交變電流電磁場和電磁波（教案）

交變電流電磁場和電磁波一、高考趨勢二、學問構造三、考綱要求四、考點講解五、典型例題六、高考真題七、單元練習一、高考趨勢近年來高考有關溝通電的試題，平均每年都有，通常是選擇題和填空題的形式消滅，考察方式上既有對本章學問內容的單獨考察，如命題頻率較高的溝通電的產生及變化規(guī)律(包括圖像)、最大值與有效值、變壓器的變壓比和變流比等頻繁消滅；又有對本章學問和電學的其他局部(19997題、19974題)、力學〔1993191994年的18小題)間的運動向題，在加強力氣考察的現(xiàn)代高考中，更是一個熱點．估量在今后的高考中，對這局部內容的考察仍是立足于根底，保持以往的水平．電磁振蕩和電磁波在近年來高考中，重點考察LC振蕩電路的振蕩過程和規(guī)律的推斷，幾乎每年都有一道有關電磁振蕩的根底題，且多為選擇題．電磁波根底學問試題消滅的較少．本章有關論證和計算較少而概念表達較強，高考只限于把握課本范圍內的學問，且都是“A19992023年全國高考題試題都沒有考察該局部，這并不是說高考不考該局部學問．返回二、學問構造交變電流：電磁場和電磁波：返回三、考綱要求交變電流：電磁場和電磁波：返回四、考點講解一、正弦交變電流正弦交變電流的產生1 m當閉合線圈由中性面位置〔OO1 mm生的感應電動勢隨時間而變的函數(shù)是正弦函數(shù)：e=E變電流。m

sinωtE

=nBSω。這就是正弦交交變電流的有效值2交變電流的有效值是依據(jù)電流的熱效應規(guī)定的：讓溝通和直流通過一樣阻值的電阻，假設它們在一樣的時間內產生的熱量相等，就把這始終流的數(shù)值叫做這一溝通的有效值。2

/2倍?！病痴医蛔冸娏鞯淖畲笾怠⒂行е?、瞬時值和平均值正弦交變電流的電動勢、電壓和電流都有最大值、有效值、瞬時值和平均值的區(qū)分。EEe表示，平均值用E表示。2m2它們的關系為：E=E/m

，e=E

sinω。平均值不常用，必要時要用法拉第電磁感應定律直mEn。特別要留意，有效值和平均值是不同的兩個物理量，千萬不行混淆。t2生活中用的市電電壓為220，其最大值為220 V=311〔有時寫為310，頻率為250Hu=311sin314tV。Z抱負變壓器抱負變壓器的兩個根本公式是：⑴U1n1，即對同一變壓器的任意兩個線圈，都有U n2 2有輸出功率之和。

=P ，即無論有幾個副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所入 出需要特別引起留意的是：UI11

I nU I, 1 22 2 I n2 1

nU

，即在輸入電PUI

2 1 /R1 11 n1比，與副線圈電路的電阻值成反比。式中的R表示負載電阻的阻值，而不是“負載”?！柏撦d”表示副線圈所接的用電器的實際功率。實際上，R越大，負載越小；R越小，負載越大。這一點在審題時要特別留意。遠距離輸電確定要畫出遠距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負載電阻。并依據(jù)標準在圖中標出相應的物理量符號。一般設兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、n1

