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1、交变电流 交变电流 电磁场和电磁波【知识网络】 产生：线圈在运长磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动峰值 Em=nBS瞬时值表达式：e=Esint 变化规律律 有效值：E= E=Em/ 理想变压器 生 生 生生 交流电应用：电视、雷达 第一节 交变电流的产生和规律 【考点透视】一、考纲指要1 交流发电机及其产生正弦电流的原理。（） 2 正弦交流电的图像和三角函数表达。（） 3 最大值与有效值，周期与频率。（）4 电容、电感、电阻对交变电流的影响。（） 二、命题落点1理解交流电的产生。如例1。2交流电的图像，最大值、有效值综合应用。如例2。3交流电平均值、有效值的区别。如例3【典例精析】例1：交流

2、发电机的转子由BS的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30时交流电压的瞬时值为V。解析：电压表的示数为交流电压的有效值，由此可知最大值为Um=U=20V。而转过30时刻的瞬时值为u=Umcos30=17.3V。例2：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I。解析：该交流周期为T=0.3s，前t1=0.2s为恒定电流I1=3A，后t2=0.1s为恒定电流I2= -6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I，根据定义有：I 2RT=I12Rt1+ I22Rt2 带入数据计算得：I=3A 例3：交流发电机转子有n匝线

3、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。当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求：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？解析：按照电流的定义I=q/t，计算电荷量q应该用电流的平均值：即，这里电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值。求电热应该用有效值，先求总电热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR。，。这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出电热。因此W

4、=Q。一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能。【常见误区】1对交流电的产生理解不透，中性面的特点记不清，错误认为磁通量最大，变化率也最大，电动势也最大。2交流电的有效值、瞬时值、最大值、平均值，模糊不清，以至于在平时做题中经常出错。明确有效值是利用交流电的热效应定义的，倍的关系只使用于正弦交流电，其他类型的交流电，应按照定义推导。平均值用于解决在一段时间内通过某导体横截面的电量。电路中，电器元件（电容器）的击穿电压维交流电的最大值，但保险丝的熔断电流为有效值。【基础演练】1如图1312所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕OO轴匀速旋转，产生感应电动势最小的位置是 （ ）. A.线圈平面与磁

5、力线平行 B.线圈平面与磁力线成45角 C.线圈平面与磁力线成60角 D.线圈平面与磁力线垂直 2一个电热器接在10V的直流电源上，具有一定的热功率.把它改接在交流电源上要使其热功率为原来的一半，则交流电源电压的最大值应为 （ ） A.7.07V B.6V C.14V D.10V 3（05年理综2）处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角 速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻，线圈平面与纸面重合（如图1313），线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是（ ） 4（05年北京）正弦交流电源与电阻

6、R、交流电压按照甲图所示的方式连接，R=10，交流电压表的示数是10V，乙图是交变电源输出电压u随时间变化的图像，则：甲图A通过R 的电流i随时间t变化的规律是iCOS100t（A）B通过R 的电流i随时间t变化的规律是i=COS50t（A）CR两端的电压uR随时间t的变化规律是uR=5 COS100t（v）DR两端的电压uR随时间t的变化规律是uR=5COS50t（v）5（05天津）将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它的磁感应强度为B、方向如图1316所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为p的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡

7、外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为： （ ）6.（ 03全国理综）曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，因I为其结构图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中ab边平行，它的一端有一半径r0=1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘接触，如图1318所示。当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动线框由N=800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S=20cm2，磁极间磁场可视匀磁场，磁感强度B=0.010T，自行车车轮的半径R1=35cm，小齿轮的半径R2=4.0cm齿轮的半径R3=10.0cm（见图2）。现从静止开始大齿轮加速转

8、动，问大齿轮1度为多大才能使发电机输出电压的有效值U=3.2V。（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动）第二节 变压器 电能的输送【考点透视】一、考纲指要1变压器的原理，电压比和电流比。（）2电能的输送。（）二、命题落点1.变压器的电压比和电流比。例12.变压器原理的应用，互感器。 例23.发电机输出功率，电动势的求解。例34.远距离输电中不改变线路，对提高输电电压，提高输电效率的计算。如：例4.【典例精析】图1321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=8000匝，电源电压为U1=220V。如图1321所示，n2上连接的灯泡的实际功率为3

9、6W，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。解析：由于两个次级线圈都在工作，所以不能用I1/n，而应该用P1=P2+P3和Un。由Un可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A。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。如图1322所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是 （ ）解析：电流互感器要把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少，副线圈的匝数多。监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中。答案：A。例3. 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14，

