2020年高考物理復(fù)習(xí)分單元資料：第13章《交變電流電磁場(chǎng)和電磁波》

第十三章 交變電流 電磁場(chǎng)和電磁波 ●考點(diǎn)指要 知識(shí)點(diǎn) 要求程度 1.交流發(fā)電機(jī)及其產(chǎn)生正弦式電流的原理、正弦交流電的圖象.最大值與有效值.周期與頻率. Ⅱ 2.電感和電容對(duì)交變電流的作用.感抗和容抗. Ⅰ 3.變壓器的原理，電壓比和電流比，電能的輸送. Ⅰ 4.電磁場(chǎng).電磁波.電磁波的波速. Ⅰ 5.無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射和接收. Ⅰ 6.電視.雷達(dá). Ⅰ 【說(shuō)明】 只要求討論單相理想變壓器. ●復(fù)習(xí)導(dǎo)航 本章內(nèi)容實(shí)際上是電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究的繼續(xù)和其規(guī)律的具體應(yīng)用.從交變電流的產(chǎn)生，交變電動(dòng)勢(shì)最大值的計(jì)算，變壓器的工作原理，到LC電路中電磁振蕩的規(guī)律以至電磁波的形成等都和楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律有密切的聯(lián)系.因此在復(fù)習(xí)本章時(shí)，既要注意本章知識(shí)所具有的新特點(diǎn)(如周期性、最大值和有效值等)，還要時(shí)時(shí)注意本章知識(shí)與電磁感應(yīng)規(guī)律的聯(lián)系. 近幾年高考對(duì)本章內(nèi)容的考查，既有對(duì)本章知識(shí)的單獨(dú)考查，命題頻率較高的知識(shí)點(diǎn)有交變電流的變化規(guī)律(包括圖象)、有效值，變壓器的電壓比、電流比，電磁振蕩的周期、頻率等；也有把本章知識(shí)和力學(xué)等內(nèi)容相聯(lián)系的綜合考查，特別是帶電粒子在加有交變電壓的平行金屬板間的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，是近幾年高考的一個(gè)熱點(diǎn). 組織本章復(fù)習(xí)時(shí)需特別注意，“電磁場(chǎng)和電磁波”的內(nèi)容調(diào)整較多，以前作為重點(diǎn)內(nèi)容的電磁振蕩、振蕩周期等內(nèi)容在2020年的考綱中被刪掉.但由于在新版的教材中仍有這部分內(nèi)容，所以在編寫(xiě)本書(shū)時(shí)適當(dāng)保留了這部分內(nèi)容，請(qǐng)讀者復(fù)習(xí)時(shí)根據(jù)2020年考綱進(jìn)行調(diào)整. 對(duì)本章知識(shí)的復(fù)習(xí)，可分以下兩個(gè)單元組織進(jìn)行：(Ⅰ)交變電流.(Ⅱ)電磁場(chǎng)和電磁波. 第Ⅰ單元 交變電流 ●知識(shí)聚焦 一、交變電流 強(qiáng)度和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫交變電流.如圖13—1—1(a)(b)(c)所示的電流都屬于交變電流. 圖13—1—1 其中，按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流.如圖13—1—1(a)所示. 二、正弦式電流的產(chǎn)生和規(guī)律 1.產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里，繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線(xiàn)圈里產(chǎn)生的是正弦交變電流. 2.規(guī)律： (1)函數(shù)形式：N匝面積為S的線(xiàn)圈以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，則e=NBSωsinωt.用Em表示最大值NBSω，則ｅ＝Emsinω t.電流i==sinωt=Imsinωt. (2)用圖象展現(xiàn)其規(guī)律如圖13—1—1(a). 三、表征交變電流的物理量 1.瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值. 2.最大值：即最大的瞬時(shí)值. 3.有效值：跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值叫做交變電流的有效值.對(duì)正弦式交 流電，其有效值和最大值間關(guān)系為： E＝Em／，U＝Um／，I＝Im／. 4.周期和頻率：交變電流完成一次周期性變化所用的時(shí)間叫周期；1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫頻率.它們和角速度間關(guān)系為： ω＝＝2πf. 四、電阻、感抗、容抗的區(qū)別 電阻 感抗 容抗 產(chǎn)生的原因 定向移動(dòng)的電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞 電感線(xiàn)圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化 極板上所帶電荷對(duì)定向移動(dòng)電荷的阻礙 阻礙的特點(diǎn) 對(duì)直流、交流均有阻礙作用 通直流、阻交流、通低頻、阻高頻 通交流、隔直流、通高頻、阻低頻 相關(guān)的因素 由導(dǎo)體本身決定(長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料)，與溫度有關(guān) 由線(xiàn)圈本身的自感系數(shù)和交變電流的頻率共同決定 由電容的大小和交變電流的頻率共同決定 五、變壓器及其原理 變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來(lái)改變交變電壓的裝置.對(duì)理想變壓器，其原、副線(xiàn)圈兩端電壓U1、U2，其中的電流I1、I2和匝數(shù)U1、U2的關(guān)系為：. 六、高壓輸電 為減小輸電線(xiàn)路上的電能損失，常采用高壓輸電.這是因?yàn)檩斔凸β室欢〞r(shí)，線(xiàn)路電流I＝，輸電線(xiàn)上損失功率P′＝I2R線(xiàn)＝，可知 P′∝. ●疑難辨析 1.交流瞬時(shí)值表達(dá)式的具體形式是由開(kāi)始計(jì)時(shí)的時(shí)刻和正方向的規(guī)定共同決定的.若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，該瞬時(shí)雖然穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大，但線(xiàn)圈兩邊的運(yùn)動(dòng)方向恰和磁場(chǎng)方向平行，不切割磁感線(xiàn)，電動(dòng)勢(shì)為零，故其表達(dá)式為：ｅ＝Emsinωt；但若從線(xiàn)圈平面和磁場(chǎng)平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，雖然該時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零，但由于此時(shí)線(xiàn)圈兩邊的速度方向和磁場(chǎng)方向垂直，電動(dòng)勢(shì)最大，故其表達(dá)式為：ｅ＝Emcosωt. 2.若線(xiàn)圈匝數(shù)為N，當(dāng)其在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為：Em＝NBSω.即Em僅由N、B、S、ω四個(gè)量決定，與軸的具體位置和線(xiàn)圈的形狀都是無(wú)關(guān)的. 3.理想變壓器各線(xiàn)圈兩端電壓與匝數(shù)成正比的關(guān)系，不僅適用于原、副線(xiàn)圈只有一個(gè)的情況，而且適用于多個(gè)副線(xiàn)圈的情況；這是因?yàn)槔硐胱儔浩鞯拇磐渴侨考性阼F芯內(nèi)的，因此穿過(guò)每組線(xiàn)圈的磁通量的變化率是相同的，因而每組線(xiàn)圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)和匝數(shù)成正比.在線(xiàn)圈內(nèi)阻不計(jì)的情況下，線(xiàn)圈兩端電壓即等于電動(dòng)勢(shì)，故每組線(xiàn)圈兩端電壓都與匝數(shù)成正比.但電流和匝數(shù)成反比的關(guān)系只適用于原副線(xiàn)圈各有一個(gè)的情況，一旦有多個(gè)副線(xiàn)圈，該關(guān)系即不適用.