湖北省紅安一中高三物理書聯(lián)版資料 交變電流 電磁場(chǎng)和電磁波

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1、第十五章　交變電流 電磁場(chǎng)和電磁波 第一課時(shí) 一、考點(diǎn) 內(nèi) 容 要 求 說 明 交流發(fā)電機(jī)及其產(chǎn)生正弦式電流的原理,正弦式電流的圖象和三角函數(shù)表達(dá)式,最大值與有效值,周期與頻率 電阻、電感和電容對(duì)交變電流的作用 變壓器的原理，電壓比和電流比 電能的輸送 電磁場(chǎng)，電磁波，電磁波的周期、頻率、波長(zhǎng)和波速 無線電波的發(fā)射和接收 電視，雷達(dá) Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 只要求討論單相理想變壓器 二、交變電流、電磁場(chǎng)和電磁波知識(shí)結(jié)構(gòu) 電磁振蕩 LC回路中振蕩電流的產(chǎn)生 電磁振蕩的周期和頻率 電磁振蕩 和電磁波

2、 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的基本觀點(diǎn) 特點(diǎn)：發(fā)射和接收 電磁波 三、本章在高考中的地位 本章是電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用和延伸，也是高中物理電磁學(xué)知識(shí)的收尾。高考對(duì)交流電的產(chǎn)生和變壓器的原理要求較高，而對(duì)電磁場(chǎng)的電磁波僅限于一般性認(rèn)識(shí)和了解，特別注意電磁振蕩及LC回路不再列為高考要求，因而也不必在此浪費(fèi)時(shí)間。復(fù)習(xí)的重點(diǎn)是交流電的變化規(guī)律及其描述（包括圖象）、有效值的概念、理想變壓器的原理、電能輸送中相關(guān)計(jì)算等。特別是交變電流知識(shí)和力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用問題，要引起足夠重視，如2020年高考“自行車頭燈”問題。還有帶電粒子在加有交變電壓的平行金屬板間的運(yùn)動(dòng)問題等，復(fù)習(xí)過程中，要注意適量

3、訓(xùn)練，提高綜合應(yīng)用能力。 四、課后練習(xí) １、交變電流是 的電流，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中矩形線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)就可以在矩形線圈中產(chǎn)生大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的 交變電流。 2.當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時(shí)，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應(yīng)電流，這個(gè)位置叫做 。 3.線圈平面每經(jīng)過一次 ，感應(yīng)電流的方向就改變一次。線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變 。 4.描述正弦交變電流除了周期和頻率外，還有四值，各值的表達(dá)式分別為（以電動(dòng)勢(shì)為例）：電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值 ；電動(dòng)勢(shì)最大值

4、 ；電動(dòng)勢(shì)平均值 ；電壓的有效值 ；其中交變電流有效值是根據(jù) 來定義的。通常說的交流的電壓和電流指的都是 。 5.我國(guó)在生產(chǎn)、生活中使用的交流的周期為 ，頻率為 。 6.電感對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用 來表示；電容對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用 來表示。 7.線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高感抗 ；電容器的電容越大，交流的頻率越高容抗 。 8.在交流電路中電感對(duì)電路的作用是“

5、 ”；電容對(duì)電路的作用是“ ”。 9.變壓器是根據(jù) 原理制成的，理想變壓器的電壓遵循 關(guān)系輸入和輸出功率滿足 關(guān)系，一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈的理想變壓器的電流關(guān)系是 。 10.在遠(yuǎn)距離輸電是可以采用 方法來降低線路損耗。 11.把自感線圈，電容器用導(dǎo)線連接就構(gòu)成了 振蕩電路，在振蕩電路里產(chǎn)生的交變電流叫 。 12.LC振蕩回路產(chǎn)生電磁場(chǎng)振蕩的過程中，充電（放電）過程中

6、 等物理量是增加（減小）的； 等物理量是減?。ㄔ黾樱┑?。 13.振蕩回路的周期表達(dá)式為 ，頻率表達(dá)式為 14.在描述電磁場(chǎng)關(guān)系時(shí)，有變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生 ，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生 。 15.電磁波是橫波，傳播時(shí)不依賴介質(zhì)，其在真空中的傳播速度為 . 第二課時(shí) 交流電的產(chǎn)生及描述 電感、電容對(duì)交流電的影響 一、考點(diǎn)理解： 1.交變電流的產(chǎn)生和規(guī)律 ⑴交變電流的意義 ①交變電流：大小

7、和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流電。 ②正弦式電流：隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流叫做正弦式電流。正弦式電流的圖象是正弦曲線，我國(guó)市用的交變電流都是正弦式電流。 ⑵正弦式電流的產(chǎn)生 ①產(chǎn)生方法：如圖所示，將一個(gè)平面線圈置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并使它繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生正弦式電流。 ②中性面：中性面的特點(diǎn)是，線 圈位于中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；線圈經(jīng)過中性面時(shí)，內(nèi)部的電流方向要發(fā)生改變。 ⑶規(guī)律 ①函數(shù)形式：N匝面積為S的線圈以角速率ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從某次經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則e=NBSωsinωt，用Em表示峰值N

8、BSω，則e=Emsinωt，電流。 ②圖象表示如圖所示 2．表征交變電流的物理量 ⑴周期和頻率 交變電流的周期和頻率都是描述交變電流變化快慢的物理量。 ①周期T：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，單位是秒（S），周期越大，交變電流變化越慢，在一個(gè)周期內(nèi)，交變電流的方向變化2次。 ②頻率f:交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲，符號(hào)為Hz，頻率越大，交變電流變化越快。 ③關(guān)系： ⑵最大值和有效值 ①交變電流的最大值Em(Um、Im)與線圈的形狀和轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)哪個(gè)位置無關(guān)，但轉(zhuǎn)軸應(yīng)與磁感線垂直。 ②交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，讓交流電和

9、直流電通過同樣阻值的電阻,如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,就把這一直流電的數(shù)值叫做該交流電的有效值. 正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系為：,,.各種交流電器設(shè)備上的標(biāo)示值及交流電表上的測(cè)量值都指有效值。 注意: ,,,只適用于正弦交變電流. ⑶最大值、有效值和平均值的應(yīng)用 ①求電功、平均電功率以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流等物理量時(shí)，要用有效值計(jì)算，正弦交流電的有效值為，其它交變電流的有效值只能根據(jù)有效值的定義來計(jì)算。 ②求一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量時(shí)要用平均值，,平均值的計(jì)算須用=n和=計(jì)算，切記≠，平均值不等于有效值。 ③在考慮電容器的耐壓值時(shí)，則應(yīng)根據(jù)交流電的最大值

