xx届高考物理知识网络交变电流 电磁场和电磁复习教案

1 / 42 XX 届高考物理知识网络交变电流 电磁场和电磁复习教案 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 第十三章交变电流 电磁场和电磁波 本章讲述的交流电知识，是前面学过的电磁学知识的进一步发展和应用，不但有较强的综合性，而且跟生产和生活实际有着密切的联系，有较强的实用性学好本章知识对扩展学生的知识面和培养学生运用知识的能力是非常有益的 知识网络： 近几年高考对本章知识考察的特点： 交流电的产生交流电的图象、最大值、有效值、变压器原理在历年高考中频繁以选择题和填空题的形式 出现，一般所占比例为高考命题的 3%，有时与电场、力学知识结合在一起以计算题的形式出现 ,所占比例还会更大一些从最近几年高考命题来看重点在交流电，所以要注意交流电的一般表达式例如： 2000年第 18题， 2002年春季高考（理科综合）的第 31 题等另外有关变压器，远距离输电也多次重复出现，如 2000 年春季高考的第 6 题，第 14 题及 2001 年高考的第 2 题等本章知识与力学知识的综合题，特别是带点粒子在交变电场中的运动问题更是近年高考的热点，分值较高在复习时应注意加强 2 / 42 专题一交变电流的产生及变化规律 考点分析 一、本专题考点：发电机及其产生正弦式电流的原理，正弦式电流的图象，最大值与有效值，周期与频率，属 类要求 二、理解和掌握的内容 1交流电的定义：强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交流电 2交流电的产生 : (1)装置及产生方式 :如图 14-1,当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 ,线圈中产生的交流电是随时间按正弦规律变化的 ,这种交变电流叫做正弦式交流电 (2)原理 :电磁感应在研究交流电的方向时要抓住楞次定律 ,在研究电动势的大小时要抓住法拉第电磁感应定律 3交流电的变化规律 :正弦式交流电的电动势电压电流都是按正弦规律变化的 (1)瞬时值表达式 : 当从中性面开始计时 : e=Emsint =Imsintu=Umsint 其中 m=NBS 当从线圈平面转到与中性面垂直的位置开始计时： e=Emcosti=Imcostu=Umcost 其中 Em=NBS (2)图象：如图 14-2（甲）、（乙） 3 / 42 （ 3）几个进一步说明的问题： 中性面：即与磁感线垂直的平面是一个客观存在的平面 ,与线圈的转动情 况无关 每当线圈转到与中性面重合的位置时电动势为零 ,每当线圈平面转到与中性面垂直的位置时电动势最大 线圈每转到中性面的位置 ,交流电的方向改变一次 ,一个周期内交流电的方向改变两次 线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 ,所产生的感应电动势的最大值为 :Em=NBS 即 Em 仅由 N、 B、 S、 四个量决定，与轴的具体位置和线圈的形状都是无关的 4最大值与有效值 （ 1）最大值：交流电的电动势、电流、电压的瞬时值不断变化，各自的最大值分别称为它们的最大值，亦称为峰值 （ 2）有效值：交流 电的有效值是根据电流的热效应规定的，即让交流电和直流电通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生相同的热量，我们就把这一直流电的数值叫做交流电的有效值 正弦式交流电的有效值和最大值的关系： Em=,I=,U= 各种电器设备标定的额定电压、电流值，交流电压表的测4 / 42 量值，凡没有说明的都指有效值 （ 3）平均值：交流电的平均值是交流电的图象中波形与横轴（ t 轴）所围面积跟时间的比值，有时也用 E=n 来求 5周期与频率 (1)周期和频率：周期指交流电完成一次周期性变化所需要的时间，频率指交流电在 1s 内完成周期性变化的次数它们之间的关系是 T=它们都是描述交流电变化快慢的物理量我国市用交流电的周期是，频率是 50Hz 6难点释疑 （ 1）如何理解线圈平面转到中性面时磁通量最大 ,电动势为零 ;而线圈平面与中性面垂直时磁通量为零 ,电动势最大呢 ?因为根据法拉第电磁定律 E=知感应电动势的大小不是与磁通量 直接对应，而是与磁通量的变化率成正比线圈经过中性面时虽然磁通量最大 ,磁通量的变化率却为零 ;线圈平面与中性面垂直时磁通量虽然为零 ,磁通量的变化率却最大 （ 2）有效值为最大值的这一关系只适用于正弦式交流 电如果不是正弦式交流电求有效值，则应根据有效值的定义从电流的热效应入手 (3)正弦式交流电在某段时间内的平均值不等于这段时间始末两瞬时值的算术平均值，即 ，因为它不是线形变化对正弦式交流电，整数个周期内的平均值为零，没有实际意义，5 / 42 半周期内的平均值是最大值的 （ 3）计算热量和功率以及确定保险丝的熔断电流时，要用交流电的有效值；在计算通过导体的电量时要用交流电的平均值；在考虑电容器和二极管的耐压值时，则应对应交流电的最大值 例题精析 例题 1 