高考物理（山东专用）一轮复习专题十三交变电流电磁波教学课件

考点一交变电流的产生与描述一、正弦式交变电流的产生1.在匀强磁场中,线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动便可产生正弦式交变电流。2.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置图示

位置中性面位置与中性面垂直的位置特点磁感线垂直于线圈磁感线平行于线圈Φ=BS,磁通量最大Φ=0,磁通量最小e=N

=0,电动势最小e=N

=NBSω=NΦmω,电动势最大电流为零,方向改变电流最大,方向不变二、正弦式交变电流的描述1.描述交变电流周期性的物理量(1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),计算

公式为T=

。(2)频率(f):交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比。单位是赫兹(Hz)。(3)周期和频率的关系:T=

。

函数表达式图像磁通量Φ=Φm

cosωt=BScosωt

电动势e=Em

sinωt=NBSωsinωt

2.正弦式交变电流的变化规律(从中性面开始计时)电压u=Um

sinωt=

sinωt

电流i=Im

sinωt=

sinωt

物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e=Em

sinωti=Im

sinωt计算线圈某时刻的受力

情况峰值最大的瞬时值Em=NBSωIm=

讨论电容器的击穿电压平均值交变电流图像中图线与

时间轴所围的“面积”

与时间的比值

=BL

=N

=

计算通过导线横截面的

电荷量3.正弦式交变电流的四值有效值跟交变电流的热效应等

效的恒定电流值E=

U=

I=

计算与电流的热效应有

关的物理量(例如电功、

电功率、电热、保险丝

的熔断电流等)知识拓展非正弦式交变电流有效值的计算方法(1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”

上产生“相同热量”,列式求解。(2)分段计算电热并求和得出一个周期内产生的总热量Q。(3)利用公式Q=I2Rt和Q=

t可分别求得电流有效值和电压有效值。考点二理想变压器远距离输电一、理想变压器1.构造与原理(1)构造:如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

(2)工作原理:电磁感应中的互感现象。理想变压器没有能量损失(铜损、铁损),原、副线圈电流产生的磁场的磁感

线全部集中在铁芯中基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比,

=

电流关系(1)只有一个副线圈时:

=

(2)有多个副线圈时,由P入=P出得:I1U1=I2U2+I3U3+…或I1n1=I2n2+I3n3+

…2.理想变压器的基本关系3.两种特殊的变压器(1)自耦变压器自耦变压器(又称调压器)只有一个线圈,其中的一部分作为另一个线圈,当交流电源接

不同的端点时,它可以降压(如图1)也可以升压(如图2),变压器的基本关系对自耦变压

器均适用。(2)互感器

电压互感器电流互感器原理图

原线圈的连接并联在高压电路中串联在交流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表例1

(多选)如图所示,发电机中线圈的匝数为N,线圈所围面积为S,旋转的角速度为ω,

匀强磁场的磁感应强度为B;电流表和电压表为理想电表,定值电阻的阻值为R,其余电

阻均不计;当变压器副线圈上的滑片P在图示位置时,变压器的匝数比n1∶n2=1∶2;开

始时发电机线圈与磁感线垂直。下列判断正确的是

(

)

A.电压表的读数为2NBSωB.电流表的读数为

C.发电机线圈由图示位置旋转

周,通过电流表的电荷量为

D.P向上移动时,发电机的输出功率增大

解析

感应电动势的最大值为Em=NBSω,有效值U1=

,由

=

可得,电压表读数U2=

NBSω,选项A错误;副线圈电流I2=

=

,由

=

可得通过电流表的电流为

,选项B正确;线圈由图示位置旋转

周,通过电流表的电荷量为Q=

t=

=

,选项C正确;P向上移动时,副线圈匝数变少,电压表的示数变小,电流表示数也变小,发电机的输出功率减小,选项D错误。

答案

BC例2一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω

和4Ω,A为理想电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开

时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数的比

值为

(

)

A.2

B.3

C.4

D.5

解析解法一能量守恒法设原、副线圈匝数比为k,当S断开时,有P1=IU=I2R1+(kI)2(R2+R3)①;当S闭合时,有P2=4IU

=(4I)2R1+(4kI)2R2②;联立①②得P2=4P1,代入数据有4×(3I2+5k2I2)=48I2+16k2I2,化简得k=

3。解法二电流、电压关系法设原、副线圈的匝数比为k,当S断开时,有

=

=k,由题图可知U2=I2(R2+R3)=kI(R2+R3)=5kI,联立得U1=5k2I,则U=U1+IR1=5k2I+3I①;当S闭合时,有

=

=k,由题图可知U2'=I2'×R2=4kIR2=4kI,联立得U1'=4k2I,则U=U1'+4IR1=4k2I+12I②;联立①②解得k=3。解法三等效电阻法设原、副线圈匝数比为k,当S断开时等效负载电阻R=k2(R2+R3)=5k2,则U=I(R+R1)=5k2I+

