1、翰林匯翰林匯翰林匯翰林匯課 題： 交流電、電磁振蕩電磁波 類型：復習課目的要求：重點難點： 教 具：過程及內容：第1課 交流電的產生及變化規律基礎知識 一交流電大小和方向都隨時間作周期性變化的電流，叫做交變電流。 其中按正弦規律變化的交變電流叫正弦式電流，正弦式電流產生于在勻強電場中，繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動的線圈里，線圈每轉動一周，感應電流的方向改變兩次。二正弦交流電的變化規律 線框在勻強磁場中勻速轉動1當從圖122即中性面位置開始在勻強磁場中勻速轉動時，線圈中產生的感應電動勢隨時間而變的函數是正弦函數： 即 e=msint， iImsintt是從該位置經t時間線框轉過的角度；t也是線速

2、度V與磁感應強度B的夾角；。是線框面與中性面的夾角2當從圖121位置開始計時： 則：e=mcost， iImcostt是線框在時間t轉過的角度；是線框與磁感應強度B的夾角；此時V、B間夾角為（/2一t）3對于單匝矩形線圈來說Em=2Blv=BS； 對于n匝面積為S的線圈來說Em=nBS。對于總電阻為R的閉合電路來說Im=三幾個物理量1中性面：如圖122所示的位置為中性面，對它進行以下說明： （1）此位置過線框的磁通量最多 （2）此位置磁通量的變化率為零所以 e=msint=0， iImsint=0 （3）此位置是電流方向發生變化的位置，具體對應圖123中的t2，t4時刻，因而交流電完成一次全變

3、化中線框兩次過中性面，電流的方向改變兩次，頻率為50Hz的交流電每秒方向改變100次2交流電的最大值： mBS 當為N匝時mNBS （1）是勻速轉動的角速度，其單位一定為弧度秒，nad/s（注意rad是radian的縮寫，round/s為每秒轉數，單詞round是圓，回合） （2）最大值對應的位置與中性面垂直，即線框面與磁感應強度B在同一直線上 （3）最大值對應圖123中的t1、t2時刻，每周中出現兩次3瞬時值e=msint， iImsint代入時間即可求出不過寫瞬時值時，不要忘記寫單位，如m=220V，=100，則e=220sin100tV，不可忘記寫伏，電流同樣如此4有效值：為了度量交流電

4、做功情況人們引入有效值，它是根據電流的熱效應而定的就是分別用交流電，直流電通過相同阻值的電阻，在相同時間內產生的熱量相同，則直流電的值為交流電的有效值 （1）有效值跟最大值的關系m=U有效，Im=I有效 （2）伏特表與安培表讀數為有效值 （3）用電器銘牌上標明的電壓、電流值是指有效值5周期與頻率： 交流電完成一次全變化的時間為周期；每秒鐘完成全變化的次數叫交流電的頻率單位1/秒為赫茲（Hz）規律方法 一、關于交流電的變化規律【例1】如圖所示，勻強磁場的磁感應強度B=05T，邊長L=10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r1，線圈繞垂直與磁感線的對稱軸OO/勻速轉動，角速度為2rads

5、，外電路電阻R4，求： （1）轉動過程中感應電動勢的最大值 （2）由圖示位置（線圈平面與磁感線平行）轉過600時的即時感應電動勢 （3）由圖示位置轉過600角時的過程中產生的平均感應電動勢 （4）交流電電表的示數 （5）轉動一周外力做的功 （6）周期內通過R的電量為多少？解析：（1）感應電動勢的最大值，mNBS100050122V=314V （2）轉過600時的瞬時感應電動勢：emcos600=31405 V157 V （3）通過600角過程中產生的平均感應電動勢：=N/t=26V （4）電壓表示數為外電路電壓的有效值： U=R=178 V （5）轉動一周所做的功等于電流產生的熱量 WQ（）2