10、。 3.電感和電容對(duì)交變電流的作用 (1)電感對(duì)交變電流的阻礙作用 ①電感對(duì)交變電流的阻礙作用的大小，用感抗XL表示，XL=2fL（Ｌ為線圈的的自感系數(shù)）。 ②電感對(duì)交變電流有阻礙作用的原因：當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，在線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化。 ③扼流圈有兩種：一種叫做低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)Ｌ很大，作用是“通直流，阻交流”；另一種叫高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)Ｌ很小，作用是“通低頻，阻高頻”。 ⑵電容器對(duì)交變電流的作用 ①交變電流能夠通過電容器，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中有了電流，表現(xiàn)為交流電通過了電容器，實(shí)際上自由電荷并沒有通過電容器兩極

11、板間的絕緣電介質(zhì)。 ②電容對(duì)交變電流阻礙作用的大小，用容抗X表示，. ③電容器在電路中表現(xiàn)為“通交流，隔直流；通高頻，阻低頻”。 二、方法講解 1.交流電圖象問題的分析方法 ①分析物理圖象的要點(diǎn)： 一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”、看“截距”、看“面積”、看“拐點(diǎn)”，并理解其物理意義。 二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系。 三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷。 ①交變電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律不再是簡(jiǎn)單的正比例（線性）關(guān)系，故需借助圖象法來分析研究，這比單純地用代數(shù)方法顯得更為直觀、簡(jiǎn)捷。 ②物理圖象可將抽象的變化規(guī)律形象地表述

12、出來，用它反映某些物理量的變化過程，既可以使該變化的整體特征一目了然，又可將過程按需要分段進(jìn)行研究，還可以將變化過程中的暫態(tài)“定格”，從而對(duì)變化過程中的某一瞬態(tài)進(jìn)行深入研究。 ③對(duì)于正弦交變電流的變化規(guī)律，不應(yīng)只從其隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化這一點(diǎn)去認(rèn)識(shí)，還應(yīng)看到交流的電動(dòng)勢(shì)隨線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中空間位置的變化而變化，隨線圈的磁通量變化而變化。 例1:如圖為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ＝０.5T,線圈匝數(shù)N=50匝,每匝線圈面積為0.48m,轉(zhuǎn)速為150r/min。在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過90°開始計(jì)時(shí)。 ⑴寫出交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。 ⑵畫出e-t圖線。 分

13、析:從線圈平面經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角度ωt，于是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Emsinωt,其中Em=2NBLυ=NBSω。根據(jù)交流電的方向圖畫線時(shí)，最大值是正弦圖線的峰值，由縱軸上的刻度值標(biāo)出。交流電的角頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng)，ω=2π/T。而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出。 解：由題意知： N=50，B=0.5T， ω==5π（rad/s）, S=0.48㎡,e=Emsinωt, Em=NBSω=50×0.5×0.48×5π=188(V); 所以⑴e=188sin5πt(V); ⑵T=2π/ω=0.4s. e-t圖線如圖所示。 點(diǎn)評(píng):感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大 值為E

14、m=NBSω,即Em僅為N、 B、S、ω四個(gè)量決定，與軸的具體位置和線圈的形狀均無關(guān)，應(yīng)注意： ⑴在寫出的e-t表達(dá)式中容易出現(xiàn)表達(dá)式e= Emsinωt和e= Emcosωt相混淆的情況。排除障礙的方法是：判斷此時(shí)瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)是最大值還是零，由于從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過90°開始計(jì)時(shí)，導(dǎo)線ab、cd不切割磁感線，因此此時(shí)e=o,可得出e= Emsinωt的結(jié)論。 ⑵誤將轉(zhuǎn)速n看做角速度ω，或未將n中的單位化成r/s,排除失誤的方法是：深入理解ω=2πn的意義，并注意將單位統(tǒng)一到國(guó)際單位制。 ⑶在e-t圖線的坐標(biāo)箭頭處漏掉單位。平時(shí)作物理圖象時(shí)應(yīng)克服粗心大意的習(xí)慣。 2.交變電流與力學(xué)綜合問

15、題的分析方法 在解決交變電流知識(shí)和力學(xué)知識(shí)結(jié)合的問題中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ①交變電流的大小和方向、交變電壓的大小和正負(fù)，都隨時(shí)間周期性變化，這就引起磁場(chǎng)、電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向周期性變化。因此，在研究帶電體在場(chǎng)中受力時(shí)，一定要細(xì)致地進(jìn)行動(dòng)態(tài)受力分析。 ②粒子在交變電場(chǎng)中，常見的運(yùn)動(dòng)情況有三種： (1)帶電粒子做定向運(yùn)動(dòng)； (2)帶電粒子以某位置為中心作往復(fù)運(yùn)動(dòng)； (3)帶電粒子作偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。解題開始首先要將初始條件把握住，然后按運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，對(duì)交變電壓的正、負(fù)，對(duì)帶電粒子的受力和運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)分（或）作過細(xì)的物理過程分析，從而可知帶電粒子運(yùn)動(dòng)究竟屬于哪種情景，必要時(shí)可畫出粒子的速度圖象來幫助判斷

16、。 ③分析時(shí)應(yīng)注意由于交變電流的周期性變化而引起的分析結(jié)果可能出現(xiàn)多解。 例2:真空中速度為υ=6.4×107m/s的電子束連續(xù)地射入兩平行極板之間如圖所示,極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)=8×10m,間距為d=5×10m,兩極板不帶電時(shí),電子束將沿兩極板之間的中線通過,在兩極上加-50Hz的交變電壓u=U0·sinωt。如果所加電壓的最大值U0超過某一值U0，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時(shí)能通過兩極板；有時(shí)間斷，不能通過。 ⑴求U0的大小， ⑵求U0為何值時(shí)才能使通過的時(shí)間（Δt）通間斷的時(shí)間（Δt）斷比為（Δt）：（Δt）斷=2：1。（電子質(zhì)量m=0.91×10kg,電子電量e=1.60×10C）

17、 分析：首先注意到電子通過兩極板間的時(shí)間t==S=1.25×10S,交變電壓的周期T=2π/ω=1/f=2×10s,即t《T0在電子通過兩極板間的時(shí)間內(nèi),交變電壓的數(shù)值變化極小,可以認(rèn)為在這極短時(shí)間內(nèi)電壓不變,電子所受的電場(chǎng)力可以認(rèn)為是恒力。 解：⑴電子射入兩極板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)后，沿υ方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，沿垂直υ的方向在恒定電場(chǎng)力作用下做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，若兩極板間電壓為U，則場(chǎng)強(qiáng)E=,電場(chǎng)力F=，加速度a= =,電子在方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)方程為 解得y=. 如果y＜d/2,則電子可以通過兩極板；如果y＞d/2，則電子將打到其中一個(gè)極板上，而不能通過兩極板；如果y=d/2，則所對(duì)