由于輸入功率和輸出功率相等，所以應(yīng)有： U1I1＝U2I2＋U2′I2′＋U2″I2″＋……. 4.對(duì)原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比()確定的變壓器，其輸出電壓U2是由輸入電壓決定的，U2＝U1；在原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比()和輸入電壓U1確定的情況下，原線(xiàn)圈中的輸入電流I1卻是由副線(xiàn)圈中的輸出電流I2決定的：I1＝I2.(當(dāng)然I2是由所接負(fù)載的多少而定的.) 圖13—1—2 ●典例剖析 ［例1］一矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度4π rad／s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖13—1—2所示.則 A.交變電流的頻率是4π Hz B.當(dāng)t=0時(shí)，線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行 C.當(dāng)t=0.5 s時(shí)，e有最大值 D.交變電流的周期是0.5　s 【解析】 由于線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度題中已給出，所以線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率可以由公式直接求出.線(xiàn)圈的頻率和交變電流的頻率是相同的.ω＝4π rad/s，而ω＝2πf，故f=2 Hz，T＝= 0.5 s.由圖象可看出：t=0時(shí)e=0,線(xiàn)圈位于中性面，即線(xiàn)圈平面跟磁感線(xiàn)垂直.t=0.5 s時(shí)， ωt＝2π，e=0.所以，應(yīng)選D. 【思考】 (1)當(dāng)線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)速加倍時(shí)，其交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如何?有效值多大? (2)在線(xiàn)圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，何時(shí)磁通量最大?何時(shí)磁通量的變化率最大？ 【思考提示】 （1）轉(zhuǎn)速加倍時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=nBsω加倍，即Em′=20 V,交變電流的頻率加倍，f′=4 Hz，其圖象如圖所示 有效值為14.1 V （2）線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)線(xiàn)圈與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)磁通量最大，此時(shí)磁通量的變化率為零.當(dāng)線(xiàn)圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，磁通量為零，磁通量的變化率最大. 【設(shè)計(jì)意圖】 通過(guò)本例說(shuō)明應(yīng)用交變電流的產(chǎn)生及其變化規(guī)律分析問(wèn)題的方法. ［例2］如圖13—1—3所示，一理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為3∶1，副線(xiàn)圈接三個(gè)相同的燈泡，均能正常發(fā)光.在原線(xiàn)圈接有一相同的燈泡L.則 圖13—1—3 A.燈L也能正常發(fā)光 B.燈L比另三燈都暗 C.燈L將會(huì)被燒壞 D.不能確定 【解析】 該題主要考查變壓器的工作原理——原副線(xiàn)圈的電流關(guān)系和電功率等內(nèi)容.該題易犯的錯(cuò)誤是：由原副線(xiàn)圈匝數(shù)比n1∶n2＝3∶1，可知原副線(xiàn)圈電壓之比為U1∶U2＝3∶1，既然副線(xiàn)圈中電燈能正常發(fā)光，可知U2恰為燈的額定電壓，所以原線(xiàn)圈中電燈兩端電壓U1＞U額.故被燒壞而錯(cuò)選C.其錯(cuò)誤是把變壓器原線(xiàn)圈兩端電壓和電燈L兩端電壓混淆了.正確的解答應(yīng)為：原副線(xiàn)圈中的電流之比為I1∶I2＝1∶3，而副線(xiàn)圈中通過(guò)每燈的電流為其額定電流I額＝I2／3，故IＬ＝I1＝＝I額即燈L亦能像其他三燈一樣正常發(fā)光.所以正確選項(xiàng)為A. 【思考】 (1)如果副線(xiàn)圈上的三個(gè)燈泡“燒”了一個(gè)，其余燈泡的亮度如何變? 變壓器的輸入功率如何變?如果副線(xiàn)圈上的三個(gè)燈泡全“燒”了，燈泡L還亮不亮? (2)如果副線(xiàn)圈上再并入一個(gè)燈泡，與原來(lái)相比其余燈泡的亮度如何?誰(shuí)更容易燒壞? (3)對(duì)理想變壓器而言，其I1和I2、U1和U2、P1和P2，是輸入決定于輸出，還是輸出決定于輸入? 【思考提示】 （1）副線(xiàn)圈上的三個(gè)燈泡燒壞一個(gè)，則副線(xiàn)圈輸出的功率變小，原線(xiàn)圈輸入功率變小，則原線(xiàn)圈中電流減小，燈泡L變暗，燈泡L兩端的電壓減小，若電源電壓一定，則原線(xiàn)圈兩端電壓略有升高，副線(xiàn)圈兩端電壓也略有升高，剩余兩燈泡變亮.若副線(xiàn)圈上的三個(gè)燈泡全“燒”了，燈L不亮. (2)若在副線(xiàn)圈上再并入一個(gè)燈泡，變壓器輸出功率增大，輸入功率也增大，原、副線(xiàn)圈中的電流均增大，故L變亮、L兩端電壓增大，若電源電壓一定，則原、副線(xiàn)圈兩端電壓都減小，副線(xiàn)圈上的燈泡變暗.L更容易燒壞. (3)對(duì)理想變壓器而言，U1決定U2，I2決定I1，P2決定P1. 【設(shè)計(jì)意圖】 通過(guò)本例說(shuō)明利用變壓器的電壓比，電流比及功率關(guān)系分析問(wèn)題的方法. ［例3］有條河流，流量Q=2 m3·s-1,落差h=5 m，現(xiàn)利用其發(fā)電，若發(fā)電機(jī)總效率為50%，輸出電壓為240 V，輸電線(xiàn)總電阻R=30 Ω，允許損失功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的6%，為滿(mǎn)足用電的需要，使用戶(hù)獲得220 V電壓，則該輸電線(xiàn)路所使用的理想升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少？能使多少盞“220 V、100 W”的電燈正常發(fā)光？ 【解析】 按題意畫(huà)出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖13—1—4所示，電源端的輸出功率 圖13—1—4 P總=（）×η =2×1.0×103×10×5×0.5 W=5×104 W 輸電線(xiàn)上的功率損失P損=I2R，所以輸電線(xiàn)中電流為 I==10 A 則升壓變壓器B1的原線(xiàn)圈電壓U1=U出=240 V，副線(xiàn)圈送電電壓為 U2= V=5×103 V 所以升壓變壓器的變壓比為 n1∶n2=U1∶U2==6∶125 輸電線(xiàn)上電壓的損耗 ΔU損=IR=10×30 V=300 V 則降壓器B2的原線(xiàn)圈的電壓 U1′=U2-ΔU損=5×103 V-300 V=4700 V 據(jù)題意知，U2′=220 V,所以降壓變壓器的匝數(shù)比為 n1′∶n2′=U1′∶U2′==235∶11 因?yàn)槔硐胱儔浩鳑](méi)有能量損失，所以可正常發(fā)光的電燈盞數(shù)為 N===470 【說(shuō)明】 這是遠(yuǎn)距離送電的典型題，一般要抓住變壓器B1的輸出電流去求輸電線(xiàn)上的電壓損失和功率損失，要注意用戶(hù)的電壓為220 V是B2的輸出電壓.為了幫助分析解題，必須先畫(huà)出輸電線(xiàn)路的簡(jiǎn)圖，弄清楚電路的結(jié)構(gòu)，然后再入手解題，解出變壓比不一定是整數(shù)，這時(shí)取值應(yīng)采取宜“入”不宜“舍”的方法，因?yàn)樽儔浩鞅旧磉€有損耗. 【設(shè)計(jì)意圖】 通過(guò)本例說(shuō)明遠(yuǎn)距離問(wèn)題的分析方法. ●反饋練習(xí) ★夯實(shí)基礎(chǔ) 1.關(guān)于理想變壓器的下列說(shuō)法 ①原線(xiàn)圈中的交變電流的頻率跟副線(xiàn)圈中的交變電流的頻率一定相同 ②原線(xiàn)圈中輸入恒定電流時(shí)，副線(xiàn)圈中的電流一定是零，鐵芯中的磁通量也一定是零 ③原線(xiàn)圈中輸入恒定電流時(shí)，副線(xiàn)圈中的電流一定是零，鐵芯中的磁通量不是零 ④原線(xiàn)圈中的輸入電流一定大于副線(xiàn)圈中的輸出電流 以上正確的說(shuō)法是 A.