高三物理考纲要求与例题分析：12交变电流电磁波考纲要求与课件.ppt

交变电流交变电流 电磁波电磁波 考纲要求与例题考纲要求与例题 •高中物理知识块系列复习知识要求•ⅠⅠ类类￿￿￿￿电阻、阻、电感和感和电容容对交交变电流的作用流的作用￿￿￿￿￿￿￿￿感抗和容抗感抗和容抗•￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿变压器器的的原原理理，，电压比比和和电流流比比，，电能能的的输送送•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿电磁磁场，，电磁波，磁波，电磁波的波速磁波的波速•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿无无线电波的波的发射和接收射和接收电视，雷达•ⅡⅡ类类￿￿￿￿交流交流发电机及其机及其产生正弦交流生正弦交流电的原理，的原理，• 正弦交流正弦交流电的的图象和三角函数表达式象和三角函数表达式• 最大最大值与有效与有效值，周期与，周期与频率￿ ￿技能要求•一、一、交流交流电路中路中电功的功的计算和算和电量的量的计算算•二、二、认识身身边的的电磁波磁波•三、水三、水电站的能量站的能量转化和能量化和能量输送送￿例题一•如如图所示，矩形所示，矩形线圈共圈共100100匝，匝，ad＝＝0.40.4m，在磁感，在磁感应强度度为0.5T0.5T的匀的匀强磁磁场中中绕垂直磁垂直磁场的的OOOO’’轴以每秒以每秒5050转的速度的速度转动。

•（（1 1））线圈在什么位置圈在什么位置时感感应电动势最大，最大，为多少？多少？•（（2 2）以）以图示位置示位置为计时时刻，刻，电动势的的变化化规律怎律怎样？？•（（3 3）从）从图示位置示位置转过9090°°的的过程中感程中感应电动势的平均的平均值为多少？多少？•（（4 4）从）从图示位置开始示位置开始计时，，t t＝＝1/150s1/150s时，，线圈中感圈中感应电动势是多少？是多少？•分析与解答分析与解答•（（1））线圈平面与磁感圈平面与磁感线平行平行时电动势最大，最大，Em=（（2））（（3））E平均平均= (请注意到它与有效值请注意到它与有效值E= 的区别的区别)例题二•一小型一小型发电机内的矩形机内的矩形线圈在匀圈在匀强磁磁场中以恒定的角中以恒定的角速度速度ωω绕垂直于磁垂直于磁场方向的固定方向的固定轴转动线圈匝数圈匝数n n＝＝100100，穿，穿过每匝每匝线圈的磁通量圈的磁通量φφ随随时间按正弦按正弦规律律变化，化，如如图所示。

所示发电机内阻机内阻r r＝＝5.0Ω5.0Ω，外，外电路路电阻阻R R＝＝95Ω95Ω已知感已知感应电动势的最大的最大值EmEm＝＝nωφωφm，其中，其中φφm为穿穿过每匝每匝线圈磁通量的最大圈磁通量的最大值求串联在外在外电路中的交流路中的交流电流表（内阻不流表（内阻不计）的示数）的示数•分析与解答分析与解答•交流交流电表的示数都是有效表的示数都是有效值•Em= nωφωφm, ω=2π/T=2Sω=2π/T=2S-1 -1 ，， Em = =200V•E=100V. •I=1.34A 例题三•如如图所示，在磁感所示，在磁感应强度度B B＝＝0.5T0.5T的匀的匀强磁磁场中，有一中，有一个正方形金属个正方形金属线圈圈abcd，，边长l＝＝0.20.2m，，线圈圈ad边跟磁跟磁场左左侧边界重合，界重合，线圈圈电阻阻R R＝＝0.4Ω0.4Ω，用外力使，用外力使线圈圈从磁从磁场中运中运动出来，一次是使出来，一次是使线圈从左圈从左侧边界匀速平界匀速平行移出磁行移出磁场，另一次是使，另一次是使线圈以圈以ad边为轴匀速匀速转动出出磁磁场，两次所用，两次所用时间都是都是0.10.1s。

