2019-2020年高考物理二轮专题复习 交变电流 电磁场和电磁波教案

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1、2019-2020年高考物理二轮专题复习交变电流电磁场和电磁波教案O1ωO2B一、正弦交变电流1．正弦交变电流的产生当闭合线圈由中性面位置（图中O1O2位置）开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：e=Emsinωt，其中Em=nBSω。这就是正弦交变电流。通过转动轴而跟磁感线垂直的平面叫中性面。线圈通过中性面时刻的特点是：磁通量ф的瞬时值最大Φm=BS，感应电动势的瞬时值e=零，感应电流的瞬时值i=零。φ，utOΦm-UmT实际上，穿过线圈的磁通量φ随时间t变化的规律是φ=Φmcosω

2、t，其中Φm=BS，按法拉第电磁感应定律，u=Δφ/Δt=φ´，可得u=-Φmωsinωt=-BSωsinωt，若电枢为n匝线圈，则u=-nBSωsinωt。φ(t)和u(t)必然互为余函数。因此φ=Φm时u=0，φ=0时u=Um2．交变电流的有效值交变电流的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。⑴只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的倍。⑵通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额定电流；保

3、险丝的熔断电流等都指有效值。（电容器的耐压值是交流的最大值。）3．正弦交变电流的最大值、有效值、瞬时值和平均值的区别正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、瞬时值和平均值，特别要注意它们之间的区别。以电动势为例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬时值用e表示，平均值用表示。它们的关系为：，e=Emsinωt。平均值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：。特别要注意，有效值和平均值是不同的两个物理量，千万不可混淆。生活中用的市电电压为220V，其最大值为Um=220V=311V，频率为50HZ，所以其电压瞬

4、时值的表达式为u=311sin314tV。例1．交流发电机的转子由B∥S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30º时刻，交流电压的瞬时值为____V。i/A3Ot/s-60.20.30.50.6解：电压表的示数是交流电压的有效值U，由此最大值为Um=U=20V。而转过30º时刻的瞬时值为u=Umcos30º=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：该交流周期为T=0.3s，每个周期的前t1=0.2s为恒定电流I1=3A，后t2=0.1s为恒定电流I2

5、=-6A，因此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：I2RT=I12Rt1+I22Rt2带入数据计算得：I=3A例3．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ω，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90º到达虚线位置过程中，求：⑴通过R的电荷量q为多少？⑵R上产生焦耳热QR为多少？⑶外力做的功W为多少？解：⑴按照电流的定义I=q/t，计算q应该用平均值：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

6、瞬时值。⑵求焦耳热应该用有效值，先求总焦耳热Q，再按照内外电阻之比求R上产生的焦耳热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。⑶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，即放出焦耳热。因此W=Q。要善于用能量转化和守恒定律来分析功和能。4．理想变压器忽略原、副线圈的内阻和各种电磁能量损失的变压器，称为理想变压器。理想变压器的两个基本公式是：⑴，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。⑵P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所

7、有输出功率之和。需要特别引起注意的是：⑴只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：⑵变压器的输入功率由输出功率决定，计算输入功率和输出功率都用。⑶区分负载和负载电阻值。以上功率表达式中的R表示负载电阻的阻值，而不是“负载”。“负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率。在同一电压下，R越大，负载越小；R越小，负载越大。这一点在审题时要特别注意。n3Rn2L220Vn1例4．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。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测

8、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：由于两个次级线圈都在工作，所以不能用I∝1/n，而应该用P1=P2+P3和U∝n。由U∝n可求得U2=36V，U3=1000V；由U1I1=U2I2+U3I3和I2=1A可得I3=0.03A。零线火线零线火线零线火线零线火