2022年备战高考物理知识点最后冲刺大全十六交变电流电磁场电磁波3.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载电磁波十六、交变电流电磁场一、学问网络二、画龙点睛概念1、交变电流的产生1交变电流: 大小和方向都随时间作周期性变化的电流,叫做交变电流,简称沟通;2中性面名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载中性面: 线圈平面与磁感线垂直的位置,或瞬时感应电动势为零的位置;中性面的特点a线圈处于中性面位置时,穿过线圈的磁通量 最大,但0;tb线圈经过中性面,线圈中感应电流的方向要转变;线圈转一周,感应电流方向转变 两次;线圈平面每经过中性面一次,感应
2、电流的方向就转变一次,因此线圈转动一周,感应电流的方向转变两次;3交变电流的产生 下图是沟通发电机矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程的示意图,图中只画出了 一匝线圈;甲乙丙丁戊线圈在不断转动,电路中电流的方向也就不断转变,交变电流就是这样产生的;2、交变电流的图象和变化规律 1交变电流的图象 波形图: 反映电压 或电流 随时间变化规律的图象,叫做波形图;交变电流图象的特点:2交变电流的变化规律家庭电路中交变电流的波形图象为正弦曲线;假如线圈从中性面开头计时,逆时针方向匀速转动,角速 度 ,经时间 t,线圈转到图示位置,ab 边与 cd 边的速度方向 与磁场方向夹角为 t,如下列图;eEms
3、in t iImsin t uUmsin t 交变电流的最大值表达式 EmNBS名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - Im NBS R rR 学习必备欢迎下载UmImRNBS R r3交变电流的类型 正弦式电流:随时间按正弦规律变化的电流,叫做正弦式电流;正弦式电流是一种又最基本的交变电流,家庭电路中的交变电流就是正弦式交变电流;其它形式的交变电流实际中应用的交变电流,不只限于正弦交变电流,它们随时间的变化规律是各种各样的;几种交变电流的波形;3、沟通发电机1沟通发电机的组成电枢和磁极: 沟通发电机构造比模型复杂得多,
4、线圈(通常叫电枢)和产生磁场的磁极;但基本组成都是有产生感应电动势的转子和定子:转动的部分称为转子,不动的部分称为定子;2沟通发电机的种类旋转电枢式发电机电枢转动,磁极不动的发电机,叫做旋转电枢式发电机;旋转磁极式发电机磁极转动,而电枢不动的发电机,叫做旋转磁极式发电机;名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载两种发电机的优缺点旋转电枢式发电机经过暴露的滑环和电刷引到外电路,同时转动的电枢又不行能很大,产生的电压一般不超过500V ;能够产生几千伏到几万伏的电压,输出功率可达几旋转磁极式发电机克服了上述
5、缺点,百兆瓦;4、最大值和有效值1最大值 最大值 :交变电流的最大值,指交变电流一个周期内所能达到的最大数值;通常用I m、Em和 Um表示最大值;意义: 可表示交变电流的强弱或电压的高低;2有效值 概念让沟通和直流通过相同阻值的电阻,假如它们在 相同时间内 ,产生 热量相等 ,就把这一直流的数值叫做这一沟通的有效值;通常用大写字母U、I、E 表示有效值;跟沟通热效应相同的恒定电流的值叫做沟通的有效值;定义有效值时要抓三个相同;意义: 描述交变电流做功或热效应的物理量;正弦式沟通的有效值正弦式沟通的有效值与最大值关系为:II m0.707I m2UU m0.707U m2例题: 表示交变电流随
6、时间变化图象,如下列图,就交变电流有效值为()A5 2 A B5 A C3.5 2 A D3.5 A i/A 4 2解析: 设有效值为 I,依据有效值的定义有0.02 0.04 4 2 2RT3 2 2RTI 2RT O t/s 2 2 3 2解得: I5A i/A 答案: B 2 例题: 如图表示一沟通随时间变化的图像,求此沟通的有效值;t/s 解析: 此题所给沟通正负半周的最大值不相同,很多同学对 0 1 2 3 4 交变电流有效值的意义懂得不深,只知道机械地套用正弦交变电4 流的最大值是有效值的 2 倍的关系,直接得出有效值,而对此题由于正负半周最大值不同,就无从下手; 应当留意到在一个
7、周期内前半周期和后半周期的有效值是可求的, 再依据有效值的定义,挑选一个周期的时间,利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相同,从焦耳定律求得;名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - I2 RT I12 RT 2+ I 22 RT2 学习必备欢迎下载2即 I2 221 +(241)222解得: I5 A例题: 沟通发电机矩形线圈边长 abcd0.4 m,bcad0.2 m,共 50 匝,线圈电阻 r1 ,线圈在 B0.2 T 的匀强磁场中,绕垂直磁场方向的轴 OO 以100 r/s 转速匀速转动,外接电阻 9 ,如下