10、降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻为R=4，如图1323所示。全校22个教室，每个教室用“220V，40W”的灯6盏，要求所有灯都正常发光，求：发电机的输出功率多大？发电机的电动势多大？输电线上损耗的电功率多大？解析：所有灯都正常工作的总功率为22640=5280W，用电器总电流为A，输电线上的电流A，降压变压器上：U2=4U2/=880V，输电线上的电压损失为：Ur=IRR=24V ，因此升压变压器的输出电压为U1/=UR+U2=904V，输入电压为U1=U1/4=226V，输入电流为I1=4I1/=24A，所以发电机输出功率为P出=U1I1=5424W发电机的电动势E=U1+I1r=

11、250V输电线上损耗的电功率PR=IR2R=144W例4. 在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：这时的输电效率和输电线的总电阻r。若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？解析：如图1324所示。由于输送功率为P=500kW，一昼夜输送电能E=Pt=12000度，终点得到的电能E=7200度，因此效率=60%。输电线上的电流可由I=P/U计算，为I=100A，而输电线损耗功率可由Pr=I 2r计算，

12、其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得r=20。 输电线上损耗功率，原来Pr=200kW，现在要求Pr=10kW ，计算可得输电电压应调节为U=22.4kV。点评：求解此类问题的一般思路是，画出远距离输电的示意图，包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。【常见误区】1对远距离输电中各物理量的关系，不能准确认识。2变压器负载变化时，电流和电压的变化高不清。当变压器原副线圈匝数比（）确定以后，其输出电压U2是由输入电压U1决定的（即U2=U1）但若副线圈上没有负载，副线圈电流为零输出功率为零 ， 则输入 功率为零，原线圈电流也为零，只有副线

13、圈接入一定负载，有了一定的电流，即有了一定的输出功率，原线圈上才有了相应的电流（I1=I2），同时有了相等的输入功率，（P入=P出）所以说：变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。【基础演练】1如图1325所示，变压器输入交变电压U一定，两个副线圈的匝数为n2和n3，当把一电阻先后接在a，b间和c，d 间时，安培表的示数分别为I和I，则II为 （ ）A .n22n32 B . C . n2n3 D . n32n222有一个理想变压器，原线圈1200匝，副线圈400匝，现在副线圈上接一个变阻器R，如图1326所示，则下列说法中正确的是 （ ） A .安培表A1与A

14、2的示数之比为31 B .伏特表V1与 V2的示数之比为31C .当变阻器滑动头向下移动时，原线圈的输入功率将增加D .原、副线圈的功率之比为313 .如图1327理想变压器原副线圈匝数比为41，图中五只电灯完全相同，若B、C、D、E都能正常发光，则A灯 （ ）A .一定能正常发光 B .比正常发光暗 C .比正常发光亮 D .一定被烧坏4 .在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原副线圈匝数分别 为n1=600，n2=120，电源电压U1=220V，原线圈中串联一个0.2A的保险丝，为了保证保险丝不被烧坏，则 （ ）A .负载功率不超过44w B .副线圈电流最大值不能超过1AC . 副线圈

15、电流有效值不能超过1A D .副线圈电流有效值不能超过0.2A5 .如图16-2-8所示，一理想变压器的原副线圈分别由双线圈 ab和cd（匝数都为n1）、ef和gh（匝数都为n2）组成， 用I1和U1表示输入电流和电压，I2和U2表示输出电流 和电压。在下列四种连接法中，符合关系U1/U2=n1/n2 ， I1/I2=n2/n1的有） （ ）A .a与c相连， b与d相连作为输入端； e与g相连、f与h相连作为输出端B a与c相连， b与d相连作为输入端； f与g相连、以e、h为输出端C b与c相连， 以a与d为输入端； f与g相连，以e、h为输出端D . b与c相连，以 a、d为输入端； e

16、与g相连、f与h相连作为输出端6理想变压器，给负载供电，用下列哪些方法可增加变压器的输出功率 （ ） A.减少副线圈的匝数 B.增加原线圈的匝数 C.减少负载电阻的值 D.增加负载电阻R的值 7有一理想变压器在其原线圈上串一熔断电流为I0=1A的 保险丝后接到220V交流电源上，副线圈接一可变电阻R作为负载，如图13-2-9所示，已知原、副线圈的匝数比n1：n2=5：1，为了不使保险丝熔断，可变电阻的取值范围如何？8一台理想变压器原、副线圈匝数比为10：1，原线圈接U=100sin100tV的交变电压，副线圈两端用导线接规格为“6V，12W”的小灯，已知导线总电阻r=0.5，试求：副线圈应接几