一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀 速转动，在转动过程中，线框中的最大磁通量为 m,最大感应电动势为 Em，下列说法中正确的是 A当磁通量为零时，感应电动势也为零 B当磁通量减小时感应电动势在增大 c当磁通量等于 时，感应电动势等于 D角速度 等于 Em/m 解析：根据正弦式交流电的产生及其变化规律：当磁通量最大时，感应电动势为零；当磁通量减小时，感应电动势在增大；磁通量减为零时，感应电动势最大由此可知 A 项错误 ,B项正确设从线框位于中性面开始计时 ,则有 e=Emsint,式中 Em=BS, 因 m=BS, 故角速度 =Em/ m,D项正确设e=，则解出 t=/6 ，为求此时穿过线框平面的磁通量 ,可画出图 14-4 的示意图，并将磁感应强度 B 沿着平行于线框 平 面 和 垂 直 于 线 框 平 面 分 解 为 B1 和 B2 ，则B1=Bsin(/6)=B/2,B2=Bcos(/6)=B/2, 由于 B，对产生磁6 / 42 通量无贡献，故磁通量 =B2S=BS/2=/2 m, 可见 c 项错误，故本题正确答案应选 B、 D 思考拓宽：求解磁通量时要养成画示意图的习惯，要掌握平行四边形法则否则常把磁通量计算为 =Bsin=m ，错选c 项其实产生正弦式感应电动势 e 的磁通量 是按余 弦规律变化的，而产生余弦式感应电动势的磁通量是按正弦规律变化的在分析电动势或磁通量的变化规律时，如果拿不准是正弦规律还是余弦规律，我们只要假定一下，然后利用中性面或与中性面垂直位置两个特殊值判断即可如：从中性面转过 a 角时，电动势应为 Emsina，只有这样当 a=0时才有 e=0 例题 2 如图 14-5 所示直导线通以交流电 i=Imsint 则由t=0 开始的一个周期内，在矩形线框中产生的感应电流强度的变化是 A减小、增大、减小、增大 B减小、增大 c先增大、后减小 D增大、减小、增大、减小 解析：由法拉第电磁感应定律得线圈产生的感应电动势为：E=S E 而为 i=Imsint 图象上切线的斜率，因此选 A 项正确 思考拓宽：直导线上电流增大时，穿过矩形线框的磁通量增7 / 42 大，而穿过线框磁通量的变化率却在减小与矩形线框在匀强磁场中转动产生交流电情况类似，此题考察知识的迁移能力 一个面积为 S 的矩形线圈在匀强磁场中以其中一条边为转轴，做匀速转动，磁场方向与转轴垂直，线圈中感应电动势e 与时间 t 的关系如图 14-6 所示感应电动势最大值和周期可由图中读出则磁感应强度 在 t时刻，线圈 平面与磁感应强度的夹角 由图象可知感应电动势最大值 Em、周期，由 Em BS=BS得 B=EmT/2S ，由图象可知， t=0时刻线圈平面平行于磁感应强度 ,它在时间内转过的角度等于 t时刻线圈平面与磁感应强度的夹角 30o 例 3 匝数为 100 匝的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 ,如图14-6（甲）所示，其感应电动势随时间变化的图像如图 14-7（乙）所示线圈的总电阻为 20 （ 1）写出电流强度随时间变化的表达式 （ 2）设线圈在图甲位置时开始计时，则经过多长时间电流强度为 2 5A？ 分 析与解答： （ 1）据 i=Imsint 及闭合电路欧姆定律 Im= 又因为 = ，所以 i=5sin10tA 另解：据交变电动势的瞬时表达式： e=100sint 有8 / 42 e=100sint=100sin 据 i=得 i=A （ 2）据 i=5sin10t 有 =5sin10t 所以 sin10t=10t=或 10t= （ n=0， 1， 2， 3， ） 所以 t1=， t2=（ n=0， 1， 2， 3， ） 思考拓宽：（ 1）第一问的两种解法中都用到了闭合电路的欧姆定律，应注意，最大值与最大值对应，瞬时值与瞬时值对应（ 2）闭合线 圈连续转动，所以解答第二问时一定要考虑通式 如图 14-8 所示，边长为 a 的单匝正方形线圈在磁感强度为B 的匀强磁场中，以 oo/边为轴匀速转动，角速度为 ，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为 R求： （ 1）线圈从图示位置转过的过程中产生的热量 Q （ 2）线圈从图示位置转过的过程中通过线圈某截面的电量 解析：线圈中产生的热量需从转动过程中交流电的有效值考虑；通过线圈截面的电量需从交流电的平均值考虑 (1)线圈转动过程中感应电动势的峰值 Em=Ba2, 感应电流的有效值为 I=，线圈转过的时间 t=，所以 在转动中产生的热量为 Q=I2Rt= (2)线圈转过过程中的感应电动势和感应电流的平均值分别为： =， = 9 / 42 所以，在转动过程中流过导体截面的电量为 q=t= 从图示位置转过的过程中，电流恰好经过一个从最大到最小的过程，所以在这内电流的有效直等于，注意不是在任意的内电流的有效直一定等于 例题 4 如图 14-9 所示，是一交流电压随时间变化的图象，此交流电压的有效值为多大？ 