18、應(yīng)的電壓就是所要求的U0的值。所以.. 故. ⑵當(dāng)兩極板間電壓U＞Uc時(shí),電子不能通過兩極板；U＜Uc時(shí)，電子能通過兩極板，交變電壓的正半周和負(fù)半周是對(duì)稱的，我們只要分析正半周即可。 題意要求（Δt）通：（Δt）斷=2：1，為此，把正半周的時(shí)間T/2分成三等份：T/6，T/3和T/2，如圖所示，在0～T/6和T/3～T/2的兩段T/6時(shí)間內(nèi)，電壓U＜Uc，電子能通過兩極板。在T/6～T/3的一段T/6時(shí)間內(nèi)，電壓U＞Uc，電子不能通過兩極板，這就滿足了（Δt）通：（Δt）斷=2：1的要求。 所以, 即. 所以. 點(diǎn)評(píng):題中給出是某種現(xiàn)象,解題時(shí)首先要把產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因分析清楚,知

19、道了為什么產(chǎn)生該現(xiàn)象,求解就容易了.各種物理現(xiàn)象都是在一定條件下發(fā)生的,如本題中電子能否穿越極板,決定于電壓高低這一條件,會(huì)不會(huì)獨(dú)立地分析題中所包含的條件,并能把它用數(shù)學(xué)式表達(dá)出來,這是區(qū)分能力高低的一個(gè)重要標(biāo)志,分析和表達(dá)出題中所包含的條件,如本題中,注意到電子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)距離與電壓成正比,從而得到.=，這也是解題的關(guān)鍵。 能不能把不熟悉的情景轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型，如本題中把單個(gè)電子穿越加有交變電壓的極板，轉(zhuǎn)化為加有恒定電壓的情景，這需要有功力，有眼力，有賴于平時(shí)的努力。如果平時(shí)分析問題不細(xì)心，是怎么也不會(huì)想到要分析題中所給數(shù)據(jù)，把電子穿越的時(shí)間同電場(chǎng)變化周期作比較，而沒有這種比較，就談不

20、上轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型。 三、考點(diǎn)應(yīng)用 例3:一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì),則以下說法正確的是（ ）。 A.該交流電的周期是0.02s B.該交流電的頻率是100 C.時(shí),e有最大值 D.時(shí),線圈平面跟中性面垂直 解析:由電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式得 ω=100πrad/s,則周期=0.02s,頻率f=50Hz,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。當(dāng)時(shí)，e=Em=380V,故選項(xiàng)C正確，當(dāng)時(shí)，e=0,故選項(xiàng)D不正確。 點(diǎn)評(píng):如果是從線圈轉(zhuǎn)到中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，那么正弦交流電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式一般形式是 .要注意其物理量間的相互關(guān)系。 例4:如圖所示是一交流電

21、壓隨時(shí)間變化的圖象，此交流電壓的有效值等于 V. 解析:圖中給出的是一方波交流電,周期為T=0.3s,前T/3時(shí)間內(nèi)U1=100V,后2/3時(shí)間內(nèi)U2=-50V.設(shè)該交流電壓的有效值為U,根據(jù)有效值的定義,有: . 代入已知數(shù)據(jù),解得. 點(diǎn)評(píng):公式,只適用于正弦交流電,對(duì)于非正弦交流電的有效值,必須根據(jù)有效值的定義求解. 例5:如圖所示, 矩形線框匝數(shù)n=250匝, ab=120㎝,bd=10㎝,線框置于B=(2/π)T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,繞垂直于磁場(chǎng)的軸以120r/min的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線框通過滑環(huán)與外電路連接.外電路接有R=12的電阻及一只發(fā)光電壓和熄滅電壓都為12V的氖泡L

22、,求：⑴當(dāng)S接e時(shí)，交流電流表讀數(shù)為多少？R的熱功率為多大？10min內(nèi)外力對(duì)線框做功多少？ ⑵當(dāng)S接時(shí)，氖泡閃光頻率為多大？（線框電阻不計(jì)） 解析： ⑴當(dāng)S接e時(shí)，有 　　P=.R=()×12W=24W; , （2）當(dāng)S接 時(shí),根據(jù)正弦曲線變化規(guī)律,可知在交變電流的一個(gè)周期T內(nèi),氖泡閃光2次,每次閃光時(shí)間為.因?yàn)?,故氖泡閃光頻率為4Hz. 點(diǎn)評(píng):由于線框電阻不計(jì),電源成為理想電源,外力維持線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng),可根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律來求外力對(duì)線框所做的功. 例6:曾經(jīng)流行過一種向自行車車頭燈供電的小型交流電發(fā)電機(jī),如圖1為其結(jié)構(gòu)示意圖,圖中N、S是一 對(duì)固定

23、的磁極，abcd為固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線框，轉(zhuǎn)軸過bc邊中點(diǎn)，與ab邊平行，它的一端有一半徑=1.0㎝的摩擦小輪,小輪與自行車車輪的邊緣相接觸,如圖2所示,當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),因摩擦而帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng),從而使線框在磁極間轉(zhuǎn)動(dòng).設(shè)線框由n=800匝導(dǎo)線圈組成,每匝線圈的面積S=20㎝,磁極間的磁場(chǎng)可視作勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.010,自行車車輪的半徑=35㎝,小齒輪的半徑=4.0㎝,大齒輪的半徑=10.0㎝?，F(xiàn)從靜止開始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值U=3.2?(假定摩擦小輪與自行車車輪之間無相對(duì)滑動(dòng)) 解析:當(dāng)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),通過摩擦小輪使發(fā)電機(jī)的線框在勻強(qiáng)

24、磁場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),線框中產(chǎn)生一正弦交流電動(dòng)勢(shì). 其最大值為: Em=ω0BSN ① 式中為線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,即摩擦小輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度. 發(fā)電機(jī)兩端電壓的有效值為:② 設(shè)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為,由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對(duì)滑動(dòng),則有: = ③小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度與自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同,也為ω,設(shè)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為,則有 ④ 由①②③④式可解得： ， 代入數(shù)據(jù)得ω=3.2rad/s為所求. 點(diǎn)評(píng)：本題圖形復(fù)雜,文字冗長(zhǎng),給考生造成很大的心理壓力,不少考生難于動(dòng)筆,但細(xì)審此題,不難發(fā)現(xiàn)此題涉及兩個(gè)