①③ B.②④ C.①② D.③④ 【答案】 A 2.在變電所里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，使用的儀器是電流互感器，圖13—1—5的四個(gè)圖中，能正確反映其工作原理的是 圖13—1—5 【解析】 電流互感器是用來(lái)把大電流變成小電流的變壓器，原線(xiàn)圈串聯(lián)在被測(cè)電路的火線(xiàn)上，副線(xiàn)圈接入交流電流表，故A對(duì). 【答案】 A 3.超導(dǎo)材料電阻降為零的溫度稱(chēng)為臨界溫度，1987年我國(guó)科學(xué)家制成了臨界溫度為90 K的高溫超導(dǎo)材料.利用超導(dǎo)材料零電阻的性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗輸電，現(xiàn)有一直流電路，輸電線(xiàn)的總電阻為0.4 Ω，它提供給用電器的電功率為40 kW，電壓為800 V.如果用臨界溫度以下的超導(dǎo)電纜替代原來(lái)的輸電線(xiàn)，保持供給用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為 A.1 kW B.1.6×103 kW C.1.6 kW D.10 kW 【解析】 輸電線(xiàn)中電流I=P/U，輸電線(xiàn)上損失功率P′＝I2R線(xiàn)＝P2R線(xiàn)／U2＝1 kW. 【答案】 A 4.如圖13—1—6所示，a、b、c為三只功率較大的完全相同的電爐，a離電源很近，而b、c離用戶(hù)電燈L很近，電源離用戶(hù)電燈較遠(yuǎn)，輸電線(xiàn)有一定電阻，電源電壓恒定，則 ①使用a時(shí)對(duì)用戶(hù)電燈影響大 ②使用b時(shí)比使用a時(shí)對(duì)用戶(hù)電燈影響大 ③使用c和b對(duì)用戶(hù)電燈的影響幾乎一樣大 ④使用c時(shí)對(duì)用戶(hù)電燈沒(méi)有影響?yīng)? 圖13—1—6 以上說(shuō)法正確的是 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 【解析】 電燈的電壓等于電源電壓減去輸電線(xiàn)電阻的電壓. 【答案】 D 5.交流發(fā)電機(jī)在工作時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為e=E0sinωt,若將其電樞的轉(zhuǎn)速提高1倍，其他條件不變，則其電動(dòng)勢(shì)變?yōu)楠? A.e=E0sin B.e=2E0sin C.e=E0sin2ωt D.e=2E0sin2ωt 【答案】 D 6.一個(gè)理想的變壓器，原線(xiàn)圈和副線(xiàn)圈的匝數(shù)分別為n1和n2,正常工作時(shí)輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為U1和U2、I1和I2、P1和P2.已知n1＞n2,則 ①U1＞U2,P1＜P2 ②P1=P2,I1＜I2 ③I1＜I2,U1＞U2 ④P1＞P2,I1＞I2 以上說(shuō)法正確的是 A.①② B.②③ C.①③ D.④ 【答案】 B 7.已知交變電流i=ImsinωtA,線(xiàn)圈從中性面起開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)了多長(zhǎng)時(shí)間，其瞬時(shí)值等于有效值 A.π/ω B.π/ω C.π/4ω D.π/2ω 【答案】 C 8.如圖13—1—7為電熱毯的電路圖，電熱絲接在U＝311sin100πt V的電源上，電熱毯被加熱到一定溫度后，通過(guò)裝置P使輸入電壓變?yōu)閳D13—1—8所示的波形，從而進(jìn)入保溫狀態(tài)，若電熱絲電阻保持不變，此時(shí)交流電壓表的讀數(shù)是 圖13—1—7 A.110 V B.156 V C.220 V D.311 V 【解析】 由·（）2／R＝得圖13—1—8對(duì)應(yīng)的有效值U＝156 V. 【答案】 B 9.一個(gè)電熱器接在10 V的直流電源上，在時(shí)間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，今將該電熱器接在一交流電源上，它在2t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，則這一交流電源的交流電壓的最大 值和有效值分別是 A.最大值是10 V，有效值是10 V B.最大值是10 V，有效值是5V C.最大值是5V，有效值是5 V D.最大值是20 V，有效值是10V 【解析】 根據(jù)交變電流有效值的定義來(lái)求有效值，對(duì)正弦交變電流有：Um=U. 【答案】 B 10.如圖13—1—9所示，理想變壓器的原、副線(xiàn)圈分別接著完全相同的燈泡L1、Ｌ2，原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比n1∶n2＝2∶1，交流電源電壓為U，則 圖13—1—9 ①燈L1兩端的電壓為U/5 ②燈L1兩端的電壓為3U/5 ③燈L2兩端的電壓為2U/5 ④燈L2兩端的電壓為U/2 以上說(shuō)法正確的是 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 【解析】 原副線(xiàn)圈中電流之比I1∶I2＝n2∶n1＝1∶2，因?yàn)閁1＝I1R，U2＝I2R，所以U1∶U2＝1∶2.原、副線(xiàn)圈中電壓之比，所以U1＝U／5，U2＝U. 【答案】 A 11.如圖13—1—10所示，已知n1∶n2＝4∶3，R2＝100　Ω，變壓器沒(méi)有功率損耗，在原線(xiàn)圈上加上交流電壓U1＝40sin100πt V，則R2上的發(fā)熱功率是______Ｗ.若R3＝25　Ω，發(fā)熱功率與R2一樣，則流過(guò)原線(xiàn)圈的電流I1和流過(guò)R3的電流I3之比為_(kāi)_____. 圖13—1—10 【解析】 U2=×V=21.3 V，PR2＝ W=4.5 W.由I1=4.5×2，I32×25=4.5，解得I1∶I3=3∶4. 【答案】 4.5 3∶4 ★提升能力 12.有一臺(tái)內(nèi)阻為4 Ω的發(fā)電機(jī)，供給一個(gè)學(xué)校照明用電，如圖13—1—11所示.升壓變壓器匝數(shù)比為1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1，輸電線(xiàn)的總電阻R＝4Ω，全校共22個(gè)班，每班有“220 V，40 W”燈6盞.若保證全部電燈正常發(fā)光，則： 圖13—1—11 (1)發(fā)電機(jī)輸出功率多大? (2)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)多大? (3)輸電效率是多少? (4)若使用燈數(shù)減半并正常發(fā)光，發(fā)電機(jī)輸出功率是否減半? 【解析】 (1)對(duì)降壓變壓器：U2′I2＝U3I3＝nP燈＝22×6×40 W＝5280 W.而U2′＝U3＝880 V 所以I2＝＝6 A.對(duì)升壓變壓器：U1I1＝U2I2＝I22R＋U2′I2＝5424 W. (2)因?yàn)閁2＝U2′＋I(xiàn)2R＝904 V，所以U1＝U2＝226 V 又因?yàn)閁1I1＝U2I2 所以I1＝＝24 A 所以Ｅ＝U1＋I(xiàn)1r＝322 V （3）η＝×100％＝×100％＝97％ （4）燈數(shù)減半時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率為P＝2676?。?故發(fā)電機(jī)輸出功率不是減半. 【答案】 (1)5424 W (2)322 V(3)97% (4)不是減半 13.如圖13—1—12所示，閉合的單匝線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度ω繞中心軸OO′逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng).已知線(xiàn)圈的邊長(zhǎng)ab=cd=l1=0.20 m，bc=da=l2＝0.10 m，線(xiàn)圈的電阻值R=0.050 Ω，角速度ω=300 rad/s，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=0.50 T，方向與轉(zhuǎn)軸OO′垂直.