第十三章交变电流电磁振荡电磁波

1、高高 考考 复复 习习十三十三【交变电流电磁振荡电磁波交变电流电磁振荡电磁波】三课时三课时恒定电流恒定电流: :大小和大小和方向都不随时间变方向都不随时间变化的电流；化的电流；交变电流交变电流: :大小和大小和方向随时间周期性方向随时间周期性变化的电流；变化的电流；1.正弦式交变电流的产生原理及变化规律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：一、正弦式交变电流：当闭合矩形线圈在当闭合矩形线圈在匀强磁场匀强磁场中，绕中，绕垂直于磁感线垂直于磁感线的轴线的轴线做做匀速匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产转动时，闭合线圈中就有交流电产生试导出瞬时电动势生试导出瞬时电动势 e 的表达式。

2、的表达式。中性面中性面开始计时：开始计时：e= NBL1L2 sint=NBSsint=Emsint电动势随时间按正弦规律变化。电动势随时间按正弦规律变化。垂直于中性面垂直于中性面开始计时：开始计时： e=Em cost 电流的瞬时值：电流的瞬时值：电压的瞬时值：电压的瞬时值：eR总总EmR总总eR总总i= = sint =Im sint u=iR = Im Rsint =Um sint Em=NBS2.中性面中性面:中性面在垂直于磁场位置中性面在垂直于磁场位置线圈通过中性面时，穿过线圈的线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大磁通量最大线圈平面通过中性面时线圈平面通过中性面时感应电动势为零感应

3、电动势为零线圈平面每转过中性面时，线圈中感应电流方向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，故改变一次，转动一周线圈两次通过中性面，故一周一周里线圈中电流方向改变两次里线圈中电流方向改变两次 3.图象表示：图象表示：TTT4.交流发电机交流发电机: （1）发电机的基本组成：）发电机的基本组成： 用来产生感应电动势的线圈（叫电枢）用来产生感应电动势的线圈（叫电枢） 用来产生磁场的磁极用来产生磁场的磁极（2）发电机的基本种类）发电机的基本种类 转动的部分叫转子，不动的部分叫定子转动的部分叫转子，不动的部分叫定子旋转电枢式发电机旋转电枢式发电机旋转磁极式发电机

4、旋转磁极式发电机5.其它交变电流其它交变电流:交变电流的特点：方向随时间变化！交变电流的特点：方向随时间变化！itititit例题：例题：试分析下列电流属于交变电流的是试分析下列电流属于交变电流的是( )例题例题：一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁力线的：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：变化图线，则下面说法正确的是：At=0时，线圈平时，线圈平面与中性面垂直面与中性面垂直Bt=0.01s时刻，时刻，磁通量的变化率最大磁通量的变化率最大Ct=0.02s时刻，时刻，线圈

5、产生的电动势达到最大线圈产生的电动势达到最大Dt=0.03s时刻，时刻，线圈产生的电动势为零线圈产生的电动势为零D例题：例题：如图所示，共如图所示，共n匝、阻值为匝、阻值为r、边长为、边长为L的正方形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磁感应强度为B，线圈轴线，线圈轴线OO与磁场边界重合。线圈与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动，转动的角速度为按图示方向匀速转动，转动的角速度为。开始计时的。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

6、电流随时间变化的图像为正方向。则线圈内感应电流随时间变化的图像应是图（乙）中的应是图（乙）中的A例题例题:(07四川四川) 如图所示，矩形线圈如图所示，矩形线圈abcd在匀强在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和和P2以以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场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方向平行时 ( ) A线圈绕线圈绕P1转动时的电流转动时的电流等于绕等于绕P2转动时的电流转动时的电流 B线圈绕线圈绕P1转动时的电动转动时的电动势小于绕势小于绕P2转动时的电动势转动时的电动势 C线圈绕线圈绕P1和和P2转动时电流的方向相同

7、，都是转动时电流的方向相同，都是abcd D 线圈绕线圈绕P1转动时转动时dc边受到的安培力大于绕边受到的安培力大于绕P2转动时转动时dc边受到的安培力边受到的安培力 dabcBP1P2A2、描述交变电流的大小：、描述交变电流的大小： 最大值：最大值：Em、Im、Um 瞬时值：瞬时值：e、i、u 有效值有效值: E、I、U1、描述交变电流变化快慢：、描述交变电流变化快慢：T、 f、 、 n二、交变电流的二、交变电流的描述描述: 物理量都有物理量都有约定的表示法约定的表示法，千万不要混用！千万不要混用！ 21 fTn2T2f2 )/(nf秒秒转转 瞬时值：瞬时值：它是反映不同时刻交变电流的大小和