25、物理模型. 模型1:齒輪傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)模型,此模型的重要特征是兩齒輪接觸處和皮帶接觸處的線速度相等,即有 . 模型 2:交流發(fā)電機(jī)模型,線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生正弦交變電流.此模型有兩個(gè)重要特征:①所產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)的最大值為 ；②產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的有效值為 . 建立起以上這兩個(gè)模型后,本題就不難解答了. 例7：如圖所示是電視機(jī)電源部分的濾波裝置,當(dāng)輸入端輸入含有直流成分、交流低頻成分的電流后，能在輸出端得到較穩(wěn)定的直流電，試分析其工作原理及各電容和電感的作用。 解析：當(dāng)含有多種成分的電流輸入到C1兩端，由于C1的“通交流、隔直流”的功能，電流中的交流成分被衰減

26、，而線圈有‘通直流、阻交流“功能，直流成分電流順利通過L.一小部分交流通過L,到達(dá)C2兩端時(shí),C2進(jìn)一步濾除電流中殘余的交流成分,這樣就在輸出端得到較穩(wěn)定的直流電,這個(gè)直流電供電視機(jī)內(nèi)芯正常工作. 點(diǎn)評(píng)：本題聯(lián)系電視機(jī)中的實(shí)際電路.應(yīng)分別考慮L、C的作用：L對(duì)直流起“短路”作用，對(duì)交流起阻礙作用；C對(duì)直流“斷路”，對(duì)交流有旁路分流作用。本題C1、C2兩次對(duì)交流分流，濾波效果更好。 四、課后練習(xí) 1、（全國(guó)Ⅰ.黑蒙桂理 綜,20）(6分)處在勻強(qiáng)磁場(chǎng) 中的矩形線圈abcd,以恒定 的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab垂直.在t=0時(shí)刻,線圈平面與紙面重合(如圖)

27、,線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動(dòng).若規(guī)定a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正,則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線是( ) 2.(北京理綜,18)6分.正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照?qǐng)D甲所示的方式連接,R=10Ω,交流電壓表的示數(shù)是10V.圖乙是交變電源輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象.則 A.通過R的電流iR隨時(shí)間 t變化的規(guī)律是 B.通過R的電流iR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是 C.R兩端的電壓uR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是 D.R兩端的電壓uR隨時(shí)間t變化的規(guī)律是 3.(黃岡)下圖甲為電熱毯的電路圖,電熱絲接在u=311sin314tV的電源上,電熱毯被

28、加熱到一定溫度 后,通過裝置P使輸入電壓變?yōu)閳D乙所示波形,從而進(jìn)入保溫狀態(tài),若電熱絲的電阻保持不變,此時(shí)交流電壓表的讀數(shù)是( ) A.110V B.156V C.220V D.211V 4.(05北京春季,21)6分.一個(gè)邊長(zhǎng)為6cm的正方形金屬線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框平面與磁場(chǎng)垂直,電阻為0.36Ω磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示,則線框中感應(yīng)電流有效值為( ) A. B. C. D. 5.(四川)如圖所示,一個(gè)匝數(shù)為10的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),周期為T.若把萬用電表的選擇開關(guān)撥到交流電

29、壓擋,測(cè)得a、b兩點(diǎn)間的電壓為20V,則可知:從中性面開始計(jì)時(shí),當(dāng)t=T/8時(shí),穿過線圈的磁通量的變化率約為( ) A.1.41Wb/s B.2.0Wb/s C.14.1Wb/s D.20.0Wb/s 6.在右圖所示電路中, 電阻 R、電感線圈L、電容器C并聯(lián) 接在某一交流電源上,三個(gè)相 同的交流電流表的示數(shù)相同.若保持電源的電壓不變,而將其頻率增大,而三個(gè)電流表的示數(shù)I1、I2、I3的大小關(guān)系是( ) A.I1=I2=I3 B.I1＞I2＞I3 C.I2＞I1＞I3　　D.I3＞I1＞I2 7.下面的電路圖是電子技術(shù)中的常用電

30、路.a、b是電路的輸入端,其中輸入的高頻電流用“ ”表示,低頻電流用“ ”表示,直流電流用“－”表示.負(fù)載電阻R中通過的電流有以下說明( ) ①圖甲中R通過的是低頻電流 ②圖乙中R通過的是高頻電流 ③圖乙中R通過的是低頻電流 ④圖丙中R通過的是直流電流 ⑤圖丁中R通過的是高頻電流 A.①②③　　　　B.②③④ C.③④⑤　　　　D.①③④ 8.(江蘇)如圖甲所示,在周期性變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)有垂直于磁場(chǎng)的一個(gè)半徑為r=1m、電阻阻值為R=3.14Ω的金屬圓形線框,當(dāng)磁場(chǎng)按圖乙所示規(guī)律變化時(shí),線框中有感應(yīng)電流產(chǎn)生. (1)在丙圖中畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的

31、i-t圖象(以逆時(shí)針方向?yàn)檎?; (2)求出線框中感應(yīng)電流的有效值. 9.(黃岡)高頻焊接是一種常用的焊接方法,其焊接的原理如圖所示.將半徑為10cm的待焊接的圓形金屬工件放在導(dǎo)線做成的1000匝線圈中,然后在線圈中通以高頻的交變電流.線圈產(chǎn)生垂直于金屬工件所在平面的變化磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化率為焊接處的接觸電阻為工件非焊接部分電阻的99倍.工件非焊接部分每單位長(zhǎng)度上的電阻為R0=10-3Ω·m-1,焊接的縫寬非常小,求焊接過程中焊接處產(chǎn)生的熱功率.(取π2=10,不計(jì)溫度變化對(duì)電阻的影響) 第三課時(shí)　變壓器 一、考點(diǎn)理解：

32、 1.變壓器 (1)變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理來改變交流電的電壓,變壓器工作的基礎(chǔ)為互感現(xiàn)象. 理想變壓器:輸入功率和輸出功率相等.P入=P出 (2)理想變壓器的基本關(guān)系式: 變壓比:.電流關(guān)系: . 若干副線圈時(shí): ,;或 (3)各物理量的關(guān)系 ①原線圈電壓U1由提供原線圈電壓的電源決定. ②副線圈電壓U2由原線圈的電壓和匝數(shù)比決定,與副線圈接的用電器無關(guān). ③副線圈的電流由副線圈的電壓U2和副線圈接的用電器決定() ④原線圈的電流由輸入功率=輸出功率決定. a.變壓器空載時(shí),無電流、無功率輸出,所以輸入功率也為零. b.當(dāng)副線圈短路時(shí),I2無限大,I1也無限大將燒

33、壞變壓器. 2.遠(yuǎn)距離輸電 (1)關(guān)鍵:減少輸電線上電能的損失.P耗=I2R線 (2)方法:a.減小輸電導(dǎo)線的電阻,如采用電阻率小的材料;加大導(dǎo)線的橫截面積. b.提高輸電電壓,減小輸電電流. (3)交流電遠(yuǎn)距離高壓輸電電路模式如圖所示. (4)遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系: ① 功率關(guān)系:,, ②電流、電壓關(guān)系: ③輸電電流: ③ 輸電導(dǎo)線上損耗的電功率: 二、方法講解 1.變壓器習(xí)題一般解題思路 【思路1】電壓思路 變壓器原、副線圈的電壓之比為; 當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí),只要繞在同一閉合鐵芯上,任意兩線圈之間總有 【思路2】功率思路