規(guī)定線(xiàn)圈平面與中性面的夾角為θ. 圖13—1—12 (1)當(dāng)θ=ωt=30°時(shí)，線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小如何? (2)此時(shí)，作用在線(xiàn)圈上電磁力的瞬時(shí)功率等于多少? 【解析】 (1)ｅ＝Bl1l2ωsin30°＝1.5 V (2)電磁力的瞬時(shí)功率P=＝45 Ｗ 【答案】 (1)1.5 V (2)45 W 14.如圖13—1—13所示，一理想變壓器帶有三個(gè)匝數(shù)都為50匝的副線(xiàn)圈ab、cd、ef，若原線(xiàn)圈匝數(shù)為100匝，并接到220 V交流電源上，通過(guò)副線(xiàn)圈的各種組合，可以得到以下哪些電壓 圖13—1—13 ①0 V ②110 V③220 V ④330 V 以上正確的是 A.①②③④ B.只有①② C.只有③④ D.只有②③④ 【解析】 當(dāng)三個(gè)副線(xiàn)圈互不連接或其中兩個(gè)順向并接時(shí)，可得到110 V電壓.當(dāng)其中兩個(gè)副線(xiàn)圈順向串接時(shí)，可得到220 V電壓，當(dāng)其中兩個(gè)副線(xiàn)圈逆向串接時(shí)，可得到0 V電壓.當(dāng)三個(gè)線(xiàn)圈順向串接時(shí)，可得到330 V電壓. 【答案】 A ※15.在真空中速度v＝6.4×107 m/s的電子束連續(xù)地射入兩平行極板間，如圖13—1—14所示，極板長(zhǎng)度為l＝8.0×10-2 m，間距d=5.0×10-3 m.兩極板不帶電時(shí)，電子束將沿兩極板之間的中線(xiàn)通過(guò).在兩極板上加一個(gè)50 Hｚ的交變電壓u＝U0sinωt，如果所加電壓的最大值U0超過(guò)某值UＣ時(shí)，電子束將有時(shí)能通過(guò)兩極板，有時(shí)間斷而不能通過(guò)(電子電荷量e=1.60×10-19 Ｃ，電子質(zhì)量m=9.1×10-31 kg)： 圖13—1—14 (1)UＣ的大小為多少? (2)求U0為何值時(shí)，才能使通過(guò)與間斷時(shí)間之比Δt1∶Δt2＝2∶1？ 【解析】 (1)電子通過(guò)平行極板所用時(shí)間t=≈10-9 s，而交變電壓的周期T=10-2 s.由于T,故對(duì)于通過(guò)極板的電子來(lái)說(shuō)，可認(rèn)為板間電壓及場(chǎng)強(qiáng)是穩(wěn)定不變的，每個(gè)電子均做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向勻速，場(chǎng)強(qiáng)方向勻變速.設(shè)電子經(jīng)過(guò)平行板的時(shí)間為t,所受電場(chǎng)力為F，則：a=,t=,電子束不能通過(guò)兩極板間時(shí)有： at2＝y(tǒng)≥,由以上三式可得： UＣ≥＝91 V (2)畫(huà)圖分析：UＣ＝U0sin(π/3)， 所以U0＝UＣ／sin(π/3)=＝105 V. 【答案】 (1) 91 V （2）105 V 第Ⅱ單元 電磁場(chǎng)和電磁波 ●知識(shí)聚焦 一、振蕩電流和振蕩電路 大小和方向都做周期性變化的電流叫做振蕩電流.能產(chǎn)生振蕩電流的電路叫振蕩電路，LC電路是最簡(jiǎn)單的振蕩電路. 二、電磁振蕩及其周期、頻率 振蕩電路中產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程中，線(xiàn)圈中的電流、電容器極板上的電量及其與之相聯(lián)系的磁場(chǎng)能、電場(chǎng)能也都作周期性變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩. 1.振蕩原理：利用電容器的充放電和線(xiàn)圈的自感作用產(chǎn)生振蕩電流，形成電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的周期性相互轉(zhuǎn)化. 2.振蕩過(guò)程：電容器放電時(shí)，電容器所帶電量和電場(chǎng)能均減少，直到零；電路中的電流和磁場(chǎng)能均增大，直到最大值.充電時(shí)，情況相反.電容器正反向充放電一次，便完成一次 振蕩的全過(guò)程.圖13—2—1表示振蕩過(guò)程中有關(guān)物理量的變化. 圖13—2—1 3.周期和頻率：電磁振蕩完成一次周期性變化所用的時(shí)間叫做電磁振蕩的周期.1 s內(nèi)完成電磁振蕩的次數(shù)叫做電磁振蕩的頻率.對(duì)LC電路產(chǎn)生的電磁振蕩，其周期和頻率由電路本身性質(zhì)決定： T＝ f＝ 三、電磁場(chǎng)和電磁波 1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論 （1）不僅電荷能夠產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)也能產(chǎn)生電場(chǎng). (2)不僅電流能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)也能產(chǎn)生磁場(chǎng). 2.電磁場(chǎng)和電磁波 變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即為電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)由近及遠(yuǎn)的傳播就形成電磁波. 3.電磁波的波速 在真空中，任何頻率的電磁波的傳播速度都等于光速c=3.00×108 m/s.其波速、波長(zhǎng)、周期頻率間關(guān)系為：c==fλ. 復(fù)習(xí)時(shí)注意以下的幾個(gè)方面： （1）麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在，赫茲用實(shí)驗(yàn)成功的證實(shí)了電磁波的存在. （2）在電磁波中，電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度是互相垂直的，且都和電磁波的傳播方向垂直，所以電磁波為橫波. （3）電磁波的傳播過(guò)程，也是電磁能的傳播過(guò)程. （4）電磁波的傳播不需要介質(zhì). 四、無(wú)線(xiàn)電波的發(fā)射 1.調(diào)制：在無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用技術(shù)中，首先將聲音、圖象等信息通過(guò)聲電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等方式轉(zhuǎn)為電信號(hào)，這種電信號(hào)頻率很低，不能用來(lái)直接發(fā)射電磁波.把要傳遞的低頻率電信號(hào)“加”到高頻電磁波上，使電磁波隨各種信號(hào)而改變叫調(diào)制. 調(diào)幅和調(diào)頻：使高頻振蕩的振幅隨信號(hào)而改變叫做調(diào)幅.使高頻振蕩的頻率隨信號(hào)而改變叫做調(diào)頻. 五、無(wú)線(xiàn)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(shí)，接收電路中產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象叫做電諧振. 2.調(diào)諧：調(diào)諧電路的固有頻率可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，將調(diào)諧電路的頻率調(diào)節(jié)到與需要接收的某個(gè)頻率的電磁波相同，即，使接收電路產(chǎn)生電諧振的過(guò)程叫做調(diào)諧. 3.檢波：從接收到的高頻振蕩中分離出所攜帶的信號(hào)的過(guò)程叫做檢波.檢波是調(diào)制的逆過(guò)程，也叫解調(diào). 4.無(wú)線(xiàn)電的接收：天線(xiàn)接收到所有的電磁波，經(jīng)調(diào)諧選擇出所需要的電磁波，再經(jīng)檢波取出攜帶的信號(hào)，放大后再還原成聲音或圖象的過(guò)程. 六、電視的基本原理 電視系統(tǒng)主要由攝像機(jī)和接收機(jī)組成.把圖象各個(gè)部位分成一系列小點(diǎn)，稱(chēng)為像素，每幅圖象至少要有幾十萬(wàn)個(gè)像素.攝像機(jī)將畫(huà)面上各個(gè)部分的光點(diǎn)，根據(jù)明暗情況逐點(diǎn)逐行逐幀地變?yōu)閺?qiáng)弱不同的信號(hào)電流，隨電磁波發(fā)射出去. 