解析：图 14-9 中给出的是方波交流电，周期为，前 T/3 时间内 U1=100v,后 2T/3 时间内 U2=-50v设该交流电压的有效为 U,根据 有效值的定义 ,有 : 代入已知数据 ,解得 U=50V 思考拓宽：（ 1）由图象可知，该交流电的周期为，如认为其周期为则必产生错解（ 2）恒定电流通过纯电阻产生的热效应与电流的方向无关，不存在相互抵消的作用（ 3）思考：若上述交流电通过 R=100 的电阻，在内通过该电阻的电量是多少？ 能力提升 知识与技能 1 线 圈 在 匀 强 磁 场 中 匀 速 转 动 产 生 的 交 流 电 为i=5sin50tA ，从 t=0到第一次出现最大值的时间是（） A B c D 2线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交流电动势e=10sin20tV ，则以下说法正确的是（） 10 / 42 A t=0时，线圈平面位于中性面 B t=0时，穿过线圈的磁通量最大 c t=0时，导线切割磁感线的有效速度最大 D t=时 e 有最大值 10V 3某矩形线圈在匀强磁场中转动所产生的感应电动势的变化规律为 e=Emsint 保持其他条件不变，使该线圈匝数和转速都增加一倍，则此时所产生的感应电动势的变化规律将变为 A e=2Emsin2tB e=2Emsint （） c e=4Emsin2tD e=4Emsint 4一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速 转动，线圈内感应电动势 e 随时间 t 的变化图象如图14-10所示，则以下说法正确的是（） A t1时刻通过线圈平面的磁通量为零 B t2时刻通过线圈平面的磁通量最大 c t4时刻通过线圈平面的磁通量的变化率的绝对值最大 D每当感应电动势改变方向时，通过线圈平面的磁通量的绝对值都最大 5将一交流电压表接在一正常工作的交流发电机的输出端，则下述说法正确的是（） A电压表指针随发电机转子的转动而摆动，且转子每转一周，表针左右摆动一次 11 / 42 B当转子转到磁场方向跟线圈平面垂直时，电压表指针偏角最大 c当转子转到磁场方向跟线圈平面平行时，电压表指针偏角最大 D电压表指针始终指在某一确定的刻度处 6一长直导线通以 50Hz的交变电流，在导线正下方有一断开的圆形线圈，如图 14-11所示，那么相对 b 来说 a 端的电势最高是在 （） A交变电流方向向右，电流强度最大时 B交变电流方向向左，电流强度最大时 c交变电流方向向右，电流强度减小到零时 D交变电流方向向左，电流强度减小到零时 7某电阻型用电器两端所允许加的最大直流电压是 250V,它在交流电路中使用时 ,交流电压的峰值的最大允 许值是 () A 250VB 220Vc 352VD 177V 8图 14-12 表示一交流电的电流随时间变化的图象此交变电流的有效值是 () A 5AB 5A c 3 5AD 3 5A 9正弦交变电压 U=50sin314tV，加在一氖管两端已知当氖管两端电压达到 25V时，才开始发光，则此氖管在交流电的一个周期内发光时间是多少？在 5min 内发光次数是多12 / 42 少？ 能力与素质 10如图 14-14 所示 ,半径为 r 的金属环绕通过其直径的轴oo 以角速度 做匀速转动 ,匀强磁场的磁感应强度为 B从金属环的平 面与磁场方向重合时开始计时 ,则在转过 300 角的过程中 ,环中产生的平均感应电动势多大 ?如果组成金属环材料单位长度的电阻值为 R,则在转过 300 角的过程中 ,流过金属环的电量是多少 ? 11如图 14-15所示，一矩形线圈面积 400cm2，匝数为 100匝，绕线圈的中心轴 oo,以角速度 匀速转动，匀强磁场的磁感强度为 T，转动轴与磁感线垂直线圈电阻为 1 ，R1=3 ， R2=6 ， R3=12 ，其余电阻不计，电键 S 断开，当 线 圈 转 到 与 磁 感 线 平 行 时 ， 所 受 磁 场 力 矩 为16Nm求： （ 1）线圈转动的角速度 ； （ 2）感应电动势的最大值； （ 3）电键 S 闭合后，线圈的输出功率 12如图 14-16所示，交流发电机矩形线圈面积为 100cm2，匝数 N=500，总电阻为 r= 在磁感强度 B 为 0 2T的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的轴 oo/匀速转动，外电路负载电阻 R=30, 电压表示数为 300V求 : （ 1）交流电的频率多大 ? 13 / 42 （ 2）从图示中性面位置开始计时时 ,经 1/120s 时的电磁力矩的大小 ? 拓展研究 1（ 2002春招）磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机如图 14-17所示，已知一台单相发电机 转子导线框共有 N 匝，线框长为 l1，宽为 l2，转子的转动角速度为 ，磁极间的磁感应强度为 B，试导出发电机的瞬时电动势 E 的表达式 现在知道有一种强永磁材料钕铁硼，用它制成发电机磁极时，磁感应强度可增大到原来的 k 倍，如果保持发电机结构尺寸，转子转动角速度，需产生的电动势都不变，那么这时转子上的导线框需要多少匝？ 