34、 理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出,即P1=P2; 當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí),P1=P2+P3+… 【思路3】電流思路 對(duì)只有一個(gè)副繞組的變壓器有; 當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)n1I1=n2I2+n3I3+… 【思路4】原理思路 變壓器原線圈中磁能量發(fā)生變化，鐵芯中相等. 當(dāng)遇到“ 　”型變壓器時(shí)有 【思路5】(變壓器動(dòng)態(tài)問題)制約思路 (1)電壓制約: 當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定時(shí),輸出電壓U2由輸入電壓決定,即,可簡(jiǎn)述為“原制約副”. (2)電流制約: 當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比一定,且輸入電壓U1確定時(shí),原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流

35、I2決定,即,可簡(jiǎn)述為“副制約原”. (3)負(fù)載制約: ①變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定,P2=P負(fù)1+P負(fù)2+…; ②變壓器副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2確定, ; ③總功率P總=P線+P2. 動(dòng)態(tài)分析問題的思路程序可表示為: 2.應(yīng)用歐姆定律和焦耳定律解決遠(yuǎn)距離輸電問題. (1)思路.在遠(yuǎn)距離輸送電能的過程中,由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律可知,發(fā)電機(jī)的總功率應(yīng)等于線路上損失的熱功率和用戶得的功率之和(如果不考慮變壓器自身的能量損失). (2)方法.遠(yuǎn)距離輸電時(shí),利用升壓變壓器大幅度地提高輸電電壓,從而減小輸電電流,減小線路上的熱損耗功率,求解電熱功率時(shí),單就輸

36、電導(dǎo)線而言,其電感可視為零,電路對(duì)交變電流的影響主要為電阻,即為所謂的純電阻電路,電功等于電熱,W=Q=I2Rt. (3)創(chuàng)新.因?yàn)檩旊娋€電阻為定值,且輸送電能的總功率一定,則,即.因此,求解P損常用比例的方法,這樣能快捷有效,突出事物本質(zhì),減少運(yùn)算過程. 三、考點(diǎn)應(yīng)用 1.變壓器習(xí)題歸類 (一)常規(guī)類(一原一副,“□”型鐵芯) 例1:如圖所示,理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為n1:n2=4:1,原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負(fù)載電阻B的阻值相等.a、b端加一定交變電壓后,兩電阻的電功率之比PA:PB= ,兩電阻兩端電壓之比UA:UB= . 分析:此題很

37、容易將變壓器電阻A消耗的功率當(dāng)成原線圈的輸入功率,并將a、b兩端電壓當(dāng)成變壓器原線圈的電壓U1.從而得到錯(cuò)誤答案1:1,4:1. 解:實(shí)際上電阻A消耗的功率并非變壓器原線圈的輸入功率,這是因?yàn)殡娮鐰串聯(lián)在原線圈中,根據(jù)理想變壓器的變流公式.設(shè)A、B的電阻均為R,再根據(jù)電功率公式;電阻A兩端的電壓也并非原線圈的輸入電壓,電阻A、B兩端電壓之比為. 點(diǎn)評(píng):本題考生要區(qū)分公式中的U1和U2是加在原副線圈兩端的電壓,并非電阻上的電壓,在本題中A電阻上的電壓不是U1,所以計(jì)算時(shí)不能用. (二)變壓器動(dòng)態(tài)問題 例2:如圖,為一理想變壓器,K為單刀雙擲開關(guān),P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭,U1為加在原線圈

38、兩端的電壓,I1為原線圈中的電流強(qiáng)度,則: A.保持U1及P的位置不變,K由a合到b時(shí),I1將增大 B.保持U1及P的位置不變,K由b合到a時(shí),R消耗的功率減小 C.保持U1不變,K合在a處,使P上滑,I1將增大 D.保持P的位置不變,K合在a處,若U1增大,I1將增大 分析:由于對(duì)變壓器工作原理理解不深刻,辨不清原副線圈中的變量與不變量,理不明各量間“誰制約誰”的制約關(guān)系,導(dǎo)致錯(cuò)選. 解:K由a合到b時(shí),n1減小,由,可知U2增大,隨之增大,而P1=P2，又P1=I1U1,從而I1增大,A正確:K由b合到a時(shí),與上述情況相反,P2將減小,B正確:P上滑時(shí),R增大,減小,又P1=

39、P2,P1=I1U1,從而I1減小,C錯(cuò)誤,U1增大,由可知,U2增大,隨之增大,由可知I1也增大,D正確. 故選項(xiàng)A、B、D正確. 點(diǎn)評(píng):(1)此類問題大致有兩種情況:一是負(fù)載電阻不變,原、副線圈的電壓(U1、U2),電流(I1、I2)，輸入功率,輸出功率隨匝數(shù)比變化而變化的情況;另一類是匝數(shù)比不變,上述各量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況. (2)根據(jù)題意分清變量與不變量 (3)要明確變量之間的相互制約關(guān)系 在理想變壓器中,原線圈(相當(dāng)于交流電源的用電器)的端電壓U1是不變的,其值由電源決定,與原、副線圈的匝數(shù)n1、n2無關(guān);副線圈的端電壓U2由U1和匝數(shù)比(n2/n1)共同決定,與負(fù)

40、載電阻無關(guān). 在原、副線圈匝數(shù)比(n1/n2)和輸入電壓U1確定的情況下,原線圈中的輸入電流是由副線圈中的輸出電流I2決定的;I1=n2/n1I2.(當(dāng)然I2是由所接負(fù)載的多少而定的). 變壓器的輸入功率隨輸出功率而變化,但變壓器不能改變R入=R出關(guān)系,由P入=P出=I2U2=得知變壓器的功率與n1、n2、U1、R都有關(guān)系. (4)動(dòng)態(tài)分析的思路是:U1→U2→I2→I1, P2→P1 (三)多個(gè)副線圈問題 例3:一臺(tái)理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝,兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝,n3=600匝,若通過兩副線圈中的電流強(qiáng)度分別是I2=1A,I3=4A,求原線圈中的電流強(qiáng)