電視機(jī)接收到電磁波后，經(jīng)調(diào)諧、檢波得到電信號(hào)，按原來(lái)的次序在顯像管的熒光屏上匯成圖象. 中國(guó)電視廣播標(biāo)準(zhǔn)采用每1 s傳送25幀畫(huà)面，每幀由625條線(xiàn)組成. 七、雷達(dá)的基本原理 雷達(dá)是利用無(wú)線(xiàn)電波來(lái)測(cè)定物體位置的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備，一般由天線(xiàn)系統(tǒng)、發(fā)射裝置、接收裝置、輸出裝置（顯示器）、電源、用于控制雷達(dá)工作和處理信號(hào)的計(jì)算機(jī)以及防干擾設(shè)備等構(gòu)成. ●疑難辨析 麥克斯韋電磁理論是理解電磁場(chǎng)和電磁波的關(guān)鍵所在，應(yīng)注意領(lǐng)會(huì)以下內(nèi)容：變化的磁 場(chǎng)可產(chǎn)生電場(chǎng)，產(chǎn)生的電場(chǎng)的性質(zhì)是由磁場(chǎng)的變化情況決定的，均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)，非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，振蕩的磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率振蕩的電場(chǎng)；反之亦然. ●典例剖析 ［例1］LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖13—2—2所示，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 圖13—2—2 A.若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器上極板帶正電 B.若電容器正在放電，則電容器上極板帶負(fù)電 C.若電容器上極板帶正電，則線(xiàn)圈中電流正在增大 D.若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大 【解析】 先根據(jù)安培定則判斷出電流的方向，若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于充電階段，電流應(yīng)正在減小，知A敘述正確. 若該時(shí)刻電容器上極板帶負(fù)電，則可知電容器正在放電，電流正在增強(qiáng)，知B敘述正確，由楞次定律知D敘述亦正確.因而錯(cuò)誤選項(xiàng)只有C. 【思考】 (1)若磁場(chǎng)正在增強(qiáng)，則電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能是如何轉(zhuǎn)化的?電容器是充電還是放電?線(xiàn)圈兩端的電壓是增大還是減小? (2)若此時(shí)磁場(chǎng)最強(qiáng)(t＝0)，試畫(huà)出振蕩電流ｉ和電容器上板帶電量q隨時(shí)間t變化的圖象? (3)若使該振蕩電路產(chǎn)生的電磁波的波長(zhǎng)更短些，可采取什么措施?(包括：線(xiàn)圈匝數(shù)、鐵芯、電介質(zhì)、正對(duì)面積、板間距離等) 【思考提示】 （1）磁場(chǎng)增強(qiáng)，磁場(chǎng)能增大，電場(chǎng)能減小，電容器放電，電容器兩端電壓降低，線(xiàn)圈兩端電壓降低. (2) （3）根據(jù)λ=cT和T=2π,為減小λ,需減小L或C. 【設(shè)計(jì)意圖】 通過(guò)本例說(shuō)明分析電磁振蕩過(guò)程中各量變化的方法. ［例2］某電路中電場(chǎng)隨時(shí)間變化的圖象如圖13—2—3所示，能發(fā)射電磁波的電場(chǎng)是 圖13—2—3 【解析】 變化的電場(chǎng)可產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)的性質(zhì)是由電場(chǎng)的變化情況決定的.均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，振蕩的電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率振蕩的磁場(chǎng). 圖A中電場(chǎng)不隨時(shí)間變化，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng).圖B和圖C中電場(chǎng)都隨時(shí)間做均勻的變化，在周?chē)臻g產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)不能再激發(fā)電場(chǎng)，所以不能激起電磁波.圖D中電場(chǎng)隨時(shí)間做不均勻的變化,能在周?chē)臻g產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而這磁場(chǎng)的變化也是不均勻的，又能產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，從而交織成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體，即形成電磁場(chǎng)，才能發(fā)射電磁波. 【設(shè)計(jì)意圖】 通過(guò)本例說(shuō)明形成電磁波的條件. ●反饋練習(xí) 1.建立電磁場(chǎng)理論的科學(xué)家是_______.用實(shí)驗(yàn)證明電磁波存在的科學(xué)家是_______. 【答案】 麥克斯韋 赫茲 2.關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波，下列說(shuō)法正確的是 A.電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是相互聯(lián)系著，統(tǒng)稱(chēng)為電磁場(chǎng) B.電磁場(chǎng)由發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播就是電磁波 C.電磁場(chǎng)是一種物質(zhì)，不能在真空中傳播 D.電磁波的傳播速度總是3.0×108 m/s 【答案】 B 3.某電磁波從真空進(jìn)入介質(zhì)后，發(fā)生變化的物理量有 A.波長(zhǎng)和頻率 B.波速和頻率 C.波長(zhǎng)和波速 D.頻率和能量 【答案】 C 4.電磁波和機(jī)械波相比較 ①電磁波傳播不需要介質(zhì)，機(jī)械波傳播需要介質(zhì) ②電磁波在任何物質(zhì)中傳播速度都相同，機(jī)械波波速大小決定于介質(zhì) ③電磁波、機(jī)械波都會(huì)發(fā)生衍射 ④機(jī)械波會(huì)發(fā)生干涉，電磁波不會(huì)發(fā)生干涉 以上說(shuō)法正確的是 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 【答案】 A 5.關(guān)于電磁波，下列說(shuō)法中正確的是 A.在真空中，頻率高的電磁波速度較大 B.在真空中，電磁波的能量越大，傳播速度越大 C.電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)，速度變小，頻率不變 D.只要發(fā)射電路的電磁振蕩一停止，產(chǎn)生的電磁波立即消失 【解析】 任何頻率的電磁波在真空中的傳播速度都是c，故AB都錯(cuò). 電磁波由真空進(jìn)入介質(zhì)，波速變小，而頻率不變，Ｃ對(duì).變化的電場(chǎng)、磁場(chǎng)由變化區(qū)域向外傳播就形成電磁波，發(fā)射電路的電磁振蕩一停止，就不再發(fā)射電磁波，但已產(chǎn)生的電磁波并不消失，故Ｄ錯(cuò). 【答案】 C 6.無(wú)線(xiàn)電廣播的中波段波長(zhǎng)的范圍是187 m~560 m，為了避免鄰近電臺(tái)的干擾，兩個(gè)電臺(tái)的頻率范圍至少應(yīng)差104 Hz，則在此波段中最多能容納的電臺(tái)數(shù)約為多少個(gè)？ 【解析】 中波段的頻率范圍為 fmax= Hz=1.6×106 Hz fmin=Hz=0.54×106 Hz 在此波段最多容納的電臺(tái)數(shù) n==106 【答案】 106 7.某收音機(jī)接收電磁波的波長(zhǎng)范圍在577 m到182 m之間，求該收音機(jī)接收到的電磁波的頻率范圍. 【解析】 根據(jù)c=λf f1＝Hz=5.20×105 Hz f2＝Hz=1.65×106 Hz 所以，頻率范圍為5.20×105 Hz～1.65×106 Hz 【答案】 5.20×105 Hz～1.65×106 Hz 8.