專題交變電流電磁場電磁波舊人教選修3解讀

2023/9/21高三物理第一輪復(fù)習(xí)第十三章交流電電磁場和電磁波2023/9/22考綱要求交流發(fā)電機及其產(chǎn)生正弦式電流的原理，正弦式電流的圖象和三角函數(shù)表達，最大值與有效值，周期與頻率Ⅱ電阻、電感和電容對交變電流的作用，感抗和容抗Ⅰ變壓器的原理，電壓比和電流比，電能的輸送Ⅰ電磁場，電磁波，電磁波的波速、周期、頻率和波長Ⅰ無線電波的發(fā)射和接收，電視雷達Ⅰ知識網(wǎng)絡(luò)交變電流交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律描述交變電流的物理量最大值瞬時值有效值周期、頻率交流電路電感、電容的作用變壓器遠距離輸電2023/9/23L2第一課時交變電流的產(chǎn)生和描述一、交變電流1、交變電流：大小和方向都隨時間做周期性變化的電流，簡稱交流電2、正弦交流電隨時間按正弦規(guī)律變化的電流，其圖象為正弦或余弦曲線。二、交變電流的產(chǎn)生1、產(chǎn)生：閉合矩形線圈在勻強磁場中，繞垂直于磁感線的軸線做勻角速轉(zhuǎn)動時，閉合線圈中就有交流電產(chǎn)生L1L2線圈平面與磁感線垂直位置開始計時e=Emsinωti=Imsinωtu=UmsinωtEm=NBωS2023/9/242、中性面：與磁場方向垂直的平面特點：①線圈通過中性面時，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動勢為零；3、正弦交流電的圖象從中性面開始計時，交流電路中電動勢、電流、路端電壓隨時間變化如圖：②線圈平面每次轉(zhuǎn)過中性面時，線圈中感應(yīng)電流方向改變一次，線圈轉(zhuǎn)動一周兩次通過中性面，故一周里線圈中電流方向改變兩次2023/9/25三、描述交變電流的物理量1、瞬時值反映不同時刻交流電的大小和方向表達式e=Emsinωti=Imsinωtu=Umsinωt我國生活中用的市電電壓為220V，其最大值為頻率為50Hz，電壓的瞬時表達式：u=311sin314t（V）例1：有一正弦交流電源，電壓有效值U=120V，頻率為f=50Hz向霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=60V，試估算在一個小時內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時間有多長？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？2、最大值也叫峰值，它是瞬時值的最大者，它反映的是交流電大小的變化范圍當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時，交流電動勢最大，Em=NBωS。例2：把一電容器C接在220V的交流電路中，為了保證電容不被擊穿，電容器C的耐壓值是多少？2023/9/263、平均值⑴不能用算術(shù)平均法即：E=（E1+E2）/2來計算⑵在計算感應(yīng)電量時必須要用平均值⑶平均值不等于有效值例3：如圖所示，求線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60°角的過程中，通過線圈某一橫截面的電量4、有效值有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。正弦交流電的有效值跟最大值之間的關(guān)系是：通常所說的交流電壓、電流值，交流電表的測量值，用電器銘牌上所標(biāo)數(shù)值，計算交流電通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量、發(fā)熱功率、保險絲的熔斷電流等，都指的是有效值。2023/9/27例4：通過某電阻的周期性交變電流的圖象如右。求該交流電的有效值I例5：交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R。當(dāng)線圈由圖中位置勻速轉(zhuǎn)動60°。求：⑴此時發(fā)電機的電動勢為多少？電路中的電流為多少？R兩端的電壓為多少？⑵在此過程中通過R的電荷量q為多少？⑶R上產(chǎn)生電熱QR為多少？⑷外力做的功W為多少？⑸發(fā)電機的輸出功率為多少？2023/9/28第二課時變壓器、遠距離輸電一、理想變壓器1．理想變壓器的構(gòu)造、作用、原理及特征

構(gòu)造：兩組線圈(原、副線圈)繞在同一個閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器

作用：在輸送電能的過程中改變電壓

原理：利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象

特征：變壓器只能改變交變電壓

2．理想變壓器的理想化條件及其規(guī)律

原線圈兩端加交變電壓U1

電磁感應(yīng)忽略原、副線圈內(nèi)阻(銅損)忽略鐵芯中的漏磁(鐵損)U1＝E1

U2＝E2

2023/9/29對理想變壓器有：P入=P出即：只有一只副線圈時I1U1=I2U2存在多只副線圈時I1U1=I2U2+I3U3+……n1I1=n2I2+n3I3+……注意：⑴變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定；⑵變壓器的輸入功率由輸出功率決定；⑶副線圈中所接電阻常稱為負載電阻，“負載”則為電阻消耗的功率。2023/9/210例1：理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈的匝數(shù)分別為n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，電源電壓為U1=220V。n2上連接的燈泡的實際功率為36W，測得初級線圈的電流為I1=0.3A，求通過n3的負載R的電流I3