6、（R十r）T099J （6）周期內通過電阻R的電量QTT00866 C 【例2】磁鐵在電器中有廣泛的應用，如發電機，如圖所示。 已知一臺單相發電機轉子導線框共有N匝，線框長為l1，寬為l2，轉子的轉動角速度為, 磁極間的磁感應強度為B。 導出發電機的瞬時電動勢E的表達式。現在知道有一種強永磁材料銨鐵硼，用它制成發電機的磁極時，磁感應強度可以增大到原來的K倍，如果保持發電機的結構和尺寸，轉子轉動角速度，需產生的電動勢都不變，那么這時轉子上的導線框需要多少匝? (2002年，安徽)解：如圖所示，有V=l2/2二、表征交流電的物理量【例3】. 交流發電機的轉子由BS的位置開始勻速轉動，與它并聯的電壓

7、表的示數為14.1V，那么當線圈轉過30時交流電壓的即時值為V。 分析：電壓表的示數為交流電壓的有效值，由此可知最大值為Um=U=20V。而轉過30時刻的即時值為u=Umcos30=17.3V。i/A3O t/s-60.2 0.3 0.5 0.6【例4】 通過某電阻的周期性交變電流的圖象如右。求該交流電的有效值I。 分析：該交流周期為T=0.3s，前t1=0.2s為恒定電流I1=3A，后t2=0.1s為恒定電流I2=-6A，因此這一個周期內電流做的功可以求出來，根據有效值的定義，設有效值為I，根據定義有： I=3A【例5】如圖125所示，（甲）和（乙）所示的電流最大值相等的方波交流電流和正弦交

8、流電流，則這兩個電熱器的電功率之比PaPb= 解析：交流電流通過純電阻R時，電功率PI2R，I是交流電流的有效值交流電流的有效值I是交流電流的最大值Im的1/，這一結論是針對正弦交流電而言，至于方波交流電通過純電阻R時，每時每刻都有大小是Im的電流通過，只是方向在作周期性的變化，而對于穩恒電流通過電阻時的熱功率來說是跟電流的方向無關的，所以最大值為Im的方波交流電通過純電阻的電功率等于電流強度是Im的穩恒電流通過純電阻的電功率由于 PaIm2RPbI2RIm2R/2 所以，PaPb=21 答案：21 【例6】圖126表示一交變電流隨時間變化的圖象，此交變電流的有效值是（ ） A5A； B5A；

9、 C35A ；D35A 解析：嚴格按照有效值的定義，交變電流的有效值的大小等于在熱效應方面與之等效（在相同時間內通過相同的電阻所產生的熱量相等）的直流的電流值可選擇一個周期（002 s）時間，根據焦耳定律，有： I2R002（4）2R001+（3）2R001 解之可得： I5 A 答案：B三、最大值、平均值和有效值的應用1、正弦交變電流的電動勢、電壓和電流都有最大值、有效值、即時值和平均值的區別。以電動勢為例：最大值用Em表示，有效值用E表示，即時值用e表示，平均值用表示。它們的關系為：E=Em/，e=Emsint。平均值不常用，必要時要用法拉第電磁感應定律直接求：。切記。特別要注意，有效值和

10、平均值是不同的兩個物理量，有效值是對能的平均結果，平均值是對時間的平均值。在一個周期內的前半個周期內感應電動勢的平均值為最大值的2/倍，而一個周期內的平均感應電動勢為零。2、 我們求交流電做功時，用有效值，求通過某一電阻電量時一定要用電流的平均值交流電，在不同時間內平均感應電動勢，平均電流不同考慮電容器的耐壓值時則要用最大值。3、 交變電流的有效值是根據電流的熱效應規定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內產生的熱量相等，就把這一直流的數值叫做這一交流的有效值。 只有正弦交變電流的有效值才一定是最大值的/2倍。通常所說的交變電流的電流、電壓；交流電表的讀數；交流電器的額定電

11、壓、額定電流；保險絲的熔斷電流等都指有效值。（3）生活中用的市電電壓為220V，其最大值為220V=311V（有時寫為310V），頻率為50HZ，所以其電壓即時值的表達式為u=311sin314tV。【例7】.交流發電機轉子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B，勻速轉動的角速度為，線圈內電阻為r，外電路電阻為R。當線圈由圖中實線位置勻速轉動90到達虛線位置過程中，求：通過R的電荷量q為多少？R上產生電熱QR為多少？外力做的功W為多少？ 分析：由電流的定義，計算電荷量應該用平均值：即，這里電流和電動勢都必須要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬時值。 求電熱應該用有效值，先求