41、度. 分析:此題極易生搬硬套公式,得出,I1=3A的錯(cuò)解. 電流強(qiáng)度與匝數(shù)成反比,僅適用于理想變壓器只有一只副線圈的情況,本題有兩個(gè)副線圈,應(yīng)根據(jù)理想變壓器無能量損失來分析,由于理想變壓器無能量損失,所以有P1=P2+P3(P1為原線圈輸入功率,P2、P3分別為兩只副線圈的輸出功率). 解：根據(jù)電功率公式有: I1U1=I2U2+I3U3 ① 又因?yàn)? ② , ③ 把②③代入①,整理得:I1n1=I2n2+I3n3 所以 點(diǎn)評(píng):由“輸出”決定“輸入”是求解變壓器問題的重要原則和一般方法. (四)副線

42、圈的連接問題 例4:一理想變壓器的初級(jí)線圈為n1=100匝,次級(jí)線圈n2=30匝, n3=20匝，一個(gè)電阻為48.4Ω的小燈泡接在次級(jí)線圈n2與n3上,如圖所示.當(dāng)初級(jí)線圈與的交流電源連接后,變壓器的輸入功率是: A.10W B.20W C.250W D.500W 分析:此題發(fā)生錯(cuò)解的主要原因是對(duì)副線圈連接后的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算方法不明. 解:由于次級(jí)兩組副線圈的組合連接使得小燈泡回路中兩線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相反,所以小燈泡的工作電壓有效值為: 　　則 因?yàn)槔硐胱儔浩鬏斎牍β实扔谳敵龉β?故答案應(yīng)選A. 點(diǎn)評(píng):弄清兩負(fù)線圈的繞法再依據(jù)變壓器的原理法拉第電磁感應(yīng)定律求

43、解是解決此題的關(guān)鍵. (五)“　　　”型鐵芯問題 例5:如圖所示為某變壓器對(duì)稱鐵芯的示意圖.已知此時(shí)原線圈端輸入交流電壓,原線圈匝數(shù)n1=22匝,副線圈匝數(shù)n2=6匝.則副線圈cd端輸出的電壓的有效值為: A.15V B.30V C.60V D.120V 分析:此題發(fā)生錯(cuò)解的主要原因是穿過原副線圈的磁通量不同. 解:因?yàn)榇鸥芯€為閉合曲線,根據(jù)鐵芯磁通路的對(duì)稱性可知,任何時(shí)刻原線圈中磁通量的變化率都是副線圈中的2倍. 所以有: 則,所以應(yīng)選B. 點(diǎn)評(píng):此類變壓器問題要弄清穿過原線圈的磁通量的變化率與穿過副線圈磁通量的變化率不相等,再根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律

44、推導(dǎo)U1與U2的關(guān)系,實(shí)質(zhì)上是要理解變壓器的原理. 2.遠(yuǎn)距離輸電 例6:有一臺(tái)內(nèi)阻為1Ω的發(fā)電機(jī),供給一個(gè)學(xué)校照明用電,如圖所示,升壓變壓器的匝數(shù)比為1:4,降壓變壓器的匝數(shù)比為4:1,輸電線的總電阻R=4Ω,全校共22個(gè)班,每班有“220V 40W”的電燈6盞,若保證電燈全部正常發(fā)光,求: (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)減半且正常發(fā)光,發(fā)電機(jī)輸出功率是否減半? 分析:題中未加特別說明,變壓器即視為理想變壓器,由于發(fā)電機(jī)至升壓變壓器及降壓變壓器至學(xué)校距離較短,不必考慮該兩部分輸電導(dǎo)線上功率損耗,

45、發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E,一部分降在電源內(nèi)阻上,即I1r,另一部分為發(fā)電機(jī)的路端電壓U1,升壓變壓器副線圈電壓U2的一部分降在輸電線上,即I2R,其余的就是降壓變壓器原線圈電壓,而U3應(yīng)為燈的額定電壓U額,具體計(jì)算由用戶向前遞推即可. 解:(1)對(duì)降壓變壓器: W, 而V, 所以A. 對(duì)升壓變壓器: =(62×4+5280)W=5424W. (2)因?yàn)? 所以. 又 , 所以 , 故. (3) (4)電燈減小一半時(shí): . 故, 發(fā)電機(jī)輸出功率減少一半還要多,因輸電線上的電流減少一半,輸電線上電功率損失減少到原來的1/4. 點(diǎn)評(píng):①公式中的U1、U2分別

46、是線圈n1兩端電壓和線圈n2兩端電壓,而公式I1n1=I2n2中的I1和I2分別為流經(jīng)線圈n1和n2的電流. ②對(duì)理想變壓器來說,P入=P出是常用的且較簡(jiǎn)單的解題方法. ③解決多級(jí)變壓輸電時(shí),應(yīng)先畫輸電電路草圖,并在草圖上標(biāo)出各量,然后依次逐級(jí)計(jì)算. 四、課后練習(xí) 1.在某交流電路中,有一正在工作的變壓器,原、副線圈匝數(shù)分別為n1=600,n2=120,電源電壓U1=220,原線圈中串聯(lián)一個(gè)0.2A的保險(xiǎn)絲,為保證保險(xiǎn)絲不被燒毀,則: A.負(fù)載功率不能超過44W B.副線圈電流最大值不能超過1A C.副線圈電流有效值不能超過1A D.副線圈電流有效值不能超過0.2A

47、2.如圖所示,某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié).原線圈兩端電壓為一最大值不變的正弦式交變電流,在其他條件不變的情況下,為使變壓器輸入功率增大,可使: A.原線圈匝數(shù)n1增加　　B.副線圈匝數(shù)n2增加 C.負(fù)載電阻R的阻值增大 D.負(fù)載電阻R的阻值減小 3.如圖所示,理想變壓 器原、副線圈匝數(shù)n1:n2:n3 =3:2:1,副線圈Ⅱ上接有 “8V,8W”的燈泡L1、L2,副 線圈Ⅲ上接有“6V,9W”的 燈泡L3、L4,原線圈上接有電阻R1=3Ω,當(dāng)a、b兩端接交變電源后,L1、L2正常發(fā)光,則交變電源的輸出功率為: A.24W B.34W C.36W D

48、.72W 4.一臺(tái)理想變壓器如 圖所示,現(xiàn)有兩個(gè)均標(biāo)有 “6V、0.9W”和一個(gè)標(biāo)有“3V、0.9W”字樣的小燈泡,要使它們接在副線圈的同一電路中,且都能正常發(fā)光,請(qǐng)?jiān)趫D中畫出連接電路并計(jì)算原線圈中的電流強(qiáng)度. 5.如圖所示,在繞制變壓器時(shí),某人誤將兩個(gè)線圈繞在圖示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上,當(dāng)通以交流電時(shí),每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈,另一半通過中間的臂,已知線圈1、2的匝數(shù)比為N1:N2=2:1,在不接負(fù)載的情況下: A.當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí),線圈2輸出電壓為110V B.當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí),線圈2輸出電壓為55V C.當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí),