8、方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向，正弦式电流瞬时值表达式为正弦函数时,应当注应当注意必须从中性面开始。意必须从中性面开始。 e=NBS sint【例题】【例题】交流发电机的转子由交流发电机的转子由BS的位置开始匀速的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线，那么当线圈转过圈转过30时交流电压的瞬时值为时交流电压的瞬时值为 V。17.3U=Umcost最大值：最大值：也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感映的是交流电大小的变化范

9、围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线）。线）。注意：注意：电容器接在交流电路中，则交变电压的最大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。值不能超过电容器的耐压值。【例题】【例题】把一电容器把一电容器C接在接在220V的交流电路中，为的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？的耐压值是多少？VUUm3112 有效值：有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应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，如果规定的：让交流和直流通过相

10、同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的它们在相同的时间内产生的热量相等热量相等，就把这一直，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。流的数值叫做这一交流的有效值。t/sI/A1210-20例题：例题：图象图象1为为10A的直流电，图象的直流电，图象2表示最大值为表示最大值为20A的交流电，让它们通过相同的电阻的交流电，让它们通过相同的电阻R，在相同的，在相同的时间内产生的热量相等吗？时间内产生的热量相等吗？V14.142V20U 例题例题: 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求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该交流电的有效值I。23“等效法等效法”是一种物理学重

11、要的是一种物理学重要的思维方法，交流电的思维方法，交流电的“有效值有效值”就是等效为相应的直流电。就是等效为相应的直流电。注意：注意：对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，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。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，只能用有效值保险丝的熔断电流时，只能用有效值

12、.&题目中没有特殊说明的也为有效值题目中没有特殊说明的也为有效值.正弦交流电正弦交流电的有效值跟的有效值跟最大值之间的关系是：最大值之间的关系是：mUU21 mII21 平均值：平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成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的面积值跟时间的比值.例题：例题：正弦交流电是由闭合线圈在匀强磁场中匀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规律如图所示，则此感应电动势的有效值为V，频率为，频率为Hz（05上海）上海）高考题赏析：高考题赏析：

13、220 50 例题：例题：处在匀强磁场中的矩形线圈处在匀强磁场中的矩形线圈abcdabcd，以恒定的角，以恒定的角速度绕速度绕abab边转动，磁场方向平边转动，磁场方向平行于纸面并与行于纸面并与ab垂直。垂直。在在t=0时刻，线圈平面与纸面重合（如图），线圈的时刻，线圈平面与纸面重合（如图），线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由边离开纸面向外运动。若规定由abcda方向的感应电流为方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流正，则能反映线圈中感应电流I随随时间时间t变化的图线是变化的图线是（05全国全国） Babcdt0ICt0IDt0IAt0IBC A通过通过R的电流的电流iR随时间随时间t

14、变化的规律是变化的规律是iR=cos100t (A)B通过通过R的电流的电流iR随时间随时间t变化的规律是变化的规律是iR=cos50t (A)CR两端的电压两端的电压uR随时间随时间t变化的规律是变化的规律是uR=5cos100t (V)DR两端的电压两端的电压uR随时间随时间t变化的规律是变化的规律是uR=5cos50t (V)2222例题：例题：正弦交流电源与电阻正弦交流电源与电阻R交流电压表按图交流电压表按图1所所示的方式连接，示的方式连接，R=10，交流表的示数是，交流表的示数是10V。图。图2是交变电源输出电压是交变电源输出电压u随时间随时间t变化的图象，则变化的图象，则 （05北

15、京）北京） 图图1VR交变电源交变电源Um-UmU/Vt/10-2s120图图2A baBl例题：例题：将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长边长L，它在磁感应强度为，它在磁感应强度为B方向如图的匀强磁方向如图的匀强磁场中匀速转动，转速为场中匀速转动，转速为n，导线在，导线在ab两处通过电两处通过电刷与外电路连接，外电路有额定功率为刷与外电路连接，外电路有额定功率为P的小灯泡的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为计，灯泡的电阻应为（05天津）天津）(2L 2nB )2/P2(L