解析：线框在磁场中的位置尺寸及转动方向如图 13-23所示 线框从中性面处经时间 t 转过的角度为 一根长边产生的感应电动势为，一匝导线框所产生的感应电动势应为即 E1=l1l2Bsin 又有，故 N 匝线框产生的电动势应为EN=NE1=Nl1l2Bsint 磁极换成钕铁硼永磁体时，设匝数 N ，则有 , 可得 N=N/k 电磁力矩 m=BNSsin300=5Nm 思考拓宽 :交流电路中 ,电流表电压表的示数均指交流电的14 / 42 有效值计算电功，电热利用交流电的有效值而计算磁力矩则应理解为对应瞬时电流的瞬时安培力对应的瞬时磁力矩 线圈由图示位置转过 的过程中 R 上产生的热量及通过 R的电量各是多少 ? 2三相交变电流的产生 （ 1）三相交流电 三个最大值和周期都相同， 到达零值和最大值的时间依次相隔 T/3的交变电流，称为三相交流电，其图象如图 14-18所示 （ 2）三相交变电流的产生 如图 14-19所示，三个相同的线圈 A-X、 B-X、 c-X 彼此互成120 角 ,安装在同一个转轴上 ,当它们同时在匀强磁场中匀速转动时 ,三个线圈中都产生大小和方向按正弦 (或余弦 )规律变化的感应电动势 ,这样的发电机叫做三相发电机由发出的电流叫做三相交流电 专题二交变电路 考点分析 一、本专题考点：电阻、电感和电容对交变电流的作用、感抗和容抗；变压器的原理，电压比和电流比，电能的输送 两个考点均属 类要求 二、本考点需要理解和掌握的内容 15 / 42 1电感和电容对交变电流的影响 （）电感对交变电流的阻碍作用 感抗：表示电感对交变电流阻碍作用的大小感抗决定于线圈的自感系数、交变电流的频率，与线圈的自感系数成正比，与交变电流的频率成正比 只有电感的电路叫纯电感电路，在纯电感电路中，电流的大小跟电压成正比 低频扼流圈：有铁芯，匝数多（几千或更多），自感系数大它的作用是 “ 通直流，阻交流 ” 高频扼流圈：有（或没有）铁芯，匝数少（几百），自感系数小它的作用是 “ 通高频，阻低 频 ” （ 2）电容器对交变电流的阻碍作用 容抗：表示电容对交变电流的阻碍作用的大小 只有电容的电路叫纯电容电路，在纯电容电路中，电流的大小跟电压成正比 电容有 “ 通交流，隔直流；通高频，阻低频 ” 的作用 影响容抗大小的因素：交变电流的频率和电容器的电容即交变电流的频率越高，电容器充电时集聚的电荷相对较少；同理，电容器的电容越大容纳电荷的本领越大，充放电时所受的阻碍越小，容抗也就越小 2变压器 （ 1）工作原理：在原线圈上加交流电压产生交变电流，铁16 / 42 芯中产生交变磁场即产生交变磁通量， 在副线圈中产生交变电动势当副线圈加接负载时，副线圈相当于交流电源向外界供电由于铁芯闭合，在不考虑铁芯漏磁的情况下，穿过原、副线圈每匝线圈的磁通量及其变化率均相同，因此在原线圈上所加的交流电压值与原线圈的匝数成正比这样可以通过绕制不同匝数的副线圈，来得到各种数值的交流电动势从而改变了交流电压从能量角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电场能的装置 （ 2）作用：改变交流电压 （ 3）理想变压器主要规律： 功率关系： P 入 =P出 电压关系： U1/U2=n1/n2 电流关系：只 有一个副线圈时， I1/I2=n2/n1；有两个副线圈时， n1I1=n2I2+n3I3 （ 4）几种常用的变压器 自耦变压器、调压变压器、电压互感器、电流互感器 （ 5）难点解析： 理想变压器各线圈两端电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、副线圈只有一个副线圈的情况，而且适用于多个副线圈的情况这是因为理想变压器的磁通量是全部集中在铁芯内的，因此穿过每组线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比在线圈内阻不计17 / 42 的情况下，线圈两端的电压即等于电动势，故每组线圈两端电压都与匝数成 正比但电流与匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈，该关系即不适用由于输入功率和输出功率相等，所以应有：U1I1=U2I2+U¬¬2/I2/+U2/I2/+ 对原副线圈匝数比（ n1/n2）确定的变压器，其输出电压U2是由输入电压 U1决定的；在原副线圈匝数比（ n1/n2）和输入电压 U1确定的情况下，原线圈中的输入电流 I1却是由副线圈中的输出电流决定的 3电能的输送 （ 1）输电过程示意图如图 14-20： （ 2）原理： 为减少输电线路上的电能损 失，应采用高压输电这是因为输送功率一定时，线路电流，输电线路上损失功率，可知 ，因而采用高压输电可减少电能损失 4三相电路 （ 1）三相交流电的连接方式 星形连接：电路如图 14-21U线 =U相， I 线 =I相 三角形连接：电路如图 14-22U线 =U相， I 线 =I 相 例题精析 例题 1如图 14-24所示为一理想变压器， 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，18 / 42 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 解析 :k由 a 合到 b 时， n1减小，由可知 U2增大， P2随之增大，而 P1=P2 P1=U1I1,从而 I1增大， A 正确 k 由 b 合到 a 时，与上述情况相反 ,P2 将减小 ,B 正确 P 上滑时 ,R 增大 ,P2=减小 ,又P1=P2,P1=I1U1 从而 I1 减小 ,c 错误 U1 增大 ,由可知 U2 增大 ,P2增大 ,因而 I1也增大 ,D正确所以应选 ABD 思考拓宽：处理这类问 题的关键是要分清变量和不变量 ,弄清理想变压器中 “ 谁决定谁 ” 的问题 例题 2 远距离输送一定功率的交流电，若输电线电阻一定，下列哪些说法是正确的？