17、盏小灯？这些小灯又如何连接才能使这些小灯都正常发光？第三节 电磁场和电磁波【考点透视】一、考纲指要1.电磁场，电磁波，电磁波的周期、频率、波长和波速。（）2无线电波的发射和接受 （） 3电视，雷达 （）二、命题落点1理解和应用麦克斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。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。如例1。2电磁波的传播不需要靠别的物质作介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为c=3.0108m/s的应用。 如例2。3麦克斯韦理论与电磁感应的综合应用。如例3。【典例精析】例1.按照麦克斯韦理论，以下说法正确的是 （ ）A.恒定电场周围产生

18、恒定磁场B.变化电场周围产生磁场C.变化磁场周围产生电场D.振荡电场周围产生同频率变化的振荡磁场解析：麦克斯韦理论的两大支柱：变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场.均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，均匀变化的磁场周围产生恒定的电场；周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场。答案： BCD例2 某防空雷达发射的电磁波频率为f=3103MHZ，屏幕上尖形波显示，从发射到接受经历时间t=0.4ms，那么被监视的目标到雷达的距离为_km。该雷达发出的电磁波的波长为_m。解析：由s= ct=1.2105m=120km。这是电磁波往返的路程，所以目标到雷达的距离

19、为60km。由c= f可得= 0.1m答案：120；0.1例3：如图所示，半径为 r 且水平放置的光滑绝缘的环形管道内，有一个电荷量为 e，质量为 m 的电子。此装置放在匀强磁场中，其磁感应强度随时间变化的关系式为 B=B0+kt（k0）。根据麦克斯韦电磁场理论，均匀变化的磁场将产生稳定的电场，该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作用力，使其得到加速。设t=0时刻电子的初速度大小为v0，方向顺时针，从此开始，运动一周时的磁感应强度为B1，则此时电子的速度大小为 A. B. C. D. 解析：感应电动势为E=kr2，电场方向逆时针，电场力对电子做正功。在转动一圈过程中对电子用动能定理：kr2e=

20、，B正确；由牛顿第二定律，A也正确。 答案：AB。【基础演练】1下列关于电磁波的叙述中，正确的是 （ ）A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.00108m/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D.电磁波不能产生干涉，衍射现象2一个带正电离子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动（如图13-3-8所示），当磁场的磁感强度均匀增大时，此离子的（提示：变化磁场在周围产生电场，电场力对电荷做功）（ ）A.动能不变 B.动能增大C.动能减小 D.动能为零 综合能力测试（十三）一、选择题（本题包括10小题。每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的

21、有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）1.一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图1所示，下列说法中正确的是（ ）A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D.每当e转换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大2如图2所示，单匝矩形线圈的一半放在理想边界的匀强磁场中，线圈轴OO/与磁场的边界重合，线圈按图示方向（俯视逆时针）匀速转动，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abcd为正方向，则线圈中感应电流随时间变化

22、的图象在下图中是3关于电磁场理论，下列说法正确的是 （ ）A.变化的电场周围产生的磁场一定是变化的B.振荡电场周围产生的磁场也是振荡的C.均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的D.变化的磁场周围产生的电场一定是变化的4雷达是利用无线电波的回波来探测目标方向和距离的一种装置，雷达的天线犹如喊话筒，能使电脉冲的能量集中向某一方向发射；接收机的作用则与人耳相仿，用以接收雷达发射机所发出电脉冲的回波。测速雷达主要是利用多普勒效应原理，可由回波的频率改变数值，计算出目标与雷达的相对速度。以下说法不正确的是（）A.雷达发射的是不连续的电磁波B.雷达用的是微波波段的无线电波C.目标离雷达天线而去时，反射

23、信号频率将高于发射信号频率D.目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率5如图3所示，在匀强磁场中水平放置一平行金属导轨（电阻不计），且与大螺线管M相接，磁场方向竖直向下，在M螺线管内同轴放置一小螺线管N，N中通有正弦交流电，t=0时刻电流为零，则M中的感应电流的大小与跨接放于平行导轨上的导体棒ab的运动情况为 （ ）A.时刻M中电流最大B.时刻M中电流最大C.导体棒ab将在导轨上来回运动D.导体棒ab将一直向右方（或左方）做直线运动6关于交流电的有效值和最大值，下列说法正确的是 （ ）A任何形式的交变电流的有效值和最大值都有关系U = Um/B只有正弦式电流才有U = Um/的关系