试计算两次外力做功算两次外力做功之差及两次之差及两次线圈中通圈中通过的的电量之比￿例题分析与解答•向左匀速拉出：向左匀速拉出：V1=l/t=2m/s,E=lVB=0.2V,I=lVB/R=0.5A,F1=IlB=0.05N•W1=F1l=0.01J;Δq1=It=0.05C.•以以ad边为轴匀速匀速转动出磁出磁场过程外力做的功必程外力做的功必须用交用交流流电的有效的有效值来来计算：算：ω=ω=5πS-1 ,Em= ωωl2B=0.1π V例题四•（（20032003年上海市高考理年上海市高考理综））摄影机、数影机、数码相机、相机、录像像带、画布、毛笔、光、画布、毛笔、光盘、眼、眼镜、照相底片、放映机等、照相底片、放映机等陆续出出现在人在人类的生活中其中作的生活中其中作为图像像载体的有体的有￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿；作；作为图像像记录工具的有（按工具的有（按发明明时间的先后排列）的先后排列）￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿•分析与解答；注意按分析与解答；注意按发明明时间的先后排列的先后排列•作作为图像像载体的有（画布、照相底片、体的有（画布、照相底片、录像像带、光、光盘））•作作为图像像记录工具的有（毛笔、工具的有（毛笔、摄影机、数影机、数码相机）相机）•（（““毛笔毛笔””不在第一位不不在第一位不给分）分）￿￿例题五•（（20032003年年上上海海市市高高考考理理综））用用遥遥控控器器调换电视机机频道道的的过程程，，实际上上就就是是传感感器器把把光光信信号号转化化为电信信号号的的过程程。

下下列列属属于于这类传感器的是感器的是（（￿￿￿￿￿￿￿￿））•A．．红外外报警装置警装置•B．走廊照明灯的声控开关．走廊照明灯的声控开关￿￿￿￿￿￿￿￿C．自．自动洗衣机中的洗衣机中的压力力传感装置感装置￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿D．．电饭煲中控制加中控制加热和保温的温控器和保温的温控器分析与解答：分析与解答：声控开关是把声波声控开关是把声波转化化为电信号；信号；自自动洗衣机中的洗衣机中的压力力传感装置是把机械信号感装置是把机械信号转化化为电信号；信号；电饭煲中控制加中控制加热和保温的温控器是把和保温的温控器是把热信号信号转化化为电信号；信号；正确正确选项只有只有A A例题六•如如图所所示示，，理理想想变压器器输入入电压一一定定，，给负载R R供供电，，使使变压器器输入功率增大的方法是（入功率增大的方法是（ ））•A A．只增大．只增大负载电阻的阻阻的阻值•B B．只减小．只减小负载电阻的阻阻的阻值•C C．只增加原．只增加原线圈的匝数圈的匝数•D D．只增加副．只增加副线圈的匝数圈的匝数•分析与解答分析与解答•只增大只增大负载电阻的阻阻的阻值导致致输出出电流减小，流减小，A错；；•理想理想变压器每一匝的器每一匝的电压都相等，都相等，•只增加原只增加原线圈的匝数使每一匝的圈的匝数使每一匝的电压减小，减小，C错；；•正确正确选项为BD。