（） A输电线上损失电压跟输电电压成正比 B输电线上损失功率跟输电电压成反比 c输电线上损失功率跟输电电压的平方成反比 D输电线上损失功率跟输电线上损失电压的平方成正比 解析：设 P/为输电线上损失的功率， P 为输送功率， R 为导线电阻， U 为输电电压， U/为输电线上的损失电压， I 为输19 / 42 电线上的电流，则有故选 c D 思考拓宽：输电线上损失电压 U/=IR， I 为输电线上的电流，R 为导线电阻而 I=P/U,故 U/=,即输电线上损失电压并非输电电压，却跟输电电压成反比 由生活经验可知，在照明电路中，当开灯的个数增加时，灯泡的总功率增加，每个灯的亮度却变暗，为什么？ 例题 3 河水流量为 4m3/s，水流下落的高度为 5m现在利用它来发电，设所用发电机的总效率为 50%，求：（ 1）发电机的输出功率（ 2）设发电机的输出电压为 350V，在输送途中允许的电阻为 4 ，许可损耗的功率为输出功率的 5%，问在用户需用电压 220V 时，所用升压变压器和降压变压器匝数之比 （ g=/s2） 解析： (1)利用水的机械能进行发电，每秒钟流水量为 4m3，水的落差 5m，水推动发电机叶轮的功率 P=vgh/t 发电机的输出功率为 : P 输出 =50%P=50%10345=104W (2)输电线上损耗的功率 P 损 =5%P 输出 =5%104=103W又 P 损 =I2r，输电线上的电流 A，不得超出此值升压变压器，初级 U1=350V 设次级为 U2 变压器输入、输出功率相等，均为 104W ，所以 20 / 42 降压变压器，初级 U1=103 354=103V ，次级U2=220V ， 则 思考拓宽：水利风力发电的原理是一致的，利用的都是水、空气的机械能，所以抓住能量守恒的观点是解决这类问题的关键 求变压器的匝数比，既可以利用电压关系，又可以利用电流关系如求升压变压器匝数比，在求得输出电流 I=35A后，也可由求得输入电流 I=102A ，然后由求匝数比 能力提升 知识与技能 1理想变压器原、副线圈的匝数比为 4： 1,原线圈接在u=311sin100tV 的交流电源上 ,副线圈所接的负载电阻是11, 则副线圈中电流强度是 () A 5AB 11Ac 20AD 55A 2如 图 14-25 所示的理想变压器，两个副线圈匝数分别为n1和 n2，当把电热器接在 ab，使 cd空载时，电流表的示数为 I1；当把电热器接在 cd，而使 ab空载时，电流表读数为I2，则 I1： I2等于（） A n1： n2B n12： n22 c n2： n1D n22： n12 3如图 14-26 所示，理想变压器副线圈通过输电线接两个21 / 42 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（） A副线圈两端的输出电压减小 B通过灯泡 L1 的电流减小 c原线圈中的电流增大 D变压器 的输入功率增大 4一台理想的变压器原线圈中串接一个灯泡，副线圈并联有 4 个与之相同的灯泡 ,，且知道这四个灯泡正常发光，如果原副线圈的匝数比为 4： 1,则原线圈电路中的灯泡 () A一定正常发光 B比正常发光要暗些 c比正常发光要亮些 D一定会烧坏 5（ 1997，全国）如图 14-27 所示两电路中，当 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 间与 e、 f 间的电压分别为 () A 220V， 220VB 220V， 110Vc 110V， 110VD 220V， 0 6如图 14-28所示，有一理想变压器，原线圈匝数为 n1，两个副线圈的匝数分别为 n2 和 n3，原副线圈的电压分别为U1、 U2、 U3，电流分别为 I1、 I2、 I3，两个副线圈负载电阻的阻值未知，下列结论中，正确的是： () A U1： U2 n1： n2， U2： U3=n2： n3 B I1/I3=n3/n1， I1/I2=n2/n1； c n1I1=n2I2 n3I3； D I1U1=I2U2 I3U3 22 / 42 7如 14-29 图所示 ,三个 灯泡是相同的 ,额定功率足够大 ,直流电源 E1 内阻可以忽略 ,交流电源 E2 的电动势有效值与E1相等 ,自感线圈电阻不计当开关 S 接 A 点时 ,三灯亮度相同 ,当开关 S 接 B 点时（） A甲乙丙三灯亮度相同 B甲灯最亮，丙灯不亮 