16、 2nB )2/P(L2nB )2/2P(L2nB )2/PB 三、感抗和容抗（统称电抗）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、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流通直流，阻交流”、“通低频，阻高频通低频，阻高频” 2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流通交流，隔直流”、“通高频，阻低频通高频，阻低频” 2f C容抗：容抗：XC=1感抗：感抗：XL=2f L例题：例题：在图所示的电路中，如果交变电流的频率增在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大大(假设有效值不变假设有

17、效值不变)，1、2和和3灯的亮度变化情况是灯的亮度变化情况是A1、2两灯均变亮，两灯均变亮，3灯变暗灯变暗B1灯变亮，灯变亮，2、3两灯均变暗两灯均变暗C1、2灯均变暗，灯均变暗，3灯亮度不变灯亮度不变D1等变暗，等变暗，2灯变亮，灯变亮，3灯亮度不变灯亮度不变D例题：例题：测定压力变化的电容式传感器的原理图所示，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，为固定电极，B为可动电极，为可动电极，AB组成一个电容可变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，从而改变了电容动电极上时，是可动电极

18、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，电路中，图中电流表为交流电表，R为保护电阻，若为保护电阻，若保持电的频率及电压的有效值不变，则（）保持电的频率及电压的有效值不变，则（）待测待测AabRB BA AA.当待测压力增大时，电容器的电容将减小当待测压力增大时，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，当待测压力不变时，电流表的示数为零电流表的示数为零D.当待测压力为零时，当待测压力为零时，电流表的示数为零电流表的示数为

19、零B1理想变压器的构造、作用、原理及特征理想变压器的构造、作用、原理及特征:作用：作用：在输送电能的过程中改变电压在输送电能的过程中改变电压.原理：原理：其工作原理是利用了电磁感应现象其工作原理是利用了电磁感应现象(互互感现象感现象) 构造：构造：两组线圈（原、两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭副线圈）绕在同一个闭合铁芯上构成变压器合铁芯上构成变压器特征：特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，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所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变改变交变电压交变电压 2理想变压器的理想化规律：理想变压器的理想化规律：tnE111

20、 tnE222 忽略原、副线圈内阻忽略原、副线圈内阻U1E1 ，U2E2考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在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任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等 21 理想变压器的电压变化规律理想变压器的电压变化规律 2121nnUU 12212211nnIIIUIU 例题：例题：如图所示如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为理想变压器原、副线圈匝数比为4：1平行金属导轨与原线圈相连，当导体平行金属导轨与原线圈相连，当导体ab在匀强磁在匀强磁场中匀速运动时，电流表场中匀速运动时，电流表A1示数为示数为12mA，则电流，

21、则电流表表A2示数为示数为_mA03.需要特别引起注意的是需要特别引起注意的是: 2121nnUU 即对同一变压器的即对同一变压器的任意任意两个线圈两个线圈 P入入=P出出 即无论有几个副线圈在工作，变压器的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。输入功率总等于所有输出功率之和。 只有当变压器只有一只有当变压器只有一个副线圈工作时适用个副线圈工作时适用 12212211nnII,IUIU R/nUnIUP2112111 输入功率由输出功率决定输入功率由输出功率决定 例题：例题：如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数分如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数分别为别为nl和和

22、n2， 当负载电阻当负载电阻R中流过的电流为中流过的电流为I时，原时，原线圈中流过的电流为线圈中流过的电流为 ；现减小负载电阻；现减小负载电阻R的的阻值，则变压器的输入功率将阻值，则变压器的输入功率将 （填（填“增增大大”、“减小减小”或或“不变不变”） 06上海卷上海卷 12nIn增大增大例题例题:如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为比为20 1,原线圈接正弦交流电源，副线圈接原线圈接正弦交流电源，副线圈接入入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯光正常发光。灯泡一只，且灯光正常发光。则则06四川四川A.电流表的示数为电流表的示数为 B.电源输出功率为

23、电源输出功率为1200W C.电流表的示数为电流表的示数为 D.原线圈端电压为原线圈端电压为11 V A22023A2203C B 例题：例题：如图（如图（a）、（）、（b）所示，当图中）所示，当图中a、b两两端与端与e、f两端分别加上两端分别加上220 V的交流电压时，的交流电压时，测得测得c、d间与间与g、h间的电压均为间的电压均为110 V.若分若分别在别在c、d两端与两端与g、h两端加上两端加上110 V的交流电的交流电压，则压，则a、b与与e、f间的电压为间的电压为(97全国全国)A.220 V，220 V B.220 V，110 VC.110 V，110 VD.220 V，0n2