￿ ￿例题七•某河段河水流量某河段河水流量为5 5m3 3/s，水流下落的高度，水流下落的高度为8 8m现在在利用它来利用它来发电，，设所用所用发电机的效率机的效率为5050％，求：％，求：（（1 1））发电机的机的输出功率；（出功率；（2 2））设发电机的机的输出出电压为50005000V，向，向400400km外的用外的用户输电，，输电线的的电阻率阻率ρρ＝＝1.71.7××1010-8-8Ω/Ω/m，横截面，横截面积S S＝＝0.850.85cm2，，输电导线上上的的电功率功率损失要求不超失要求不超过输出功率的出功率的4 4％，％，则在在输电时的的电压应升高到多少伏？所用的升升高到多少伏？所用的升压变压器的原、副器的原、副线圈的匝数比是多少？（圈的匝数比是多少？（g g取取9.89.8m/s2））•分析与解答分析与解答•（（1））P=500×9.8×8×50 ％％=196KW •（（2））R=ρ ×2L/S= 160ΩΩ，，P P失失=I=I2 2R=7840R=7840W•I=7AI=7A，，U U2 2=P/I=28=P/I=28××10103 3V V，，•n n1 1/n/n2 2=5/28=5/28。

￿￿例题八•如如图所所示示，，在在真真空空中中速速度度为v＝＝6.46.4××1010-7-7m/s的的电子子束束连续地地射射出出两两平平行行极极板板之之间，，极极板板长度度为l＝＝8.08.0××1010- -2 2m，，间距距为d＝＝5.05.0××1010-3-3m两两极极板板不不带电时，，电子子束束将将沿沿两两极极板板之之间的的中中线通通过，，在在两两极极板板上上加加一一50Hz50Hz的的交交变电压U＝＝U0sinωtsinωt，，如如果果所所加加电压的的最最大大值U U0 0超超过某某一一值Uc时，，将将出出现以以下下现象象：：电子子束束有有时能能通通过两两极极板板；；有有时间断断不不能能通通过e e＝＝1.61.6××1010-19-19C,mC,me e＝＝9.119.11××1010-31-31kgkg）求：）求：•（（1 1））Uc的大小；的大小；•（（2 2））U0为何何值才能使通才能使通过的的时间•△△t t1 1跟跟间断的断的时间△△t t2 2之比之比为2:12:1￿例题分析与解答•（（1））△△t=t=l/v=1.25××10-9S,在在这样短的短的时间内可内可认为电场是恒定的是恒定的电子作子作类平抛运平抛运动。

￿U Uc c= =91V91V （（2 2）右图可以帮助理解）右图可以帮助理解U U0 0的物理意义：的物理意义：△t△t1 1=T/6=T/6，，△t△t2 2=T/4-T/6=T/12=T/4-T/6=T/12， U U0 0sinπ/3=Usinπ/3=Uc c=91=91 VU0=105V作业1、•某某交交流流发电机机产生生的的感感应电动势与与时间的的关关系系如如图所所示示，，如如果果其其他他条条件件不不变，，仅使使线圈圈的的转速速加加倍倍，，则交流交流电动势的最大的最大值和周期分和周期分别变为（（￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿））•A．．400V，，0.02s B．．200V，，0.02s•C．．400V，，0.08s D．．200V，，0.08s•转速加倍速加倍则最大最大值加倍，周期减半加倍，周期减半￿ ￿B作业2、•如如图a所所示示，，A、、B为两两个个相相同同的的环形形线圈圈，，共共轴并并靠靠近近放放置置A线圈圈中中通通有有如如图b所所示示的的交交流流电i，，则（（￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿））•A．在．在t1到到t2时间内，内，A、、B两两线圈相吸圈相吸•B．在．在t1到到t2时间内，内，A、、B两两线圈相斥圈相斥•C．．t2时刻两刻两线圈圈间作用力作用力为零零•D．．t2时刻两刻两线圈圈间吸引力最大吸引力最大￿•分析：分析：•t2时刻刻B中的中的电流流￿ ￿为零，零，AB间无相互作用无相互作用•t1时刻刻A中磁通量中磁通量变化率化率为零，零，A中中电流流为零；零；•在在t1到到t2时间内内B中中电流减小流减小这相当于相当于B远离离A所以所以AB相互吸引。