24、C照明电压220V 、动力电压380V，指的都是交变电流的有效值D交流电压表和电流表测量的都是交变电流的有效值7如图4所示，理想变压器的输入端接正弦交流电，副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2；输电线的等效电阻为R，开始时，电键K断开。当K接通时，以下说法中正确的是 （ ）A副线圈的两端M、N的输出电压减小B副线圈输电线等效电阻R上的电压增大C通过灯泡L1的电流减小D原线圈中的电流增大8.在交流电电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图5所示电路的a、b两点间逐次将图中的电路元件甲、乙、丙单独接入，当使交流电频率增加时，可以观察到下列论述的哪种情况（ ）A.A1读数不

25、变，A2增大，A3减小B.A1读数减小，A2不变，A3增大C.A1读数增大，A2不变，A3减小D. A1，A2 ，A3读数均不变9过量接收电磁辐射有害人体健康。按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量）不得超过某一临界值W。若某无线电通讯装置的电磁辐射功率为P，则符合规定的安全区域到该通讯装置的距离至少为 （ ）A B C D 10.如图6所示为“热得快”热水器电路图和简易图。现接通电源，发现该热水器没有发热，并且热水器上的指示灯也不亮，现用交流电压表测得热水器A、B两端的电压为220V，指示灯两端电压为220V。该热水器的问题在于 （ ）A.连接热水

26、器和电源之间的导线断开B.连接电阻丝与指示灯的导线发生了短路C.电阻丝熔断，同时指示灯烧毁D.同时发生了以上各种情况二、非选择题（本题包括6题）11（12分）为了测定和描绘一只标有“220 V、40 W”的白炽灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电。调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈，绕在闭合的环形铁芯上，输入端接在220 V交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动触头P，移动它的位置，就可以使输出电压在0250 V之间连续变化，图7甲中画出的是调压变压器的电路图符号。实验室备有交流电压表（量程300 V、内阻20 k），交流电流表（量程0.6 A、内阻20），滑动变阻器，开关，

27、导线等实验必备器材。在图7甲中完成实验电路图（要求在额定电压下测得的数据误差尽量小）；如果根据测量结果作出的该灯泡的伏安特性曲线如图7乙所示，根据图线确定：把2只完全相同的“220 V、40 W”白炽灯串联接在220 V交流电源的火线与零线间时，2只灯泡所消耗的总功率是_W。12（6分）2003年10月16日我国成功发射了“神州五号”载人飞船，这标志着我国的航天航空事业居于世界前列。（1）如图8所示，A为“神州五号”的火箭发射 场，B为山区，C为城市，发射场正在进行发射，若该火箭起飞时质量为2.02105kg，起飞推力2.75106N，火箭发射塔高100m，则该火箭起飞的加速度大小为 ，在火箭

28、推力不变的情况下，若不考虑空气阻力和火箭质量的变化，火箭起飞后经 s飞离发射塔。（2）为了转播发射实况，我国科技工作者在发射场建立了发射台用于发射广播与电视信号。已知传输无线电广播所用的电磁波波长为550m，而传输电视信号所用的电磁波波长为0.556m，为了不让山区挡住信号的传播，使城市居民能听到和收看实况，必须通过在山顶的转发站来转发 （填无线电广播信号或电视信号），这是因为 。13（12分）一矩形线圈，面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为2，外接电阻为R=8，线圈在磁感应强度为T的匀强磁场中以300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图9所示，若从中性面开始计时，求：（1）

29、线圈中感应电动势的瞬时值表达式。（2）线圈从开始计时经1/30s时，线圈中电流的瞬时值。（3）外电路电阻R两端电压的瞬时值表达式。14（12分）边长为a的N匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈的电阻为R。（1）求线圈从中性面开始转过90角的过程中产生的热量。（2）求线圈从中性面开始转过90角的过程中，通过导线截面的电量。15（18分）如图10（甲）所示，边长为l和L的矩形线框、互相垂直，彼此绝缘，可绕中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到滑环C，末端并在一起接到滑环D，C、D彼此绝缘.通过电刷跟C、D连接.线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场

30、中，磁场边缘中心的张角为45，如图10（乙）所示（图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图箭头所示）。不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是沿着线框平面.磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设线框和的电阻都是r，两个线框以角速度逆时针匀速转动，电阻R=2r.（1）求线框转到图（乙）位置时感应电动势的大小；（2）求转动过程中电阻R上的电压最大值；（3）从线框进入磁场开始时，作出0T（T是线框转动周期）时间内通过R的电流iR随时间变化的图象。参考答案基础演练第一节1D 2.D 3C . 4.A . 5.B 6. 解析：当自行车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生正弦交流电动势，具最大值 式中为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度。发电机两端电压的有效值 设自行车车转动