8、列图;求:1电压表读数;2电阻 R 上电功率;解析: 1线圈在磁场中匀速转动时,产生的感应电动势的最大值为:EmNBS 50 0.2 0.4 0.2 100 2 160 V;闭合回路中产生的感应电流的有效值为:IEmr1608 2A 2R210电阻 R 两端的电压的有效值为:UIR72 2 V101.5 V ;2PUI72 2 8 2 W1152 W ;说明a各种使用交变电流的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值为有效值;b一般交变电流流表和交变电流压表测量的数值,也都是有效值;c凡是没有说明的,所指的值均为有效值;3平均值 交变电流在某段时间内电动势的平均值可由法拉第电磁感应定律求出;求
9、出平均电流后可求某段时间内通过导线横截面的电荷量;交变电流的平均值不是一个定值;例题:左图所示是某种型号的电热毯的电路图,电热毯接在交变电源上,通过装置P 使加在电热丝上的电压的波形如右图所示;此时接在电热丝两端的沟通电压表的读数为名师归纳总结 A.110V B.156V C.220V D.311V 第 5 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载解:从 u-t 图象看出,每个周期的前半周期是正弦图形,其有效值为 220V ;后半周期电压2 2为零;依据有效值的定义,UT U 1 T0,得 U=156V ,选 B;R R 2
10、例题: 沟通发电机转子有 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 ,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 : 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qtI,而IErtnrtnBS,qnBS,这里电流和电动势都必需要用平均值,RRRrRr不能用有效值、最大值或瞬时值;Q求电热应当用有效值,先求总电热r2Q,再依据内外电阻之比求R 上产生
11、的电热QR;I2RrtE2r2nBS42 nB2S2,QRRrQ42 nB2S2RR2R2RrRRr2;这里的电流必需要用有效值,不能用平均值、最大值或瞬时值;依据能量守恒,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=Q4n2B2S2;肯定要学会用能量转化和守恒定Rr律来分析功和能;例题: 曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型沟通发电机,图 9 为其结构示意图; 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 边中点、与 ab 边平行,它的一端有一半径 r01.0cm 的摩擦小轮,小轮与自行车车轮的边缘相接触,
12、如图 2 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;设线框由 N800匝导线圈组成,每匝线圈的面积 S 20cm 2,磁极间的磁场可视作匀强磁场,磁感强度 B0.010T ,自行车车轮的半径 R135 cm,小齿轮的半径 R24.0cm,大齿轮的半径 R310.0cm以(见图 10);现从静止开头使大齿轮加速转动,问大齿轮的角速度为多大才能使名师归纳总结 发电机输出电压的有效值U3.2V?(假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动)第 6 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 解析:当自行车车轮转动时,学习必备欢迎下载线
13、通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动,框中产生一正弦沟通电动势,其最大值m0B S N式中 0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U2m2设自行车车轮转动的角速度为R11r001,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,有小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同,也为 1;设大齿轮转动的角速度为 ,有R3R21由以上各式解得2 U R 2 r 0B S N R 3 R 1代人数据得3.2rad/s 5、周期和频率名师归纳总结 1周期: 交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫做交变电流的周期 ,通常用T第 7 页,共 20 页表示,单位是s;频率 ,通常