c甲灯和乙灯等亮，丙灯不亮 D乙灯最亮，丙灯不亮 8如图 14-30所示，每个灯泡的额定电压匀为 220V，额定功率相同，则 a 与 a 两灯的实际功率之比为（设灯泡电阻恒定）（） A 1:2B 2:1c 1:3D 3:1 9如图 14-31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 n1)、 ef 和 gh(匝数都为 n2)组成用I1 和 U1 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，的有 () A b 与 c 相连 ,以 a、 d 为输入端 ;f 与 g 相连 ,以 e、 h 为输出端 B 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 c 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 D 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 23 / 42 能力与素质 10（ 1998，全国）一理想变压器，原线圈匝数 n1=1100，接在电压 220V 的交流电源上当它对 11 只并联的 “36V ，60W” 灯泡供电时，灯泡正常发光由此可知该变压器副线圈的匝数 n2 _，通过原线圈的电流 I2 _A 11 (1997,上海 )水电站给远处山村送电的输出功率是100kW，用 2000V电压输电，线路上损失的功率是 2 5104W ，如果改用 20000V高压输电，线路上损失的功率是 _W 12交流发电机的端电压是 220V，输出功率为 4400W，输电导线总电阻为 2 试求： 用户得到的电压和功率各多大？输电损失功率多大 ？ 若发电机输出端用 1： 10的升压变压器升压后，经同样输电导线输送，再用 10： 1 的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和功率又多大？输电损失是多少？ 13为了减少因火力发电站中煤的燃烧对大气的污染而大力发展水电站三峡水利工程某一水电站发电机组设计为：水以 v1 3m/s 的速度流入水轮机后以 v2=1m/s 的速度流出，流出水位比流入水位低 10m，水流量为 Q 10m3/s,水轮机效率为 75，发电机效率为 80，试问 (1)发电机组的输出电功率是多少？ (2)如果发电机输出电压为 240V,用户需 电压 220V,输电线路中能量损失为 5%,输电线电阻为 , 那么所需升降压变压24 / 42 器的原副线圈匝数比分别是多少 ? ( )火电站中煤燃烧会产生哪些对大气带来污染的气体 ? 拓展研究 阅读下面材料并回答后面的问题 : 材料一 利用太阳能电池可以将太阳辐射的能量转换成电能 ,但是这种电能往往是直流电 ,人们在输送时往往将直流电转换成交流电 ,将直流电转换成交流电的装置叫做逆变器 试简要说明用逆变器将直流电转换成交流电进行输送有那些优点 解析：交流电可以很方便地改变电压从而适应不同的场合需要；许多采用交流电工作的 电器 (如电动机 )有工作原理简单、制作方便、功率大的特点；还有在远距离输电过程中，在输送功率一定的情况下提高电压可以减小输电线上的功率损失等 材料二 如图 14-32 所示是利用高频交流电焊接自行车零件的原理示意图，其中外线圈 A 是通高频交流电的线圈， B 是自行车的零件， c 是待焊接的接口，接口两端接触在一起，当 A 中通有交流电时， B 中会产生感应电流，使接口处的金属熔化而焊接起来 问题； 25 / 42 （ 1）为什么在其他条件不变的情况下交流电的频率越高，焊接越快？ （ 2）为什么在焊接过程中，接口 c 处的焊料已经熔化而零件的 其他部分并不很热 解析： （ 1）交流电的频率越高， B 中磁通量的变化率越大，产生的感应电动势和感应电流越大，热功率也就越大 （ 2）接口处的电阻大，对于串联电路而言，电流强度处处相等，电阻大的地方热功率大，生热快 专题三电磁场和电磁波 考点分析 一、本专题考点：电磁场，电磁波，电磁波的波速无线电波的发射和接收属 类要求。 二、理解和掌握的内容 本部分内容是电磁学以及振动和波的知识的继续和发展，又与光的电磁本性相联系高考在此部分的要求是比较低的 ,要求考生了解电磁场、电磁波、电磁波的波 速、无线电波的发射和接收及有关电视雷达的初步知识 1电磁场 (1)麦克斯韦电磁理论：变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场如果电场的变化是均匀的，产生的磁场就是稳定的，如果电场的变化是非均匀的，产生的磁场就是26 / 42 同频率变化的，反之亦然 (2)电磁场 :变化的电场和变化的磁场是一个互相联系着的不可分割的统一体，即为电磁场 2电磁波：电磁场由近及远的传播形成电磁波 3电磁波的波速 （ 1）在真空中的传播速度 v=c=3108m/s （ 2） v、 、 T、 f 的关系：频率 f 越高的电磁波波长 越短 （ 3）麦克斯韦预言了电磁波的存在 ,赫兹首次用实验证实了电磁波的存在 4无线电波的发射 （ 