相互吸引AC作业3、•右右图示示意意了了LC振振荡电路路在在某某时刻刻电容容器器的的带电情情况况及及线圈中的磁感圈中的磁感线，由此可以断定　　，由此可以断定　　￿ ￿[　　　　　　￿ ￿] •A．．电容器正在充容器正在充电￿￿￿￿￿￿•B．．电感感线圈中的磁圈中的磁场能正在增加能正在增加•C．．电路中的路中的电流流强度正在减少度正在减少￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿•D．．电容器的容器的电场能正在减少能正在减少￿ ￿•分析：分析：•由磁感由磁感线的方向可以判断的方向可以判断电流的方向流的方向•根据右手螺旋定根据右手螺旋定则电流是从流是从电容器正极流向容器正极流向负极极•所以所以电容器正在放容器正在放电，，电场能正在减少能正在减少•磁磁场能正在增加能正在增加BD作业4、•右右图所所示示电路路中中的的电容容器器称称为高高频旁旁路路电容容，，下下列列说法法正正确确的的是是：：（（ ））•A A．．电容器的容器的电容很大容很大 •B B．．电容器的容器的电容很小容很小•C C．．对高高频而言，而言，电容器的容抗很大容器的容抗很大•D．．对低低频而言，而言，电容器的容抗很大容器的容抗很大￿•分析分析•高高频旁路旁路电容一般采用容一般采用102P到到100P的小的小电容器容器•如果高如果高频旁路旁路电容的容的电容容过大就会把低大就会把低频信号也旁路掉。

信号也旁路掉•所以高所以高频旁路旁路电容容对低低频信号的容抗信号的容抗应该很大BD作业5、•如如图所所示示，，理理想想变压器器的的副副线圈圈上上通通过输电线接接有有两两个个相相同同的的灯灯泡泡L L1 1和和L L2 2，，输电线的的等等效效电阻阻为R R，，开开始始时电键S S断断开开，，当当S S接接通通时，，以以下下说法中正确的是（法中正确的是（ ））•A A．副．副线圈两端圈两端MNMN的的输出出电压减小减小•B B．副．副线圈圈输电线等效等效电阻阻R R上的上的电压降增大降增大•C C．通．通过灯泡灯泡L L1 1的的电流增大流增大•D．原．原线圈中的圈中的电流增大流增大•分析：分析：变压器的器的输入入电压不不变、、输出出电压也不也不变，故，故A错•S接通后接通后总电阻减小，阻减小，输出出电流就增大，所以流就增大，所以输入入电流也增大流也增大•输电线等效等效电阻阻R上的上的电压降就增大降就增大•并并联电灯两端的灯两端的电压就减小，故就减小，故C错￿ ￿BD作业6、•如如图a a为电热毯毯的的电路路图，，电热丝接接在在u u＝＝311sin100tV311sin100tV的的电源源上上，，电热毯毯被被加加热到到一一定定温温度度后后，，通通过装装置置P P使使输入入电压变为图b b所所示示波波形形，，从从而而进入入保保温温状状态，，若若电热丝电阻保持不阻保持不变，此，此时交流交流电压表的表的读数是（数是（ ））•A．．110V B．．156V C．．220V D．．211V •分析：分析：电压表的表的读数是交流数是交流电的有效的有效值•原原电流的有效流的有效值是是220V•设图b所示的所示的电流的有效流的有效值为U•则2U2/R=2202/R•U=B作业7、•如如图所示的所示的电表均表均为理想的交流理想的交流电表，保表，保险丝P的熔断的熔断电流流为2A，，电容器容器C的的击穿穿电压为300V。