49、線圈1輸出電壓為220V D.當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí),線圈1輸出電壓為110V 6.(02粵豫大綜合,9)4分.遠(yuǎn)距離輸電線的示意圖如上:若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變,則下列敘述中正確的是( ) A.升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設(shè)備消耗的功率無關(guān) B.輸電線路中的電流只由升壓變壓器原線圈的匝數(shù)比決定 C.當(dāng)用戶用電器的總電阻減小時(shí),輸電線上損失的功率增大 D.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 7.某發(fā)電廠通過兩條輸電線向遠(yuǎn)處的用電設(shè)備供電.當(dāng)發(fā)電廠輸出的功率為P0時(shí),額定電壓為U的用電設(shè)備消耗的功率為P1.若發(fā)電廠用一臺(tái)升壓變壓器T1先把電壓升高,仍通過

50、 原來的輸電線供電,到 達(dá)用電設(shè)備所在地,再 通過一臺(tái)降壓變壓器T2 把電壓降到用電設(shè)備的額定電壓,供用電設(shè)備使用,如圖所示.這樣改動(dòng)后,當(dāng)發(fā)電廠輸出的功率仍為P0時(shí),用電設(shè)備可獲得的功率增加至P2.試求所用升壓變壓器T1的原線圈與副線圈的匝數(shù)比N1/N2以及降壓變壓器T2的原線圈與副線圈的匝數(shù)比n1/n2各為多少? 第四課時(shí)　　電磁場(chǎng)和電磁波 一、考點(diǎn)理解 （一）麥克斯書電磁場(chǎng)理論 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論包括兩個(gè)要點(diǎn): (1)變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng) ①均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生不變的電場(chǎng); ②非均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生變化的電場(chǎng); ③振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩電場(chǎng); (2)變化

51、的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng) ①均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng); ②非均勻變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng); ③振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng). (3)變化的磁場(chǎng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)的方向可以利用楞次定律來判斷. (二)電磁波 ①英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋提出的電磁場(chǎng)理論預(yù)言了電磁波的存在,德國(guó)物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在. ②電磁波是橫波,電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向都與傳播方向垂直. ③電磁波與物質(zhì)相互作用時(shí),能發(fā)生反射、吸收、折射現(xiàn)象; ④電磁波具有波的共性,能產(chǎn)生干涉、衍射等現(xiàn)象; ⑤電磁波在真空中傳播速度為光速,在介質(zhì)中波速減小.遵循波長(zhǎng)、波速、頻率的關(guān)系; ⑥電磁波向外傳播的是電磁能. 二

52、、方法講解 應(yīng)用變化的電磁場(chǎng)的解題思路 1.變化的磁場(chǎng)在周圍空間激發(fā)的電場(chǎng),其電場(chǎng)線呈渦旋狀,這種電場(chǎng)叫做渦旋電場(chǎng).渦旋電場(chǎng)與靜電場(chǎng)一樣,對(duì)電荷有力的作用,但渦旋電場(chǎng)又與靜電場(chǎng)不同,它不是靜電荷產(chǎn)生的,它的電場(chǎng)線是閉合的.在渦旋電場(chǎng)中移動(dòng)電荷時(shí),電場(chǎng)力做的功與路徑有關(guān),因此不能引用“電勢(shì)”、“電勢(shì)能”等概念. 2．用聯(lián)系的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)規(guī)律，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì). 三、考點(diǎn)應(yīng)用 例1:關(guān)于電磁波和聲波,下列說法正確的是( ). A.電磁波是電磁場(chǎng)由發(fā)生的區(qū)域向遠(yuǎn)處傳播,聲波是聲源的振動(dòng)向遠(yuǎn)處傳播 B.電磁波的傳播不需要介質(zhì),聲波的傳播需要傳播介質(zhì) C

53、.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的傳播速度變小,聲波的傳播速度變大 D.由空氣進(jìn)入水中傳播時(shí),電磁波的波長(zhǎng)變小,聲波的波長(zhǎng)變大 解析:由電磁波、聲波的概念可知選項(xiàng)A正確.因?yàn)殡姶挪梢栽谡婵罩袀鞑?而聲波傳播需要介質(zhì),故選項(xiàng)B正確.因?yàn)殡姶挪ㄔ诳諝庵械膫鞑ニ俣却笥谠谒械膫鞑ニ俣?而聲波在空氣中的傳播速度小于在水中的傳播速度,而且無論電磁波或聲波,由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)頻率不變.因此由可知,選項(xiàng)C、D都正確.答案為A、B、C、D. 點(diǎn)評(píng):機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速度由介質(zhì)決定,與機(jī)械波的頻率無關(guān);電磁波在介質(zhì)中的傳播速度不僅取決于介質(zhì),還與電磁波的頻率有關(guān),頻率越大,傳播速度越小. 電磁波

54、本身是物質(zhì),所以電磁波的傳播不像機(jī)械波需要?jiǎng)e的物質(zhì)作為介質(zhì),機(jī)械波不能在真空中傳播,而電磁波可在真空中傳播. 電磁波與機(jī)械波也有相同之處,兩者都是周期性的,都是傳播能量的過程, . 例2:如圖是一個(gè)水平放置 的玻璃圓環(huán)型小槽,槽內(nèi)光滑, 槽寬度和深度處處相同,現(xiàn)將 一直徑略小于槽寬的帶正電 小球放在槽中,讓它受絕緣棒打擊后獲得一初速υ0,與此同時(shí),有一變化的磁場(chǎng)垂直穿過玻璃環(huán)形小槽外徑所對(duì)應(yīng)的圓面積.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小跟時(shí)間成正比.其方向豎直向下.設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過程中電荷量不變,那么( ) A.小球受到的向心力大小不變 B.小球受到的向心力大小不斷增加 C.磁場(chǎng)力對(duì)小球做了

55、功 D.小球受到的磁場(chǎng)力大小與時(shí)間成正比 解析:根據(jù)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論.可知磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間線性增大時(shí),將產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電場(chǎng);根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電場(chǎng)的方向與小球初速度方向相同;因小球帶正電,故電場(chǎng)力對(duì)小球做正功,其速率隨時(shí)間增大,向心力的大小()隨之增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確. 帶電小球所受的洛倫茲力F=qBυ,因?yàn)榍蛩佴噪S時(shí)間逐漸增大,且B∝t.故選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 因洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功.故選項(xiàng)C錯(cuò)誤. 答案:B 點(diǎn)評(píng):本題將麥克斯韋電磁場(chǎng)理論與帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)相結(jié)合.解題關(guān)鍵是分析出磁感應(yīng)強(qiáng)度跟時(shí)間成正比且方向不變.據(jù)麥克斯電磁場(chǎng)理論.在小球軌道處將產(chǎn)生穩(wěn)定的渦旋電場(chǎng)