1）无线电波：无线电技术中使用的电磁波 （ 2）调制：在电磁波发射技术中，使电磁波随各种信号而改变叫做调制 （ 3）调制方式 调幅：使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅，调幅广播（ Am）一般使用中波和短波波段 调频：使高频振荡的频率随信号而改变叫做调频，调频广播（ Fm）和电视伴音广播都采用调频的方法来调制，通常使用微波中的甚高频（ VHF）和超高频（ UHF）波段 5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27 / 42 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 （ 2）调谐：使接收电路产生电谐振的过程 （ 3）调谐电路：能够调谐的接收电路 （ 4）检波：从接收到的高频振荡电流中 “ 检 ” 出所携带的信号检波是调制的逆过程，也叫解调 6雷达是利用无线电波来测定物体位置的无线电设备 7雷达是利用电磁波遇到障碍发生反射的特性来工作的 8应用：探测飞机导弹等军事目标；在交通运输上可以用来为飞机船只导航；在天文学上可以用来研究星体；在气象上 可以用来探测台风雷雨云层 例题精析 例 1 按照麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是： A稳定的电场周围产生稳定的磁场 B变化的电场周围产生变化的磁场 c均匀变化的电场周围产生稳定的磁场 D振荡电场周围产生同频率的振荡磁场 解析：正确答案为 c D 思考拓宽： （ 1）均匀变化的电场（磁场）周围产生稳定的磁场（电场）如图 14-33、 14-34 （ 2）周期性变化的电场（磁场）产生同频率的周期性变化28 / 42 的磁场（电场） 14-35所示 （ 3）电磁波的形成 这样交替产生的电磁场由发生 区域向远处传播就形成了电磁波 例 2（ 2001，上海理综）（ 1）图 14-36中， A 为某火箭发射场， B 为山区， c 为城市，发射场正在进行某型号火箭的发射试验该火箭起飞时质量为 2 02105kg ，起飞推力2 75106N ，火箭发射塔高 100m，则该火箭起飞时的加速度大小为 _m/s2在火箭推力不变的情况下，若不考虑空气阻力及火箭质量的变化，火箭起飞后，经 _秒飞离火 箭 发 射 塔 （ 参 考 公 式 及 常 数 ： F 合=ma,vt=v0+at,s=v0t+(1/2)at2,g=/s2） （ 2）为了转 播火箭发射的实况，在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号已知传输无线电广播所用的电磁波波长为 550m，而传输电视信号所用的电磁波波长为，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能收听和收看火箭发射的实况，必须通过建在山顶上的转发站转发 _（选填：无线电广播信号或电视信号）这是因为： _ 解析：（ 1） /s2，（ 2）电视信号，电视信号的波长短，沿直线传播，受山坡阻挡，不易衍射 思考拓宽：波能够发生明显衍射现象的条件是，障碍物（或孔）的尺寸比波长小，或者跟波长相差不多广播所 用波长29 / 42 为 550m可绕过 B 山区，而电视信号波长为，将被山区阻挡，因而须通过转发站来转播 能力提升 知识与技能 1如图 14-37 所示，一个带正电离子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动，当磁场的磁感强度均匀增大时，此离子的（） A动能不变 B动能增大 c动能减小 D动能为零 2下列关于电磁场和电磁波的认识，正确的有（） A变化的磁场周围产生变化的电场，变化的电场周围产生变化的磁场 B电磁场由发生区域向远处的传播就是电磁波 c电磁波在真空中传播的速度最大 D只要空间某个区域有振荡的电场和磁场，就能产生电磁波 3雷达是用来对目标进行定位的现代化定位系统，海豚也具有完善的声纳系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，远远优于现代化的无线电系统（） (1)海豚生活在 A沙漠 B陆地树上海中 (2)海豚的定位是利用了自身发射的（） 30 / 42 A电磁波 B红外线次声波超声波 (3)雷达的定位是利用自身发射的（） A电磁波 B红外线次声波光线 4 “ 微波 ” 是一种高频电磁波，现在医学上常使用 “ 微波手术刀 ” 进行外科手术，其 好处主要是能使开刀处的血液迅速凝固而减少失血，关于其作用原理的说法正确的是（） A微波电流迅速中和血液胶体所带电荷使血液凝聚 B微波使局部血液受热而使血液胶体凝聚 c微波电流通过金属手术刀时产生的高温而使血液凝固 D以上说法都正确 5从地球向太阳发出的电磁波，经过 1000s 后收到回波的信号，由此可知地球到太阳的距离是 _km 6同步卫星可以转播无线电话，一部手机送话后经多长时间才能听到对方回话？