不等于有效值例3：如图所示，求线圈由图示位置转过60°角的过程中，通过线圈某一横截面的电量4、有效值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。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：通常所说的交流电压、电流值，交流电表的测量值，用电器铭牌上所标数值，计算交流电通过导体产生的热量、发热功率、保险丝的熔断电流等，都指的是有效值。2023/9/27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例5：交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中位置匀速转动60°。求：⑴此时发电机的电动势为多少？电路中的电流为多少？R两端的电压为多少？⑵在此过程中通过R的电荷量q为多少？⑶R上产生电热QR为多少？⑷外力做的功W为多少？⑸发电机的输出功率为多少？2023/9/28第二课时变压器、远距离输电一、理想变压器1．理想变压器的构造、作用、原理及特征

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

作用：在输送电能的过程中改变电压

原理：利用了电磁感应现象

特征：变压器只能改变交变电压

2．理想变压器的理想化条件及其规律

原线圈两端加交变电压U1

电磁感应忽略原、副线圈内阻(铜损)忽略铁芯中的漏磁(铁损)U1＝E1

U2＝E2

2023/9/29对理想变压器有：P入=P出即：只有一只副线圈时I1U1=I2U2存在多只副线圈时I1U1=I2U2+I3U3+……n1I1=n2I2+n3I3+……注意：⑴变压器的输出电压由输入电压决定；⑵变压器的输入功率由输出功率决定；⑶副线圈中所接电阻常称为负载电阻，“负载”则为电阻消耗的功率。2023/9/210例1：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

。例2：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（）2023/9/211例3：如图，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B．保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大2023/9/212例4：如图所示，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N1∶N2=2∶1，在不接负载的情况下（）A．当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110VB．当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55VC．当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220VD．当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V2023/9/213二、电能的输送1、输送电能的两个关键词：⑴、输送一定的功率⑵、减小输电线上的电能损耗2、一张示意图2023/9/2143、两个关系⑴电压关系⑵功率关系输电线损失电压降压变压器原线圈电压升压变压器副线圈电压2023/9/215例：设某发电站到用电区的输电电阻R=10Ω,输送功率为20000W,发电机的输出电压为500V.（1）试计算出输电的效率(不考虑输电线路的电抗引起的损耗).(2)若要求输电的效率达到95%,则用来提高输电电压的升压变压器的原副边的匝数比是多大?(3)若某用电区需要用电电压为220V,求需要的降压变压器的原副边的匝数比.2023/9/216第三课时电感和电容对交流电的作用电磁场、电磁波一、感抗和容抗1.感抗表示电感对交变电流的阻碍作用。特点：“通直流，阻交流”2．容抗表示电容对交变电流的阻碍作用。特点：“通交流，隔直流”低频扼流圈“通低频，阻高频”高频扼流圈“通高频，阻低频”隔直电容

高频旁路电容例1：左右两个电路都是从左端输入信号，右端输出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流信号，要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流的混合信号，要求只输出低频交流信号。那么C1、C2中哪个该用大电容？哪个该用小电容？2023/9/217例2：在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大，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灯变暗，2灯变亮，3灯亮度不变例3：如图所示,某电子线路的输入端的输入电流既有直流成分,又有交流高频与交流低频成分,若通过该电路只把交流的低频成分送到下一级,那么关于该电路中各器件的作用,下列说法中正确的有:A、L的功能为通直流,阻交流,是高频扼流圈；B、L的功能为通直流,阻交流,是低频扼流圈；C、C1的功能为通交流,隔直流,是隔直电容；D、C2的功能为通高频,阻低频,是高频旁路电容输入输出LC1C22023/9/218二、麦克斯韦的电磁场理论变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场1、变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（磁场）2、均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）3、振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）三、电磁场变化的电场和磁场相互联系，所形成的一个不可分离的统一场1、电磁场不是电场与磁场的简单相加2、在电磁场示意图中，电场E矢量和磁场B矢量，在空间相互激发时，相互垂直

2023/9/219四、电磁波变化的电场和磁场从产生区域由近及远向周围空间传播，形成电磁波1、有效地发射电磁波的条件①频率足够高（单位时间内辐射出的能量P∝f4）②形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）2、电磁波的特点①电磁波是横波，场强E和磁感应强度B均与传播方向垂直且随时间变化②电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0×108m/s。③电磁波的周期与频率：④波速和波长、频率的关系：c＝λf⑤麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在2023/9/2203、电磁波和机械波有本质的不同五、无线电波的发射和接收1、无线电波的发射：如图所示①调制：使电磁波随各种信号而改变②调幅和调频2、无线电波的接收①电谐振：当接收电路的固有频率跟接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，这种现象叫做电谐振③检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号。②调谐：使接收电路产生电谐振的过程。调谐电路如图所示。通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率六、电磁波的应用广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用2023/9/221例2：右图中，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率v0沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B随时间成正比例增加的变化磁场，设小球运动过程中的电量不变，那么（）A．小球对玻璃环的压力不断增大B．小球受到的磁场力不断增大C．小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D．磁场力一直对小球不做功例1：按着麦克斯韦磁场理论，以下说法中正确的是（）（A）稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场（B）变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场（C）均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场（D）振荡电