、n/n1

、n/，相應的電壓、電流、功率也應當承受相應的符號來表示。從圖中應2 2該看出功率之間的關系是：P1

=P/，P=P1 2

/，P1

/=P=Pr

。電壓之間的關系是：U n U n

I n I n1 1,

2

,UU

U 。電流之間的關系是：1

1, 2

2,II

I ?？蒛 n U n 1 r 2

I n I n 1 r 21 1 2 2

1 1 2 2I,I,I1 r

中只要知道一個，另兩個總和它相等。因此求輸電線上的電流往往是這類問題的突破口。U2P I2r,Ur r

Ir，而不能用P 1 。r r r特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失

2

L 1 P 1 1r U1

S U2S1大量金屬材料和架設電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地。二、電磁場和電磁波電磁場要深刻理解和應用麥克斯韋電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產生電場，變化的電場產生磁場?？梢宰C明：振蕩電場產生同頻率的振蕩磁場；振蕩磁場產生同頻率的振蕩電場。的統(tǒng)一的場，這就是電磁場。電場和磁場只是這個統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)。電磁波變化的電場和磁場從產生的區(qū)域由近及遠地向四周空間傳播開去，就形成了電磁波?！矄挝粫r間內輻射出的能量Pf4開放電路〔把電場和磁場分散到盡可能大的空間離里去。電磁波是橫波。E與B的方向彼此垂直，而且都跟波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波。電磁波的傳播不需要靠別的物質作介質，在真空中也能傳播。在真空中的波速為c=3.0×108m/s。電磁波的應用要知道播送、電視、雷達、無線通信等都是電磁波的具體應用。返回五、典型例題1.2B∥S的位置開頭勻速轉動，與它并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為14.1V，30°時溝通電壓的瞬時值為＿＿V1.2U解：電壓表的示數(shù)為溝通電壓的有效值，由此可知最大值為 =Um

U=20V。而轉過30°時u=Ucos30°=17.3V。2.2.通過某電阻的周期性交變電流的圖象如右。求該溝通電的有效值I。T=0.3st=0.2sI=3At=0.1sI=-6A，因1 1 2 22此這一個周期內電流做的功可以求出來，依據(jù)有效值的定義，設有效值為I，依據(jù)定義有：2I2RT=I2Rt+I3.3.

2Rt2

帶入數(shù)據(jù)計算得：I=3 A溝通發(fā)電機轉子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B，ωrR。當線圈由圖中實線位置勻速轉動90°R的電荷量qR上產生電熱Q為多少？RW為多少？解：⑴按照電流的定義I=q/t，計算電荷量q 應該用電流的平均值：即E n nBS nBSqIt,而I ,q

，這里電流和電動勢都必需要用平均值，Rr

Rr不能用有效值、最大值或瞬時值。QRQ。RE2 nBS2

R QI2(Rr)t

Rr 2

2

,Q R

QRr

4Rr2。這里的電流必需要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬時值。W=Q

n2B2S2。確定要學會用能量轉化和守恒定律來分析功和能。4.P4.A.110V B.156V C.220V D.311V解：從u-t圖象看出，每個周期的前半周期是正弦圖形，其有效值為220V；后半周期電壓1為零。依據(jù)有效值的定義，U2TU2T0 得U=156V，選B。1R R 25.n=1760匝、n=288匝、n5.1 2 3匝，電源電壓為U=220V。n 上連接的燈泡的實際功率為36W，測得初級線圈的電流為1 2I=0.3AnRI。1 3 3I∝1/nP=P+P1 2 3

U例6.例6.

=36V，U3

1

I=U1

I+UI2 33

I=1AI=0.03A。2 3在變電站里，常常要用溝通電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個圖中，能正確反響其工作原理的是解：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏鳎虼嗽€圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必需將原線圈串聯(lián)在火線中。選A。7.22的燈6盞，要求全部燈都正常發(fā)光，則：⑴發(fā)電機的輸出功率多大？⑵發(fā)電機的電動勢多大？⑶輸電線上損耗的電功率多大？7.22×6×40=5280WPI 22 U2

5280220

24

A，輸電線上的電流

II1

II 262 4

A，降壓變壓器上：U=4U2

/=880V，輸電線上的電壓損失為：U=Ir

R=24V，因此升壓變壓器的輸出電壓為RU/=U+U=904，輸入電壓為U=U//4=226，輸入電流為I=4I/=24，所以發(fā)電機輸1 R 2 1 1 1 1P