。例2：在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(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，能正確反應(yīng)其工作原理的是（）2023/9/211例3：如圖，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強度，則A．保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大B．保持U1及P的位置不變，K由b合到a時，R消耗的功率減小C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大2023/9/212例4：如圖所示，在繞制變壓器時，某人誤將兩個線圈繞在圖示變壓器鐵芯的左右兩個臂上，當(dāng)通以交流電時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一半通過中間的臂，已知線圈1、2的匝數(shù)比為N1∶N2=2∶1，在不接負載的情況下（）A．當(dāng)線圈1輸入電壓220V時，線圈2輸出電壓為110VB．當(dāng)線圈1輸入電壓220V時，線圈2輸出電壓為55VC．當(dāng)線圈2輸入電壓110V時，線圈1輸出電壓為220VD．當(dāng)線圈2輸入電壓110V時，線圈1輸出電壓為110V2023/9/213二、電能的輸送1、輸送電能的兩個關(guān)鍵詞：⑴、輸送一定的功率⑵、減小輸電線上的電能損耗2、一張示意圖2023/9/2143、兩個關(guān)系⑴電壓關(guān)系⑵功率關(guān)系輸電線損失電壓降壓變壓器原線圈電壓升壓變壓器副線圈電壓2023/9/215例：設(shè)某發(fā)電站到用電區(qū)的輸電電阻R=10Ω,輸送功率為20000W,發(fā)電機的輸出電壓為500V.（1）試計算出輸電的效率(不考慮輸電線路的電抗引起的損耗).(2)若要求輸電的效率達到95%,則用來提高輸電電壓的升壓變壓器的原副邊的匝數(shù)比是多大?(3)若某用電區(qū)需要用電電壓為220V,求需要的降壓變壓器的原副邊的匝數(shù)比.2023/9/216第三課時電感和電容對交流電的作用電磁場、電磁波一、感抗和容抗1.感抗表示電感對交變電流的阻礙作用。特點：“通直流，阻交流”2．容抗表示電容對交變電流的阻礙作用。特點：“通交流，隔直流”低頻扼流圈“通低頻，阻高頻”高頻扼流圈“通高頻，阻低頻”隔直電容

高頻旁路電容例1：左右兩個電路都是從左端輸入信號，右端輸出信號。左圖中輸入的是高頻、低頻混合的交流信號，要求只輸出低頻信號；右圖中輸入的是直流和低頻交流的混合信號，要求只輸出低頻交流信號。那么C1、C2中哪個該用大電容？哪個該用小電容？2023/9/217例2：在圖所示的電路中，如果交變電流的頻率增大，1、2和3燈的亮度變化情況是（）A．1、2兩燈均變亮，3燈變暗B．1燈變亮，2、3兩燈均變暗C．1、2燈均變暗，3燈亮度不變D．1燈變暗，2燈變亮，3燈亮度不變例3：如圖所示,某電子線路的輸入端的輸入電流既有直流成分,又有交流高頻與交流低頻成分,若通過該電路只把交流的低頻成分送到下一級,那么關(guān)于該電路中各器件的作用,下列說法中正確的有:A、L的功能為通直流,阻交流,是高頻扼流圈；B、L的功能為通直流,阻交流,是低頻扼流圈；C、C1的功能為通交流,隔直流,是隔直電容；D、C2的功能為通高頻,阻低頻,是高頻旁路電容輸入輸出LC1C22023/9/218二、麥克斯韋的電磁場理論變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場1、變化的磁場（電場）能夠在周圍空間產(chǎn)生電場（磁場）2、均勻變化的磁場（電場）能夠在周圍空間產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（磁場）3、振蕩的磁場（電場）能夠在周圍空間產(chǎn)生同頻率的振蕩電場（磁場）三、電磁場變化的電場和磁場相互聯(lián)系，所形成的一個不可分離的統(tǒng)一場1、電磁場不是電場與磁場的簡單相加2、在電磁場示意圖中，電場E矢量和磁場B矢量，在空間相互激發(fā)時，相互垂直

2023/9/219四、電磁波變化的電場和磁場從產(chǎn)生區(qū)域由近及遠向周圍空間傳播，形成電磁波1、有效地發(fā)射電磁波的條件①頻率足夠高（單位時間內(nèi)輻射出的能量P∝f4）②形成開放電路（把電場和磁場分散到盡可能大的空間里去）2、電磁波的特點①電磁波是橫波，場強E和磁感應(yīng)強度B均與傳播方向垂直且隨時間變化②電磁波的傳播不需要介質(zhì)，在真空中也能傳播。在真空中的波速為c=3.0×108m/s。③電磁波的周期與頻率：④波速和波長、頻率的關(guān)系：c＝λf⑤麥克斯韋根據(jù)他提出的電磁場理論預(yù)言了電磁波的存在以及在真空中波速等于光速c，后由赫茲用實驗證實了電磁波的存在2023/9/2203、電磁波和機械波有本質(zhì)的不同五、無線電波的發(fā)射和接收1、無線電波的發(fā)射：如圖所示①調(diào)制：使電磁波隨各種信號而改變②調(diào)幅和調(diào)頻2、無線電波的接收①電諧振：當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到的電磁波的頻率相同時，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強，這種現(xiàn)象叫做電諧振③檢波：從接收到的高頻振蕩中“檢”出所攜帶的信號。②調(diào)諧：使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程。調(diào)諧電路如圖所示。通過改變電容器電容來改變調(diào)諧電路的頻率六、電磁波的應(yīng)用廣播、電視、雷達、無線通信等都是電磁波的具體應(yīng)用2023/9/221例2：右圖中，內(nèi)壁光滑、水平放置的玻璃圓環(huán)內(nèi)，有一直徑略小于環(huán)口徑的帶正電的小球，正以速率v0沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動。若在此空間突然加上豎直向上、磁感應(yīng)強度B隨時間成正比例增加的變化磁場，設(shè)小球運動過程中的電量不變，那么（）A．小球?qū)ΣＡЛh(huán)的壓力不斷增大B．小球受到的磁場力不斷增大C．小球先沿逆時針方向做減速運動，過一段時間后，沿順時針方向做加速運動D．磁場力一直對小球不做功例1：按著麥克斯韋磁場理論，以下說法中正確的是（）（A）穩(wěn)定的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，穩(wěn)定的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（B）變化的電場周圍產(chǎn)生磁場，變化的磁場周圍產(chǎn)生電場（C）均勻變化的電場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，均勻變化的磁場周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場（D）振蕩電