（卫星到地球上两地的距离看作是卫星的高度，并设对方听到话后立即回话，已知地球质 量为61024kg, 地球半径为 6400km 拓展研究 几点比较： 1 T f 由波源决定 ,不因介质而变化 ,而 v 在不同的介质中其值不同，在同一介质中不同频率的电磁波传播速率也不同， f 越高的电磁波波长 越短真空中电磁波的传播速度 v=3108m/s ，电磁波的传播不需要介质 31 / 42 2电磁波与机械波比较：电磁波与机械波有本质的不同前者是电磁现象，后者是力学现象机械波要靠介质来传播，电磁波的传播不需要别的物质，在真空中也可以传播但二者具有波动的共性机械波是位移这个物理量随时间和空间做周期性的 变化，电磁波则是 E 和 B 这两个物理量随时间和空间做周期性的变化二者都能产生反射折射衍射和干涉等现象但是应注意的是机械波在真空中不能传播，在介质中传播速度由介质决定；电磁波在真空中可以传播，但是在介质中不同频率的电磁波传播速度不同，频率越高，传播速度越小 3麦克斯韦以场的观点研究电磁感应现象，提出了 “ 变化的磁场产生电场 ” 的观点电磁感应的直接而普遍的效应是在变化的磁场周围产生电场，而感应电流须在有闭合电路时由变化磁场所产生的电场驱使电荷定向移动而形成，是电磁感应的间接效应麦克斯韦以场的观点研究电 流即运动电荷周围的磁场，提出了 “ 变化的电场产生磁场 ” 的观点当空间各点的电场随时间而变化，不论这种变化是因电荷运动引起还是电容器充放电引起或是其它原因，在激发磁场方面是等效的，在其周围都会产生磁场，这也是一种普遍存在的现象 什么是全球定位系统（ GPS） 全球定位系统（ GlobalPositioningSystem-GPS）是美国从32 / 42 本世纪 70年代开始研制，历时 20 年，耗资 200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统经近 10 年我国测绘等部门 的使用表明， GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命 全球定位系统 (GlobalPositioningSystem,缩写 GPS)是美国第二代卫星导航系统是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成 按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用 24 颗高度约2 02万千米的卫星组成卫星星座 21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为 11小时 58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为 55度卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（ DoP）这就提供了在时间上连续的全球导航能力 地面监控部分包括四个监控间、一个上行注入站和一个主控33 / 42 站监控站设有 GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站主控站设在范登堡空军基地它对地面监控部实行全面控制主控站主要任务是收集各监控站对 GPS 卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗 GPS卫星的轨道和卫星钟改正值上行注入站也设在范登堡空军基地它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星这种注入对每颗 GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入 全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统随着全球定位系统的不断改进，硬、软件 的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活 专题四带电粒子在交变电场中的运动 考点分析 一、本专题考点带电粒子在复合场中的应用 二、本考点需要理解和掌握的内容 1交变电流周围可以产生磁场，交变电压加在平行金属板上可以产生电场带电粒子（或通电导线）会受到电场力或磁场力的作用，因而引出一些与力学有关的电学问题 2粒子在交变电场中，常见的运动情况有三种： 34 / 42 （ 1）带电粒子做定向运动； （ 2）带电粒子以某位置为中心作往复运动； （ 3）带电粒子做偏转运动 3解决上述问题的基本依据和方法： （ 1）交变电磁场本身的性质 （ 2）解决力学问题的三个途径： 牛顿定律及运动学公式； 功和能的观点； 动量的观点 4分析时应注意，由于交变电流的周期性变化，一个问题的结论常常是不确切的，即出现多解 例题精析 例题 图 14-38为一直线加速器的原理示意图，在高真空长隧道中有 n 个长度逐渐加大的共轴金属圆筒，各筒相间隔地接在频率为 f电压最大值为 U 的交流电源两极间，筒间隙极小粒子从粒子源出发后经过第一次加速，以速 度 v1进入第一个筒，此时第二个筒的电势比第一个筒高 U若粒子质量为 m，电量为 q，则为使粒子不断加速，各筒的长度应满足