=UI出11

=5424WE=U1+I1r=250V8.PR=IR2R8.在遠距離輸電時，要考慮盡量削減輸電線上的功率損失。有一個坑口電站，輸送的電P=500kWU=5kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只4800ηr電效率提高到98%，又不轉變輸電線，那么電站應使用多高的電壓向外輸電？r P=500kWE=Pt=12023E/=7200η=60%I=P/UI=100A，而輸電線損耗功率可P=I2rP=4800/24=200kWr=20Ωr

1P=200kW，現(xiàn)在要求P/=10kW，計算可P r r rr U U2得輸電電壓應調整為U/=22.4kV。時間Δt=0.4ms，那么被監(jiān)視的目標到雷達的距離為 km。該雷達發(fā)出的電磁波的波長為 m。解：由s=cΔt=1.2×105m=120km60km。9.f某防空雷達放射的電磁波頻率為=3×103MH9.fZcfλλ=0.1m10.的電場，使電子加速。被加速的電子同時在洛倫茲力的作用下沿圓形軌道運動。設法把高能r=0.84m的電子感應中，電子在被4.2ms120MeV。這期間電子軌道內的高頻交變磁場是線性變化的，1.8Wb，求電子共繞行了多少周？10.解：依據(jù)法拉第電磁感應定律，環(huán)形室內的感應電動勢為E=t

=429V，設電子在例11.K NNeEEN=E/Ee，帶入數(shù)據(jù)可N=2.8×105例11.K r且水平放置的光滑絕緣的環(huán)形管道內，有一個電荷量為e，質量mB=B0

+t

k>0。環(huán)切線方向的作用力，使其得到加速。設t=0時刻電子的初速度大小為v

，方向順時針，從0B此開頭后運動一周后的磁感應強度為B1

，則此時電子的速度大小為v202v202r2kemm

C.B0re D.v2v202r2kem解：感應電動勢為E=kπr2，電場方向逆時針，電場力對電子做正功。在轉動一圈過程中對電kr2e

12

1mv2，B正確；由半徑公式知，A也正確，答案為AB。2 0例12.例12.A.兩極板間的電壓和場強都將漸漸減小B.兩極板間的電壓不變，場強漸漸減小C.兩極板間將產生順時針方向的磁場D.兩極板間將產生逆時針方向的磁場E=U/dQ=UC，dC減小，因此電容器帶電量減小，即電容器放電。放電電流方向為逆時針。在引線四周的磁場方向為逆時針方向，因此在兩極板間的磁場方向也是逆時針方向。選BD。返回六、高考真題1．〔2023年全國〕w繞垂直n=100Φ隨時間按正弦規(guī)律變化，如以下圖發(fā)電機內阻r=5.0Ω,外電路電阻感應電動勢的最大值 ，其中 為穿過每匝線圈磁通量的最大值。求串聯(lián)在外電路中的溝通電流表〔內阻不計〕的讀數(shù)?！?023年全國〕—個抱負變壓器，原線圈和副線圈的匝數(shù)分別為n和n，正常工作l 2時輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為U1

U、I2

I、P2

Pn＞n則2 1 2U＞U，P＜P

P＝P

，I＜I1 2 l 2 l 2 l 2

，U＞U

P＞P

，I＞Il 2 1 2 l 2 l 2〔2023年全國〕曾經(jīng)流行過一種向自行車車頭燈供電的小型溝通發(fā)電機，圖9為其構造示意圖。圖中N、S是一對固定的磁極，abcd為固定在轉軸上的矩形線框，轉軸過bcabr＝1.0cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊02設線框由N＝800匝導線圈組成，每匝線圈的面積S＝20cm2，磁極間的磁場可視作勻強磁B＝0.010TR1