14、用 f 表2频率: 交变电流在1s 内完成周期性变化的次数,叫做交变电流的- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 示,单位是赫兹(Hz);学习必备欢迎下载3周期和频率的关系 依据定义,周期和频率的关系是T1 f 周期和频率都是表示交变电流变化快慢的物理量;我国工农业生产和生活用的交变电流,周期是0.02s,频率是 50Hz,电流方向每秒转变100 次;6、电感对交变电流的阻碍作用1电阻对沟通和直流阻碍作用相同2电感对沟通和直流的阻碍作用不同 对直流电起阻碍作用的只是线圈的电阻;对沟通电,除了线圈电阻外,电感也起作用;3感抗 感抗 :电感对交变电流的阻碍作用的
15、大小,用感抗来表示;与感抗大小有关的因素:打算于线圈的自感系数和交变电流的频率;线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,感抗越大;产生缘由: 线圈中产生的自感电动势对沟通起阻碍作用;单位: 欧 ;4低频扼流圈与高频扼流圈 低频扼流圈a构造: 线圈绕在闭合的铁芯上,匝数为几千甚至超过一万,自感系数为几十亨;b特点: 对低频交变电流就有很大的阻碍作用,而线圈的电阻较小,对直流的阻碍作 用较小;低频扼流圈可用来“ 通直流,阻沟通”;高频扼流圈a构造: 线圈有的绕在圆柱形的铁氧体芯上,有的是空心的,匝数为几百,自感系数 为几个毫亨;b特点: 对低频交变电流的阻碍作用较小,对高频交变电流的阻碍作用很大;
16、高频扼流圈可用来“通低频,阻高频” ;7、交变电流能够通过电容器1交变电流能够通过电容器 直流电不能通过电容器,沟通电能够通过电容器;2交变电流通过电容器的实质 电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,表现为沟通“ 通过” 了电容器;3、电容器对交变电流的阻碍作用1电容器对交变电流有阻碍作用 沟通能够通过电容器,但电容器对沟通也有阻碍作用;2容抗 容抗 :电容对沟通的阻碍作用的大小,用容抗来表示;与容抗大小有关的因素:电容器的电容大小和交变电流的频率打算容抗;电容器的电容越大,交变电流频率越高,容抗越小;产生缘由: 电容器极板上电荷的积存对电荷定向运动起阻碍作用;单位: 欧姆 ;3隔直电容
17、器和高频旁路电容器 隔直电容器名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载高频旁路电容器电容器具有“ 通沟通,隔直流”8、变压器原理 1变压器的构造,“ 通高频,阻低频” 特点;变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的;一个线圈跟电源连接,叫原线圈(初级线圈) ,另一个线圈跟负载连接,叫副线圈(次级线圈)成的,铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成;2变压器工作的基础;两个线圈都是绝缘导线绕制互感现象: 在原、副线圈中由于有交变电流而发生的相互感应的现象,叫做互感现象;互感现象是变压器工作的基础变压器的能量
18、转换:由于互感现象, 绕制原线圈和副线圈的导线虽然并不相连,电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈;从能量角度看:电能交变磁场能电能;3抱负变压器: 忽视原、副线圈的电阻,漏磁和铁芯中涡流等各种电磁能量缺失的变压器,叫抱负变压器;4原副线圈中的电压关系原副线圈中的电压关系E1n1 1t 1 2,E2n22t在忽视漏磁情形下:在忽视线圈电阻情形下:可见,抱负变压器原副线圈的端电压之比等于这两个线圈的匝数比;升压变压器和降压变压器a当 n2n1时, U2 U1,变压器使电压上升,这种变压器叫做升压变压器;b当 n2n1时, U2 U1,变压器使电压降低,这种变压器叫做降压变压器;5原副线圈中的电流关
19、系变压器工作的时候,输入的功率一部分从副线圈输出,另一部分消耗在发热上;但是消耗的功率一般不超过百分之几,特殊是大型变压器效率可达 97 99.5所以, 一般可以将它们认为是抱负变压器,它们输入的电功率 P 入等于输出的电功率 P 出,即P入P出当原副线圈各只有一个时名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载U1I1U2I2I1U2n2I2U1n 1可见,变压器工作时,原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比;当原线圈一个,副线圈有两个以上时 U1I1U2I2U3I3 这里原副线圈中的电流跟它们的匝数并不
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