24、Ln3 R220Vn1例题：例题：理想变压器初级线圈和两个次级线圈的理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为匝数分别为n1=1760匝、匝、n2=288匝、匝、n3=8000匝，电源电压为匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的上连接的灯泡的实际功率为实际功率为36W，测得初级线圈的电流为，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过，求通过n3的负载的负载R的电流的电流I3。I3=0.03A 测低电压测低电压U U2 2可算可算出被测高电压出被测高电压U U1 1电压互感器电压互感器( n( n1 1 n n2 2 ) )2121nnUU 由由4、变压器的应用、变压器的应用电流互感

25、器电流互感器测小电流测小电流I I2 2可算可算出被测大电流出被测大电流I I1 1( n1 n2 )1221nnII 由由远距离输电远距离输电: 功率之间的关系是：功率之间的关系是：P1=P1，P2=P2，P1=Pr+P2 电压之间的关系是：电压之间的关系是： 2r122221111UUU,nnUU,nnUU 电流之间的关系是：电流之间的关系是： 2r122221111III,nnII,nnII 远距离输电的示意图远距离输电的示意图;包括发电机、两台变压器、输包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻电线等效电阻和负载电阻 例题例题: 某发电站的输出功率为某发电站的输出功率为104KW

26、,输出电压为输出电压为4kV，通过理想变压器升压后向，通过理想变压器升压后向80km远处供电。远处供电。已知输电导线的电阻率为已知输电导线的电阻率为=2.410-8m,导线导线横截面积为横截面积为1.510-4m2，输电线路损失的功率，输电线路损失的功率为输出功率的为输出功率的4%，求：，求：06广东卷广东卷（1）升压变压器的输出电压；）升压变压器的输出电压；（2）输电线路上的电压损失。）输电线路上的电压损失。 8104V 3200V例题：例题：学校有一台应急备用发电机，内阻为学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1，升压变压器匝数比为升压变压器匝数比为1 4，降压变压器的匝数比为，降压变压器的

27、匝数比为4 1，输电线的总电阻为，输电线的总电阻为R=4，全校，全校22个教室，个教室，每个教室用每个教室用“220V，40W”的灯的灯6盏，要求所有灯盏，要求所有灯都正常发光，则：都正常发光，则：发电机的输出功率多大？发电机的输出功率多大？发电机的电动势多大？发电机的电动势多大？输电线上损耗的电功率多大？输电线上损耗的电功率多大？ R5424W 250V 144W 1.电磁振荡电磁振荡正向正向放电放电反向反向放电放电正向正向充电充电反向反向充电充电+ + + +0t4Tt 2Tt 43Tt Tt 电磁场和电磁波电磁场和电磁波 tiOTqi与与q，B与与E，磁场能与电场能均为互补关系，磁场能与

28、电场能均为互补关系一个周期内：充放电各两次一个周期内：充放电各两次 能量转化两次能量转化两次振荡周期：振荡周期：CLT2CLf21例题：例题：在在LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图所示，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：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；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；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，若电容器上极板带正电， 则线圈中电流正在增大；则线圈中电流正在增大； D若电容器正在放电，则自若电容器正在放电，则自 感电动势正在阻碍电流增大感电动

29、势正在阻碍电流增大例题：例题：LC回路中电容两端的电压回路中电容两端的电压u随时间随时间t变化变化的关系如图所示，则：的关系如图所示，则：A在时刻在时刻t1，电路中的电流最大；，电路中的电流最大；B在时刻在时刻t2，电路的磁场能量大；，电路的磁场能量大；C从时刻从时刻t2到到t3，电路的电场能不断增大，电路的电场能不断增大D从时刻从时刻t3到到t4，电容的带电量不断增大，电容的带电量不断增大ABBC2.电磁场电磁场:麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。产生电场，变化的电场产生磁场。注意：两点理解注意：两点理解振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场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。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。个不可分离的统一的场，这就是电磁场。 3.电磁波：电磁波：变化的电场和磁场从产生的区域由近及远地向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，就形成了电磁波。周围空间传播开去，就形成了电磁波。 频率足够高频率足够高（单位时间内辐射出