關(guān)于LC振蕩電路中的振蕩電流，下列說(shuō)法中正確的是 A.振蕩電流最大時(shí)，電容器兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)最大 B.振蕩電流為零時(shí)，線(xiàn)圈中自感電動(dòng)勢(shì)為零 C.振蕩電流增大的過(guò)程中，線(xiàn)圈中磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化成電場(chǎng)能 D.振蕩電流減小的過(guò)程中，線(xiàn)圈中自感電動(dòng)勢(shì)增大 【答案】 Ｄ 圖13—2—4 9.LC振蕩電路中，某時(shí)刻的電流方向如圖13—2—4所示，則下列說(shuō)法中正確的是 A.若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器上極板帶負(fù)電 B.若電容器正在放電，則電容器上極板帶正電 C.若電容器上極板帶正電，則電感線(xiàn)圈中的電流正在增大 D.若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大 圖13—2—5 【答案】 D 10.在LC振蕩電路中，電容器C的帶電量隨時(shí)間變化的圖象如圖13—2—5所示，在1×10-6 s到2×10-6 s內(nèi)，關(guān)于電容器的充(或放)電過(guò)程及因此產(chǎn)生的電磁波的波長(zhǎng)，正確的結(jié)論是 A.充電過(guò)程，波長(zhǎng)為1200 m B.充電過(guò)程，波長(zhǎng)為1500 m C.放電過(guò)程，波長(zhǎng)為1200 m D.放電過(guò)程，波長(zhǎng)為1500 m 【解析】 在1×10-6 s到2×10-6 s內(nèi)，電容器帶電量增大，屬充電過(guò)程.產(chǎn)生的電磁波周期T=4×10-6 s，波長(zhǎng)λ=cT=3×108×4×10-6 m＝1200 m 【答案】 A 11.LC振蕩電路中，某時(shí)刻磁場(chǎng)方向如圖13—2—6所示，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 圖13—2—6 A.若磁場(chǎng)正在減弱，則電容器上極板帶正電 B.若電容器正在放電，則電容器上極板帶負(fù)電 C.若電容器上極板帶正電，則線(xiàn)圈中電流正在增大 D.若電容器正在放電，則自感電動(dòng)勢(shì)正在阻礙電流增大 【解析】 若該時(shí)刻電容器上極板帶正電，則可知電容器處于充電階段，電流應(yīng)正在減小，知A正確.若該時(shí)刻電容器上極板帶負(fù)電，則可知電容器正在放電，電流正在增強(qiáng)，知B正確，由楞次定律知D亦正確. 【答案】 Ｃ 圖13—2—7 12.在LC振蕩電路中，電容C兩端的電壓UC隨時(shí)間變化的圖象如圖13—2—7所示，根據(jù)圖象可以確定振蕩電路中電場(chǎng)能最大的時(shí)刻為_(kāi)______，在T／2～3T／4時(shí)間內(nèi)電容器處于_______狀態(tài)，能量轉(zhuǎn)化情況是_______. 【解析】 電容器兩極板間電壓最大時(shí)，電場(chǎng)能最大，由圖可知電場(chǎng)能最大時(shí)刻為0，，T.在～T時(shí)間內(nèi)，兩極板間電壓變小，電容器處于放電狀態(tài)，電場(chǎng)能正轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能. 【答案】 0，，T 放電 電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能 章末綜合講練 ●知識(shí)網(wǎng)絡(luò) [PSY2，BP] ●高考試題 圖13—1 一、交變電流的規(guī)律 1.(1999年上海高考)某交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系如圖13—1所示.如果其他條件不變，僅使線(xiàn)圈的轉(zhuǎn)速加倍，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期分別變?yōu)楠? A.400 V，0.02 s B.200 V，0.02 s C.400 V，0.08 s D.200 V，0.08 s 【解析】 從圖中看出，該交變電流的最大值和周期分別是：Ｅm＝100 V，T＝0.04 s，而最大值Ｅm＝NBSω，周期T＝，當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)速加倍時(shí)，ω′＝2ω，故Ｅm′＝2Ｅm＝200 V，T′＝＝0.02 s，故B對(duì). 【答案】 B 2.(2000年全國(guó)高考)一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)的矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng).線(xiàn)圈匝數(shù)n=100.穿過(guò)每匝線(xiàn)圈的磁通量Φ隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，如圖13—2所示.發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r＝5.0 Ω，外電路電阻R＝95 Ω.已知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝UωΦm，其中Φm為穿過(guò)每匝線(xiàn)圈磁通量的最大值.求串聯(lián)在外電路中的交流電流表(內(nèi)阻不計(jì))的讀數(shù). 圖13—2 【解析】 從Φ～t圖線(xiàn)看出Φm＝1.0×10-2 Ｗb，T＝3.14×10-2 s.已知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Ｅm＝UωΦm，又ω＝，故電路中電流最大值Im＝＝2 A，交流電流表的示數(shù)是交流電的有效值，即I＝＝1.4 A . 【答案】 1.4 A 二、變壓器 3.(1998年全國(guó)高考)一理想變壓器，原線(xiàn)圈匝數(shù)n1＝1100，接在電壓220 V的交流電源上，當(dāng)它們對(duì)11只并聯(lián)的“36 V，60 Ｗ”燈泡供電時(shí)，燈泡正常發(fā)光，由此可知該變壓器副線(xiàn)圈的匝數(shù)n2＝______，通過(guò)原線(xiàn)圈的電流I1＝______　A. 【解析】 燈泡正常發(fā)光說(shuō)明U2＝36 V，所以由得： n2＝×1100＝180. 由P1＝U1I1＝P2， 所以I1＝A＝3 A. 【答案】 180 3 4.(1999年全國(guó)高考)如圖13—3是4種亮度可調(diào)的臺(tái)燈的電路示意圖，它們所用的白熾燈泡相同，且都是“220 V，40 Ｗ”.當(dāng)燈泡消耗的功率都調(diào)至20 W時(shí)，哪種臺(tái)燈消耗的功率最小 圖13—3 【解析】 由A、B、C、D四選項(xiàng)分析可知：Ｃ中理想變壓器功率損耗為零，電源輸出的總功率(臺(tái)燈消耗功率)只有燈泡的功率20 Ｗ，而其他選項(xiàng)中，不論滑動(dòng)變阻器是分壓接法還是限流接法，滑動(dòng)變阻器上總有功率損耗，臺(tái)燈的消耗功率都大于20 Ｗ，故C項(xiàng)正確. 【答案】 C 5.(2001年全國(guó)高考)一個(gè)理想變壓器，原線(xiàn)圈和副線(xiàn)圈的匝數(shù)分別為U1和n2，正常工作時(shí)輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為U1和U2、I1和I2、P1和P2.已知n1＞U2，則 A.U1＞U2，P1＜P2 B.P1＝P2，I1＜I2 C.I1＜I2，U1＞U2 D.P1＞P2，I1＞I2 【解析】 因變壓器為理想變壓器，故有，P1＝P2，由題意知：n1＞n2，則U1＞U2，又因I1U1＝I2U2，所以I1＜I2，故BC選項(xiàng)正確. 【答案】 BC 6.（2002年廣東、廣西、河南高考）遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路的示意圖如下圖13—4所示，若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是 圖13—4 A.升壓變壓器的原線(xiàn)圈中的電流與用戶(hù)用電設(shè)備消耗的功率無(wú)關(guān) B.