第十三章交变电流电磁场电磁波

高考调研 考 纲 导 航

内容 要求 说明 82.交流发电机及其产生正弦式电流的原理.正弦式电流的图象和三角函数表达.最大值与有效值,周期与频率只要求讨论单相理想变压器 83.电阻\\,电感和电容对交变电流的作用. 84.变压器的原理.电压比和电流比 85.电能的输送 86.电磁场.电磁波.电磁波的周期\\,频率\\,波长和波速 87.无线电波的发射和接收 88.电视.雷达

命 题 取 向

1.本章高考的热点有三个:一是交流电的规律及描述,交流电有关物理量的考查.包括交流电的产生,瞬时值表达式,e-t图线及与之对应的线圈方位关系,有效值计算等;二是单相变压器的有关问题;三是电能的输送问题.

2.本章知识和电学其他部分相联系的综合性考查,特别是带电粒子在加有交变电压的平行板电容器板间的运动问题,在加强能力考查的现代高考中,更是一个热点.

3.由电磁振荡所激起的电磁波,在高科技和现代信息传递中起着重要的作用.因此本章

Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 只要求讨论单相理想变压器 内容易与现代化技术综合;同时,因许多动物也具有发射和接收电磁信号的功能,这部分内容可与生物学科命题结合,这也是本章内容的一个综合点.

备 考 方 略

本部分内容是电磁感应知识的应用和延伸,在解决交流电的产生过程\\,变压器的原理\\,远距离高压输电的过程等问题时用到的规律都是以前已学过的知识,如:法拉第电磁感应定律\\,楞次定律\\,闭合电路的欧姆定律\\,焦耳定律等等.因此本部分知识是众多物理规律的综合运用.

1.复习交变电流知识时,要注意区分瞬时值\\,有效值\\,最大值\\,平均值.瞬时值随时间做周期性变化,表达式为e=nBSωsinωt;有效值是利用电流的热效应定义的,计算电功率\\,交流电表示数和用电器所标数值均为有效值;最大值是用Em=nBSω来计算.在正弦交流电中,最大值是有效值的2倍;平均值只能用来计算交流电在一段时间内通过导体截面的电量:q?I??t???,R为该回路的电阻. R2.对理想变压器问题应从电磁感应的本质\\,电压比\\,功率的关系,掌握输送电能过程中电能损失的计算方法和提高输电效率的方法.

3.交变电流知识和力学知识的综合应用.

(1)由于交变电流的大小和方向\\,交变电压的大小和正负都随时间周期性变化,这就引起磁场\\,电场的强弱和方向周期性变化.因此,在研究带电粒子在电磁场中受力时,一定要仔细地进行动态受力分析.

(2)分析有关问题时还应注意因交变电流的周期性变化而引起的分析结果出现多解的情况.

第一课时交变电流的产生和描述

第一关：基础关展望高考

基 础 知 识 一、交变电流 知识讲解

大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.如图（a）(b)(c)(d)所示都属于交变电流.其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电，如图（a）所示.

说明：方向不随时间变化的电流称为直流. 二、正弦式交变电流的产生及变化规律 知识讲解

(1)产生:在匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦式交变电流.

(2)规律:

①中性面特点: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.线圈经过中性面时,内部的电流方向要发生改变.

②函数形式:N匝面积为S的线圈以角速度ω转动,从中性面开始计时,则e=Emaxsinωt.用Emax表示峰值NBSω,则e=Emaxsinωt.

电流i?Emaxsin?t?Imaxsin?t. R若线圈从磁感线与线圈平面平行的位置开始计时,上面表达式变为 :e=NBSωcosωt,i=Imaxcosωt. 活学活用 1.

如图所示，有一闭合的正方形线圈，匝数N=100匝，边长为10 cm，线圈总电阻为10 Ω.线圈绕OO′轴在B=0.5 T的匀强磁场中匀速转动，每分钟转1500转.求线圈平面从图示位置转过30°时，感应电动势的值是多少？

解析：由题意，先求出角速度ω

f=1500 r/min=25 Hz,ω=2πf=50π rad/s

感应电动势的最大值为Em=NBωS=100×0.5×50π×0.01 V=78.5 V

由题图可以看出，线圈是从中性面开始计时的，产生交变电动势的瞬时值表达式应为e=Emsinωt.

所以转过30°角时的电动势为e=Emsin30°=78.5×答案：39.3 V

三、描述交变电流的物理量 知识讲解

1.瞬时值:交变电流某一时刻的值. 2.峰值:即最大的瞬时值.

3.有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流值叫做交变电流的有效值. 对正弦式交流电,其有效值和峰值间关系为:

1 V=39.3 V. 2E?Emax/2,U?Umax/2,I?Imax/2.

说明:各种交流电电器设备上所标的,交流电表所测量的,均为有效值.

(4) 周期和频率:交变电流完成一次周期性变化所用的时间叫周期;1s内完成周期性变化的次数叫频率,它们和角速度间的关系为:??2??2?f. (5) 平均值:交流电图象中波形T与t轴所围面积与时间的比值叫交流电平均值.在计算通过导体电荷量时,只能用交流电平均值.

活学活用 2.

交变电流电压表达式为u=20sin314t V,求这个交变电压的最大值Um、有效值U、周期T、频率f.画出交变电流的u-t图象.

解析：据题意，交变电流电压最大值Um=20 V，有效值U?，周期T?图象如图所示.

Um?102 V 22???2?1 s?0.02 s,频率f??50 Hz.画出交变电流的电压随时间变化314T

答案：20 V;102 V;0.02 s;50 Hz图见解析 第二关：技法关解读高考 解 题 技 法

一、关于交流电的四值问题 技法讲解

1.求交变电流的有效值

(1)重点理解交流电有效值的含义. 根据电流的热效应，即交流和直流通过同 样的电阻，在相同时间内产生的热量相 等，这一直流电流的数值为交流电流的有 效值，即可求得有效值． (2)对正弦交流电可直接利用U＝UmIm，I＝求解.对非正弦交变电流，求有 22效值一定要紧扣定义．抓住三个相同：相 同的时间内，通过相同的电阻，产生相同 的热量，利用焦耳定律列式求解． 2.如何区别应用交变电流的四值 (1)最大值

感应电动势的最大值Em＝nBSω，它 仅由线圈匝数、磁感应强度、角速度、线圈 面积决定，和轴的位置及线圈的形状无