若在若在a、、b间加正弦交流加正弦交流电压，并适当地，并适当地调节R0和和R接入接入电路中的路中的阻阻值，使，使P恰好不被熔断，恰好不被熔断，C恰好不被恰好不被击穿，穿，则电流表流表的的读数数为￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿A，，电压表的表的读数数为￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿V•分析：保分析：保险丝的熔断的熔断电流是指流是指电流的有效流的有效值•而而电容器的容器的击穿穿电压是指是指电压的最大的最大值•所以所以电流表的流表的读数数为2A•电压表的表的读数数为作业8、•雷达站正在雷达站正在观察一察一飞机机飞行，若行，若飞机正向雷达机正向雷达站站飞来，从某来，从某时刻雷达刻雷达发出出电磁波到接收到反磁波到接收到反射的射的电磁波磁波历时200μμs，隔，隔4s后再后再观测，从，从发出出电磁波到接收到反射的磁波到接收到反射的电磁波磁波历时186μμs，，飞机的机的飞行速度行速度为￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿m/s•分析：本分析：本题的示意的示意图如下如下￿ ￿雷达站雷达站S1=Ct1/2=3×104mS2=Ct2/2=2.79 ×104mS1-S2=V ×44V=2100m,V=525m/s作业9、•如果你通如果你通过同步同步卫星星转发的无的无线与与对方通方通话，，则在在你你讲完完话后，至少要等多后，至少要等多长时间才能听到才能听到对方的回方的回话？？已知地球的已知地球的质量量M＝＝6.0××1024kg，地球半径，地球半径R＝＝6.4××106m，万有引力恒量，万有引力恒量G＝＝6.67××10－－11Nm2/kg2。

•分析：首先要知道同步分析：首先要知道同步卫星的高度星的高度￿ ￿无线电波的传播距离是无线电波的传播距离是4h作业10、•输送送4.04.0××10106 6W W的的电能能，，若若发电机机输出出电压为2000V2000V，，选用用变压器器升升压后后应用用截截面面积为4.25cm4.25cm2 2的的铜导线，，把把电能能送送到到400Km400Km远处，，线路路损失失的的功功率率为5.05.0××10105 5W W已已知知铜的的电阻率阻率=1.7=1.7××1010-8-8ΩΩm m•（（1 1））应选用匝数比用匝数比为多少的升多少的升压变压器？器？•（（2 2）在用）在用电区的降区的降压变压器的原器的原线圈的两端圈的两端电压是多大是多大？？•分析：分析：输电线电阻阻R=R= 作业11、•电磁磁炉炉专用用平平底底锅的的锅底底和和锅壁壁均均由由耐耐高高温温绝缘材材料料制制成成起起加加热作作用用的的是是安安在在锅底底的的一一系系列列半半径径不不同同的的同同心心导电环（（导电环的的分分布布如如图所所示示））导电环所所用用材材料料每每米米的的电阻阻为0.1250.125πΩπΩ，，从从中中心心向向外外第第n n个个同同向向圆环的的半半径径为r rn n＝＝（（2n2n－－1 1））r r1 1（（n n＝＝1 1，，2 2，，3 3，，…，，7 7）），，已已知知r r1 1＝＝1.0cm1.0cm。

当当电磁磁炉炉开开启启后后，，能能产生生垂垂直直于于锅底底方方向向的的变化化磁磁场，，该磁磁场的的磁磁感感应强度度B B随随时间的的变化化率率为100100ππsinsinωωt t，求：，求：•（（1 1））半半径径为r r1 1的的导电圆环中中感感应电流流的的最最大大值是是多多少少？？•（（2 2））假假设导电圆环产生生的的热全全部部以以波波长为1.01.0××1010－－6 6m m的的红外外线光光子子辐射射出出来来，，那那么么半半径径为r r1 1的的导电圆环上上每分每分钟辐射出的光子数是多少？射出的光子数是多少？•（（3 3））若若不不计其其他他损失失，，所所有有导电圆环释放放的的总功功率率P P是多大？（是多大？（h h＝＝6.66.6××1010－－3434J J·s s，，计算中可取算中可取ππ2 2＝＝1010）） 分析与解答•（（1）磁感）磁感应强度随度随时间的的变化率与面化率与面积的乘的乘积就等于就等于磁通量的磁通量的变化率，化率，•故故e1=(3)计算热功率要用有效值计算热功率要用有效值。