＝35cmR2

＝4.0cm，大齒R3

＝10.0cm以〔見圖10。現(xiàn)從靜止開頭使大齒輪加速轉動，問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機輸出電壓的有效值U＝3.2V？〔假定摩擦小輪與自行車輪之間無相對滑動〕參考解答：正弦溝通電動勢，其最大值 BSNm 0ω0為線框轉動的角速度，即摩擦小輪轉動的角速度。發(fā)電機兩端電壓的有效值2U 2 m2設自行車車輪轉動的角速度為ω1，由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對滑動，有R r1 1 0小齒輪轉動的角速度與自行車輪轉動的角速度一樣，也為ω1。設大齒輪轉動的角速度ω，有R R 3 2 1由以上各式解得2U R r 20BSN R R3 1代人數(shù)據(jù)得ω＝3.2rad/s返回七、單元練習11abcd中產生感應電流的以下說法中正確的選項是：A．只要它在磁場中作切割磁感線的運動，線框中就產生感應電流B．只要它處于變化的磁場中，線框中就產生感應電流C．它以任何一條邊為軸，在磁場中旋轉，線框中就產生感應電流DOO0時，線框中有感應電流。22所示，在絕緣圓筒上繞兩個線圈PQ，分別與電池ER構成閉合回P中，則在插入的過程中：R上沒有電流R上有方向向左的電流R上有方向向右的電流條件缺乏，不能確定3abcd3所示位置時，cd邊受到的磁場力方向豎直向上，那么線圈的運動狀況是：向左平動，進入勻強磁場C．向上平動

向右平動，退出勻強磁場Dad邊為軸，cb邊向紙內轉動4MNabcd4所示。當導線中通有M→N方向的恒定電流時，線框做下面列出的那種運動，線框中沒有感應電流：Aab為軸轉動CMN為軸轉動

Bad為軸轉動D．沿紙面對下平動5、關于自感系數(shù)的以下說法正確的選項是：A．一個線圈的自感系數(shù)的大小與電路中的電流強度變化的大小有關B．一個線圈的自感系數(shù)的大小與電路中的電流強度變化的快慢有關C．一個線圈的自感系數(shù)的大小只與線圈本身的匝數(shù)、外形和大小以及是否有鐵芯有關D1s1安，在線圈中產生的自感電動勢是1V1H。6HLabcd從高處落下。HL。ab邊剛進入磁場時，線框恰好作勻速運動，則：abcd邊進入磁場的過程中，線框作勻速運動線框進入磁場后，作自由落體運動C．ab邊出磁場時，線框作勻減速運動D．ab邊出磁場時，線框作減速運動7、用電阻率為San匝。將此線圈垂直于磁場方向放置，如圖6I，方向如圖中箭頭所示，則此可知：A．磁場是增加的，磁感強度變化率為aS/4IB．磁場是減弱的，磁感強度變化率為4I/aSC．磁場是增加的，磁感強度變化率為aS/IDI/aS87所示，導線ACvEFR，導ACv成正比的物理量是：AC中的電流強度AC的作用力R上產生的熱功率AC勻速滑動的外力9av勻速穿過一個有界的勻強磁場，磁感應強度為B。設磁場界寬為b，線框電阻為R。假設ab ，這一過程中產生的焦耳熱Q= ；假設ab，Q= 。K處于閉合狀態(tài)，KA的電流方向是從端到 端；這個試驗是用來演示 現(xiàn)象的。1110abMNPQ上勻速運動，現(xiàn)在觀看到懸ab的運動狀況是。12abcd，abL1

40cm，bcL2

20cm10匝，在磁感強B=0.4T30轉/sOO11的位置開頭計時，90的時間內，產生的感應電動勢的平均值為V。

V，最大值為 13、如圖12所示，鐵芯的初級線圈接溝通電源，次級是兩個粗、細線圈共同組成閉合2倍，圖示狀況放置時，a，b1.2伏；兩線圈位置對調后，a，b電壓為伏。1413MONO夾角為ACON。勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于導軌所在平面。導軌和金屬桿AC的單位長度的電阻都是，ACvON方向作勻速運動，求回路中的電流強度。15abcdLRMmMm。用兩根質量和電阻均可