专题《交变电流、电磁场电磁波》课件(旧人教选修3)解读.ppt

1、2020/7/24,1,高三物理第一轮复习 第十三章,交流电 电磁场和电磁波,2020/7/24,2,考 纲 要 求,知 识 网 络,交变电流,交变电流的产生及其变化规律,描述交变电流的物理量,最大值,瞬时值,有效值,周期、频率,交流电路,电感、电容的作用,变压器,远距离输电,2020/7/24,3,L2,第一课时 交变电流的产生和描述,一、交变电流,1、交变电流：,大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流电,2、正弦交流电,随时间按正弦规律变化的电流，其图象为正弦或余弦曲线。,二、交变电流的产生,1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流

2、电产生,线圈平面与磁感线垂直位置开始计时,e=Emsint,i=Imsint,u=Umsint,Em=NBS,2020/7/24,4,2、中性面：,与磁场方向垂直的平面,特点：,线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；,3、正弦交流电的图象,从中性面开始计时，交流电路中电动势、电流、路端电压随时间变化如图：,线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次,2020/7/24,5,三、描述交变电流的物理量,1、瞬时值,反映不同时刻交流电的大小和方向,表达式,e=Emsint i=Imsint

3、u=Umsint,我国生活中用的市电电压为220V，其最大值为 频率为50Hz，电压的瞬时表达式：u=311sin314t（V）,例1：有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60 V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？,2、最大值,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,当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em=NBS。,例2：把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？,2020/7/24,6,3、平均值,

4、不能用算术平均法即：E=（E1+E2）/2来计算,在计算感应电量时必须要用平均值,平均值不等于有效值,例3：如图所示，求线圈由图示位置转过60角的过程中，通过线圈某一横截面的电量,4、有效值,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，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。,正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：,通常所说的交流电压、电流值，交流电表的测量值，用电器铭牌上所标数值，计算交流电通过导体产生的热量、发热功率、保险丝的熔断电流等，都指的是有效值。,2020/7/24,7,例4：通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流

5、电的有效值I,例5：交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中位置匀速转动60。求： 此时发电机的电动势为多少？电路中的电流为多少？R两端的电压为多少？ 在此过程中通过R的电荷量q为多少？ R上产生电热QR为多少？ 外力做的功W为多少？ 发电机的输出功率为多少？,2020/7/24,8,第二课时 变压器、远距离输电,一、理想变压器,1理想变压器的构造、作用、原理及特征,构造：两组线圈(原、副线圈)绕在同一个闭合铁芯上构成变压器,作用：在输送电能的过程中改变电压,原理：利用了电磁感应现象,特征：变压器

6、只能改变交变电压,2理想变压器的理想化条件及其规律,原线圈两端加交变电压U1,电磁感应,忽略原、副线圈内阻 (铜损),忽略铁芯中的漏磁 (铁损),U1E1 U2E2,2020/7/24,9,对理想变压器有：P入=P出,即：只有一只副线圈时 I1U1=I2U2,存在多只副线圈时 I1U1=I2U2+I3U3+,n1I1=n2I2+n3I3+,注意：变压器的输出电压由输入电压决定；,变压器的输入功率由输出功率决定；,副线圈中所接电阻常称为负载电阻，“负载”则为电阻消耗的功率。,2020/7/24,10,例1：理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=800

7、0匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3 。,例2：在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是（ ）,2020/7/24,11,2020/7/24,12,2020/7/24,13,二、电能的输送,1、输送电能的两个关键词：,、输送一定的功率,、减小输电线上的电能损耗,2、一张示意图,2020/7/24,14,3、两个关系,电压关系,功率关系,2020/7/24,15,例：设某发电站到用电区的输电电阻R=10,输送功率为20000

8、W,发电机的输出电压为500V. （1）试计算出输电的效率(不考虑输电线路的电抗引起的损耗).,(2)若要求输电的效率达到95%,则用来提高输电电压的升压变压器的原副边的匝数比是多大?,(3)若某用电区需要用电电压为220V,求需要的降压变压器的原副边的匝数比.,2020/7/24,16,第三课时 电感和电容对交流电的作用 电磁场、电磁波,一、感抗和容抗,1.感抗表示电感对交变电流的阻碍作用 。,特点：,“通直流，阻交流”,2容抗表示电容对交变电流的阻碍作用 。,特点 ：,“通交流，隔直流”,低频扼流圈,“通低频，阻高频”,高频扼流圈,“通高频，阻低频”,隔直电容,高频旁路电容,2020/7/

9、24,17,例2：在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大，1、2和3灯的亮度变化情况是（ ） A1、2两灯均变亮，3灯变暗 B1灯变亮，2、3两灯均变暗 C1、2灯均变暗，3灯亮度不变 D1灯变暗，2灯变亮，3灯亮度不变,2020/7/24,18,二、麦克斯韦的电磁场理论,变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场,1、变化的磁场（电场）能够在周围空间产生电场（磁场）,2、均匀变化的磁场（电场）能够在周围空间产生稳定的电场（磁场）,3、振荡的磁场（电场）能够在周围空间产生同频率的振荡电场（磁场）,三、电磁场,变化的电场和磁场相互联系，所形成的一个不可分离的统一场,1、电磁场不是电场与磁场的简单相

10、加,2、在电磁场示意图中，电场E矢量和 磁场B矢量，在空间相互激发时， 相互垂直,2020/7/24,19,四、电磁波,变化的电场和磁场从产生区域由近及远向周围空间传播，形成电磁波,1、有效地发射电磁波的条件,频率足够高（单位时间内辐射出的能量Pf4）,形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）,2、电磁波的特点,电磁波是横波，场强E和磁感应强度B均与传播方向垂直且随时间变化,电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0108m/s。,电磁波的周期与频率：,波速和波长、频率的关系：cf,麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速c

11、，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在,2020/7/24,20,3、电磁波和机械波有本质的不同,五、无线电波的发射和接收,1、无线电波的发射：如图所示,调制：使电磁波随各种信号而改变,调幅和调频,2、无线电波的接收,电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振,检波：从接收到的高频振荡中“检”出所携带的信号。,调谐：使接收电路产生电谐振的过程。调谐电路如图所示。通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率,六、电磁波的应用,广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用,2020/7/24,21,例1：按着麦克斯韦磁场理论，以下说法中正确的是（ ） （A）稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场 （B）变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场 （C）均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场 （D）振荡电场周围产生同频率的振荡磁场，振荡磁场周围产生同频率的振荡电场,2020/7/24,22,例3：如图所示，半径为 r 且水平放置的光滑