3I①;当S闭合时等效负载电阻R‘=k2R2=k2,则U=4I(R'+R1)=4k2I+12I②;联立①②解得k=3。

答案

B知识拓展等效电阻的思想如图所示,设原线圈的电压为U1,电流为I1,副线圈电压为U2,电流为I2,副线圈负载为R,变

压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。由欧姆定律可知

=R,设原线圈、副线圈的匝数之比

=k,根据变压器规律可知

=

=k,

=

=k,联立解得

=k2R,可以看成大小为k2R的等效电阻直接串联在原线圈一侧。二、远距离输电1.远距离输电基本电路图2.远距离高压输电的几个基本关系(1)功率关系:P1=P2,P3=P4,P2=P损+P3。(2)电压、电流关系:

=

=

,

=

=

,U2=ΔU+U3,I2=I线=I3。(3)输电电流:I线=

=

=

。(4)输电线上损耗的电功率:P损=I线ΔU=

R线=

R线。3.减少输电线上电能损耗的方法(1)减小输电线的电阻。由R线=ρ

知,可加大输电线的横截面积、采用电阻率小的材料做输电线。(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下,根据P=UI知,要减小电流,必须增

大输电电压。当输电功率及输电线的电阻一定时,由P损=

R线知,输电电压增大到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减小到原来的

。例3

(多选)一台发电机最大输出功率为4000kW,电压为4000V,经变压器T1升压后

向远方输电,输电线路总电阻为R=1kΩ,到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发

光的灯泡(220V

60W)。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压

器T1和T2的耗损可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则

(

)A.T1原、副线圈电流分别为1×103A和20AB.T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220VC.T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1D.约有6×104盏灯泡(220V

60W)正常发光

解析

远距离输电的模型如图所示

T1原线圈的电流为I1=

=

A=1×103A,输电线上损失的功率为P损=

R=10%P1,所以I2=

=

A=20A,选项A正确;T1的匝数比为

=

=

=

,T1副线圈两端的电压为U2=50U1=2×105V,T2原线圈两端的电压为U3=U2-I2R=1.8×105V,T2副线圈两端电压等于灯泡正常发光电压U4=220V,选项B正确;T2原、副线圈的匝

数比为

=

=

,选项C错误;能正常发光的灯泡的盏数N=

=6×104,选项D正确。

答案

ABD考点三电磁振荡电磁波一、电磁振荡1.振荡电流:大小和方向都做周期性迅速变化的电流。2.振荡电路:产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容器C组成的电路,称为LC振荡

电路,如图所示。3.电磁振荡:在LC振荡电路中,电容器不断地放电和充电,就会使电容器极板上的电荷量q、电容器内的电场强度E、电路中的电流i、线圈内的磁感应强度B周期性地变化,

这种现象就是电磁振荡。4.电磁振荡的周期与频率(1)周期:T=2π

。(2)频率:f=

。5.电磁振荡的变化规律(1)振荡电流、板载电荷量随时间的变化图像

时刻(时间)0→

→

→

→T工作过程放电过程充电过程放电过程充电过程qqm→00→qmqm→00→qmuum→00→umum→00→umEEm→00→EmEm→00→Emi0→imim→00→imim→0B0→BmBm→00→BmBm→0能量电场能→磁场能磁场能→电场能电场能→磁场能磁场能→电场能(2)各物理量随时间的变化情况知识拓展LC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断:当电流流向带正电的极板时,电容器极板的电荷量增加,磁场能

向电场能转化,处于充电过程;反之,当电流流出带正电的极板时,电荷量减少,电场能向

磁场能转化,处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断:当电容器的带电荷量q(电压U、场强E)增大或电流i

(磁感应强度B)减小时,处于充电过程;反之,处于放电过程。(3)根据能量判断:电场能增加时充电,磁场能增加时放电。二、电磁场与电磁波1.麦克斯韦电磁场理论2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成电磁波。电磁波是横波。(2)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度

相同(都等于光速)。(3)v=λf,f是电磁波的频率。注意对电磁波的两点提醒(1)同频率的电磁波在不同介质中传播速度不同。(2)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越小。3.电磁波的特性及其应用电压(1)输入电压U1由电源决定(2)U2=

U1⇒输出电压U2由输入电压U1和原、副线圈匝数比共同决定功率P入=P出⇒原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定电流I1=

I2⇒原线圈中电流I1由副线圈中电流I2和原、副线圈匝数比共同决定微专题18含变压器电路的动态分析一、含变压器电路的动态分析1.含义:由于变压器的匝数比或电路的负载等变化,引起电路中各