輸電線(xiàn)中的電流只由升壓變壓器原副線(xiàn)圈的匝數(shù)比決定 C.當(dāng)用戶(hù)用電器的總電阻減少時(shí)，輸電線(xiàn)上損失的功率增大 D.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 【答案】 C 三、電磁場(chǎng)和電磁波 7.(2002年上海高考）按照有關(guān)規(guī)定，工作場(chǎng)所受到的電磁輻射強(qiáng)度（單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的電磁輻射能量）不得超過(guò) 0.50 W/m2. 若某一小型無(wú)線(xiàn)通訊裝置的電磁輻射功率是1 W，那么在距離該通訊裝置_______ m以外是符合規(guī)定的安全區(qū)域（已知球面面積為S=4πR2). 【答案】 0.40 ●素質(zhì)能力過(guò)關(guān)檢測(cè) 一、選擇題（每小題中只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求） 1.線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)ｅ＝10sin20πtV，則下列說(shuō)法中正確的是 ①t＝0時(shí)，線(xiàn)圈平面位于中性面 ②t=0時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為最大 ③t=0時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)切割磁感線(xiàn)的有效速度最大 ④t=0.4 s時(shí)，e有最大值10V A.①② B.②③ C.③④ D.①③④ 【解析】 若從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，交流電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)表達(dá)式：e＝Emsinωt，該瞬時(shí)雖然穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大，但線(xiàn)圈兩邊的運(yùn)動(dòng)方向恰和磁場(chǎng)方向平行，不切割磁感線(xiàn)，電動(dòng)勢(shì)為零，當(dāng)t=0.4 s時(shí)，e=0. 【答案】 A 2.一閉合矩形線(xiàn)圈abcd繞固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，OO′位于線(xiàn)圈平面內(nèi)垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)，如圖13—5（甲）所示，通過(guò)線(xiàn)圈內(nèi)的磁通量Φ隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖（乙）所示，下列說(shuō)法正確的是 圖13—5 A.t1、t3時(shí)刻通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率最大 B.t2、t4時(shí)刻線(xiàn)圈中感應(yīng)電流方向改變 C.t1、t3時(shí)刻線(xiàn)圈中感應(yīng)電流方向改變 D.t2、t4時(shí)刻線(xiàn)圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小 【答案】 C 圖13—6 3.如圖13—6所示，理想變壓器的副線(xiàn)圈上通過(guò)輸電線(xiàn)接有兩個(gè)相同的燈泡L1和L2；輸電線(xiàn)的等效電阻為R，開(kāi)始時(shí)，電鍵K斷開(kāi)，當(dāng)K接通時(shí)，以下說(shuō)法中正確的是 A.副線(xiàn)圈兩端M、N的輸出電壓減少 B.副線(xiàn)圈輸電線(xiàn)等效電阻R上的電壓降減小 C.通過(guò)燈泡L1的電流減小 D.原線(xiàn)圈中的電流減小 【解析】 當(dāng)輸入電壓U1與變壓比確定時(shí)，由可知，輸出電壓U2確定（此時(shí)不考慮線(xiàn)圈電阻），因此A錯(cuò)誤. 閉合電鍵K時(shí)，L2與L1并聯(lián)，副線(xiàn)圈回路中總電阻減小，總電流增大，故R上電壓降增大，B錯(cuò).此時(shí)L1兩端電壓減小，因此通過(guò)燈L1的電流減小，C正確.由于此時(shí)P出=I2U2，U2不變，I2變大，P出變大，而輸入功率始終等于輸出功率，因此P入=I1U1，I1U1變大，而U1不變，因此原線(xiàn)圈中電流I1變大，D錯(cuò). 【答案】 C 4.某農(nóng)村水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過(guò)電站附近的升壓變壓器升壓，然后用輸電線(xiàn)路把電能輸送到遠(yuǎn)處村寨附近的降壓變壓器.經(jīng)降低電壓后，再用線(xiàn)路接到各用戶(hù)，設(shè)兩變壓器都是理想變壓器，那么在用電高峰期，白熾燈不夠亮，但用電總功率增加，這時(shí) A.升壓變壓器的副線(xiàn)圈的電壓變大 B.高壓輸電線(xiàn)路的電壓損失變大 C.降壓變壓器的副線(xiàn)圈上的電壓變大 D.降壓變壓器到各用戶(hù)的輸電線(xiàn)上的電壓損失變大 【解析】 發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定，即升壓變壓器原線(xiàn)圈中電壓一定，所以副線(xiàn)圈中電壓不變，故A錯(cuò).因用電總功率增加，所以輸電線(xiàn)中電流變大，輸電線(xiàn)路的電壓損失變大，故降壓變壓器原線(xiàn)圈中的電壓變小，所以副線(xiàn)圈中電壓也變小，故B對(duì)C錯(cuò).用電高峰期，白熾燈不夠亮，說(shuō)明各用戶(hù)的輸電線(xiàn)中電流變小，所以各用戶(hù)的輸電線(xiàn)上的電壓損失變小，故Ｄ錯(cuò). 【答案】 B 圖13—7 5.如圖13—7所示，一交流電的電流隨時(shí)間而變化的圖象，此交流電流的有效值是 A.5 A B.5 A C.3.5 A D.3.5 A 【解析】 交流電的有效值意義即等于與之熱效應(yīng)相等的對(duì)應(yīng)直流電值，在一個(gè)周期（T=0.02 s）內(nèi)，此交變電流在電阻R上發(fā)熱為： Q=（I12·R·）+I22·R·=（4）2×0.01×R+(-3)2×0.01×R=I2·R·T 所以有效值I=5 A，選B. 【答案】 B 圖13—8 二、填空題 6.如圖13—8所示電路，已知交流電源電壓U＝15sin100πt V，將此交流電壓加在電阻R上時(shí)，產(chǎn)生的電功率為25 Ｗ，則電壓表示數(shù)為_(kāi)_______V，電流表示數(shù)為_(kāi)_____A，電阻值是______Ω.(保留二位有效數(shù)字) 【解析】 UV＝＝15 V，P＝UVI，R＝. 【答案】 15 1.7 9.0 圖13—9 7.一面積為S的單匝矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以一邊為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向與軸垂直，線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如圖13—9，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值和周期可由圖中讀出，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝_______.在t＝時(shí)刻，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向的夾角為_(kāi)________. 【解析】 Em=BωS=B·S,得B=; 由圖知t=0時(shí)，線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行，t=T/12時(shí)，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向的夾角θ= ωt=. 【答案】 EmT/2πS π/6 8.一交流電壓隨時(shí)間變化的圖象如圖13—10所示.則此交流電的頻率是_______Hz，若將該電壓加在10 μF的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)小于_______V；若將該電壓加在一阻值為1 kΩ的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意外事故的發(fā)生，電路中保險(xiǎn)絲的額定電流不能低于_______A. 