56、,電場(chǎng)對(duì)小球加速. 例3:(1)家用微波爐主要由磁控管、波導(dǎo)管、微波加熱器、爐門、直流電源、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、外殼等組成.接通電源后,220V交變電流經(jīng)一變壓器,一方面在次級(jí)(副線圈)產(chǎn)生3.4V交變電流對(duì)磁控管燈絲加熱,同時(shí)在次級(jí)(副線圈)產(chǎn)生2000V高壓經(jīng)整流加到磁控管的陰、陽兩極之間,使磁控管產(chǎn)生頻率為2450MHz的微波,微波經(jīng)爐頂?shù)牟▽?dǎo)管傳輸?shù)浇饘僦瞥傻募訜崞?爐腔),被來回反射,微波的電磁作用使食物內(nèi)分子高頻地運(yùn)動(dòng)而使食物內(nèi)外同時(shí)受熱,因而加熱速度快,效率高,并能最大限度地保存食物中的維生素.試回答:①變壓器產(chǎn)生高壓的原、副線圈的匝數(shù)比為多少?②微波輸出功率為700W的磁控管

57、每秒產(chǎn)生的光子數(shù)n為多少? (2)微波爐的心臟是磁控管,即微波發(fā)生器,磁控管的輸出功率一般為500W～700W.磁控管通過天線向波導(dǎo)管發(fā)射出帶有高頻能量的電磁波即微波,微波在波導(dǎo)管內(nèi)經(jīng)過多次反射后,再照射到爐膛內(nèi)食品上.如圖為磁控管的示意圖, 一群電子在垂直于管的某截面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),在管內(nèi)有平行于管軸線方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,在運(yùn)動(dòng)中這群電子時(shí)而接近電極1,時(shí)而接近電極2,從而使電極附近的電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生周期性變化,產(chǎn)生電磁波.由于這一群電子散布的范圍很小,可以看作集中在一點(diǎn),共有N個(gè)電子.每個(gè)電子的電量為e,質(zhì)量為m.設(shè)這群電子圓形軌道的直徑為D,電子群離電極1端點(diǎn)P的最短距離為r

58、.問:①這群電子做圓周運(yùn)動(dòng)的速率、頻率各是多少?②在電極1的端點(diǎn)P處,電場(chǎng)強(qiáng)度變化的頻率是多少?③在電極1的端點(diǎn)P處,運(yùn)動(dòng)的電子群產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值、最小值各是多少? 解析:(1)①根據(jù)題意可知變壓器產(chǎn)生高壓的原、副線圈的匝數(shù)比為:220:2000=11:100. ②由能量關(guān)系得Pt=nh. 故每秒產(chǎn)生的光子數(shù)為: 　　(2)①按照題意,這群電子看成集中在一點(diǎn),即帶有電量Ne的“點(diǎn)”電荷,在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),由洛倫茲力提供向心力.根據(jù)牛頓第二定律有:,得電子做圓周運(yùn)動(dòng)的速率:.電子做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率:. ②根據(jù)題意,電子繞圓周運(yùn)動(dòng)一周,P處的電場(chǎng)強(qiáng)度也周期性變化一次,則電場(chǎng)強(qiáng)度變化的

59、頻率等于電子做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率,即為. ③由點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式可知:在電極1的端點(diǎn)P處,運(yùn)動(dòng)的電子群產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值為,最小值為. 點(diǎn)評(píng):家用微波爐是現(xiàn)代家庭生活中一種加熱器,運(yùn)用相關(guān)物理知識(shí)探究微波爐的有關(guān)問題,是理論聯(lián)系實(shí)際的需要,同時(shí)也是高考命題的方向. 四、課后練習(xí) 1.關(guān)于電磁場(chǎng)和電磁波,下列說法正確的是( ) A.電磁波是橫波 B.電磁波的傳播需要介質(zhì) C.電磁波能產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象 D.電磁波中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向處處相互垂直 2.如圖所示, 一正離子在垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)的固定光滑軌道內(nèi)做逆時(shí)針勻速 圓周運(yùn)動(dòng),當(dāng)磁場(chǎng)均勻增強(qiáng)時(shí),離子的動(dòng)能將 ( )

60、 A.增大 B.減小 C.不變 D.可能增大,也可能不變 3.按照麥克斯韋的電磁理論,以下說法正確的是( ) A.恒定的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),恒定的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生恒定的電場(chǎng) B.變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生磁場(chǎng),變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生電場(chǎng) C.均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生均勻變化的磁場(chǎng),均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng) D.均勻變化的電場(chǎng)周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng),均勻變化的磁場(chǎng)周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的電場(chǎng) 4.下列關(guān)于電磁波的說法正確的是( ) A.只要電場(chǎng)和磁場(chǎng)發(fā)生變化,就能產(chǎn)生電磁波 B.電磁波傳播需要介質(zhì) C.停止發(fā)射電磁波,發(fā)射出去的電磁波仍能獨(dú)立存在 D.電

61、磁波具有能量,電磁波的傳播是伴隨著能量向外傳遞的 第十五章　《交流電 電磁場(chǎng)和電磁波》參考答案 第一課時(shí) 1．大小和方向都隨時(shí)間變化 正弦 2．中性面 電流的熱效 應(yīng)有效值 3.中性面 兩次 4．E=NBωsinωt 5.0.02s 50Hz 6.感抗 容抗 7.越大 越小 8.通直流,阻交流,通低頻,阻高頻 通交流,隔直流,通高頻,阻低頻 9.電磁感應(yīng) P入=P出 10.高壓輸電 11.LC 振蕩電流 12.電容 電壓 線圈磁通量、磁場(chǎng)能、振蕩電流、電量、電場(chǎng)能 13、

62、 14.電場(chǎng) 磁場(chǎng) 15.3×108m/s 第二課時(shí) 1.C 2.A 3.B 4.B 5.C 6.D 7.D 8.(1)如圖所示 (2)設(shè)電流的有效值為I,則有 9.工件中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 代入數(shù)據(jù)解得 V。工件非焊接部分的電阻 代入數(shù)據(jù)得 焊接部分的電阻為R2=99R1 工件的總電阻為R總=R1+R2=100R1 工件中電流,故I=500A 焊縫處產(chǎn)生的熱功率P=I2R2,得 P=4.95×104W 第三課時(shí) 1.AC 2.BD 3.C 4.1.0×10-2A 解：依P1= P2有 5.BD 6.C 7. 解：由題知用導(dǎo)線供電損耗功率P損=P0-P1=I2R 用變壓器時(shí)損耗功率P′損=P0-P1=I′2R ∴ P損= P0-P1=I2R= ∴ P′損= P0-P2= ∴ 第四課時(shí) 1．ACD 2.A 3.BD 4. CD