圖13—10 【解析】 由f=Hz＝50Hz，電容器的耐壓值不能低于交流電的最大值200 V.用電器正常工作電流I＝A＝0.14 A，所以電路中保險(xiǎn)絲的額定電流不能低于0.14 A. 【答案】 50 200 0.14  9.建在雅礱江上的二灘水電站于1991年9月動(dòng)工，1997年11月10日下閘蓄水，1998年開(kāi)始向西南電網(wǎng)送電，設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為330×104 kW，2000年竣工之后，年發(fā)電量將達(dá)到170億度，大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高240 m，是20世紀(jì)亞洲裝機(jī)容量、庫(kù)容最大的水利樞紐工程.設(shè)想將二灘的電能輸送到成都地區(qū)，如果使用相同的輸電線(xiàn)，從減少輸電線(xiàn)上的電能損失來(lái)看，在50×104 V超高壓和11×104 V高壓輸電方案中應(yīng)先用_______輸電方案，因?yàn)樵摲桨傅妮旊娋€(xiàn)損失為另一種的________%. 【解析】 P損=I2R線(xiàn)=R線(xiàn)，故選50×104 V超高壓輸電可減少輸電線(xiàn)路的電能損失. =0.0484=4.84% 【答案】 50×104 V;4.84 三、計(jì)算題 10.如果你用通過(guò)同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的無(wú)線(xiàn)電話(huà)與對(duì)方通話(huà)，則在你講完話(huà)后，至少要等多長(zhǎng)時(shí)間才能聽(tīng)到對(duì)方的回話(huà)?(已知地球的質(zhì)量M=6.0×1024 kg，地球半徑R=6.4×106 m，萬(wàn)有引力恒量G＝6.67×10-11　N·m2／kg2) 【解析】 由 所以地球同步衛(wèi)星離地面高度h=-R＝3.59×107 m，則需要的時(shí)間t==0.48 s. 【答案】 0.48 s 11.一小型發(fā)電站的輸出電壓為250 V，輸出功率為100 kW，向遠(yuǎn)處輸電所用導(dǎo)線(xiàn)的總電阻R=8 Ω.為使輸電線(xiàn)上的功率損失等于輸送功率的5%，用戶(hù)正好得到220 V電壓，則供電站處所用升壓變壓器和用戶(hù)所用降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少?(變壓器均為理想的) 【解析】 P損＝5％P＝5×103 Ｗ，輸電線(xiàn)中電流為I，P損＝I2R，I＝＝25 A，輸送電壓U2＝＝4000 V，因?yàn)榘l(fā)電站輸出電壓U1＝250 V，所以升壓變壓器n1/n2＝U1／U2＝1／16，輸電線(xiàn)路上損失電壓U損＝IR＝200 V，降壓變壓器原線(xiàn)圈兩端電壓U3＝U2－U損＝3800 V，所以降壓變壓器原副線(xiàn)圈匝數(shù)比U3∶U4＝190∶11. 【答案】 升壓變壓器匝數(shù)比1∶16降壓變壓器匝數(shù)比190∶11 12.如圖13—11所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T，邊長(zhǎng)L=10 cm的正方形線(xiàn)圈abcd共100匝，線(xiàn)圈電阻r=1 Ω，線(xiàn)圈繞垂直于磁感線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝ 2πrad／s，外電路電阻R＝4 Ω.求： 圖13—11 (1)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； (2)由圖示位置(線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行)轉(zhuǎn)過(guò)60°角時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； (3)由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60°角的過(guò)程產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； (4)交流電壓表的示數(shù)； (5)轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力做的功. 【解析】 (1)Ｅm＝NBSω＝3.14 V (2)從圖示位置計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Em·cos＝1.57 V (3)由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60°角產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)＝100×V＝2.60 V （4）交流電壓表測(cè)的是有效值，所以其示數(shù)U＝＝1.78 V. (5)ＷF＝I2（R＋r）t＝N2B2S2＝0.99 J 【答案】 (1)3.14 V (2)1.57 V(3)2.60 V (4)1.78 V (5)0.99 J ●教學(xué)建議 1.教材中雖然沒(méi)給出交變電動(dòng)勢(shì)最大值Em=nBωS這一公式，但對(duì)其仍應(yīng)讓學(xué)生熟記、掌握，并告訴學(xué)生這一公式對(duì)任意形狀的線(xiàn)圈都適用. 2.在復(fù)習(xí)交變電流的變化規(guī)律時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生抓住中性面這一關(guān)鍵位置. 3.交變電流的有效值是復(fù)習(xí)中的難點(diǎn)，也是重點(diǎn).因此必然是高考中考查交變電流知識(shí)的熱點(diǎn).要使學(xué)生準(zhǔn)確把握有效值的物理意義——反映交變電流產(chǎn)生的平均效果(熱效應(yīng))，但不是交變電流的平均值.交變電流的有效值體現(xiàn)了電能與內(nèi)能的等效轉(zhuǎn)換.要明確E＝Em／，U＝Um/和I＝Im/只適用于正弦式交變電流，其他非正弦式交變電流，必須按有效值的定義去推導(dǎo)，切忌亂套公式. 4.要使學(xué)生區(qū)分瞬時(shí)值、最大值、有效值、平均值.讓學(xué)生知道，計(jì)算線(xiàn)圈在某一位置受力情況時(shí)應(yīng)采用瞬時(shí)值；計(jì)算通過(guò)某一截面電量時(shí)應(yīng)采用平均值；計(jì)算有關(guān)熱效應(yīng)的問(wèn)題時(shí)(如保險(xiǎn)絲的熔斷等)應(yīng)采用有效值；考慮電容器擊穿電壓時(shí)應(yīng)采用最大值. 5.理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題是個(gè)難點(diǎn).此類(lèi)問(wèn)題，大致有兩種情況：一是負(fù)載電阻不變，原副線(xiàn)圈的電壓U1、U2，電流I1、I2，輸入和輸出功率P1、P2隨匝數(shù)比變化而變化的情況；另一類(lèi)是匝數(shù)比不變，上述各量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況.不論哪種情況，都要注意：（1）根據(jù)題意分清變量和不變量；（2）要弄清“誰(shuí)決定于誰(shuí)”的制約關(guān)系. 6.對(duì)于遠(yuǎn)距離高壓輸電問(wèn)題，一般地我們認(rèn)為，需要傳輸?shù)碾姽β适且欢ǖ?必須抓住這個(gè)不變量.即對(duì)輸配電系統(tǒng)，輸入總功率＝輸電線(xiàn)上損失的功率+用電器得到的功率. 7.對(duì)麥克斯韋電磁理論的復(fù)習(xí)，使學(xué)生了解并記住三個(gè)要點(diǎn)就可以了：（1）變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng))才能產(chǎn)生電場(chǎng)(或磁場(chǎng))；（2）均勻變化的磁場(chǎng)(或電場(chǎng)) 產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng)(或磁場(chǎng))；（3）正弦式變化的振蕩磁場(chǎng)(或電場(chǎng))產(chǎn)生同頻率的正弦式變化的振蕩電場(chǎng)(或磁場(chǎng)).