12、總電熱Q，再按照內外電阻之比求R上產生的電熱QR。這里的電流必須要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬時值。 根據能量守恒，外力做功的過程是機械能向電能轉化的過程，電流通過電阻，又將電能轉化為內能，即放出電熱。因此W=Q。一定要學會用能量轉化和守恒定律來分析功和能。試題展示第2課 交流電的圖象、感抗與容抗基礎知識 一、.正弦交流電的圖像1.任何物理規律的表達都可以有表達式和圖像兩種方法，交流電的變化除用瞬時值表達式外，也可以用圖像來進行表述.其主要結構是橫軸為時間t或角度，縱軸為感應電動勢E、交流電壓U或交流電流I.正弦交流電的電動勢、電流、電壓圖像都是正弦(或余弦)曲線。交變電流的變化在圖象上

13、能很直觀地表示出來，例如右圖所示可以判斷出產生這交變電流的線圈是垂直于中性面位置時開始計時的，表達式應為e = Emcost，圖象中A、B、C時刻線圈的位置A、B為中性面，C為線圈平面平行于磁場方向。 2.在圖像中可由縱軸讀出交流電的最大值，由橫軸讀出交流電的周期或線圈轉過的角度=t.3.由于穿過線圈的磁通量與產生的感應電動勢隨時間變化的函數關系是互余的，因此利用這個關系也可以討論穿過線圈的磁通量等問題.二、電感和電容對交流電的作用電阻對交流電流和直流電流一樣有阻礙作用，電流通過電阻時做功而產生熱效應；電感對交流電流有阻礙作用，大小用感抗來表示，感抗的大小與電感線圈及交變電流的頻率有關；電容對

14、交流電流有阻礙作用，大小用容抗來表示，容抗的大小與電容及交變電流的頻率有關。1.電感對交變電流的阻礙作用在交流電路中，電感線圈除本身的電阻對電流有阻礙作用以外，由于自感現象，對電流起著阻礙作用。如果線圈電阻很小，可忽略不計，那么此時電感對交變電流阻礙作用的大小，用感抗(XL)來表示。由于交變電流大小和方向都在發生周期性變化，因而在通過電感線圈時，線圈上勻產生自感電動勢，自感電動勢總是阻礙交流電的變化。 又因為自感電動勢的大小與自感系數(L)和電流的變化率有關，所以自感系數的大小和交變電流頻率的高低決定了感抗的大小。關系式為： XL=2f L此式表明線圈的自感系數越大，交變電流的頻率越高，電感對

15、交變電流的作用就越大，感抗也就越大。自感系數很大的線圈有通直流、阻交流的作用，自感系數較小的線圈有通低頻、阻高頻的作用.電感線圈又叫扼流圈，扼流圈有兩種：一種是通直流、阻交流的低頻扼流圈；另一種是通低頻、阻高頻的高頻扼流圈。2.電容器對交變電流的阻礙作用 直流電流是不能通過電容器的，但在電容器兩端加上交變電壓時，通過電容器的充放電，即可實現電流“通過”電容器。這樣，電容器對交變電流的阻礙作用就不是無限大了，而是有一定的大小，用容抗(XC)來表示電容器阻礙電流作用的大小，容抗的大小與交變電流的頻率和電容器的電容有關，關系式為：.此式表明電容器的電容越大，交變電流的頻率越高，電容對電流的阻礙作用越

16、小，容抗也就越小。由于電容大的電容器對頻率高的交流電流有很好的通過作用，因而可以做成高頻旁路電容器，通高頻、阻低頻；利用電容器對直流的阻止作用，可以做成隔直電容器，通交流、阻直流。電容的作用不僅存在于成形的電容器中，也存在于電路的導線、元件及機殼間，當交流電頻率很高時，電容的影響就會很大.通常一些電器設備和電子儀器的外殼會給人以電擊的感覺，甚至能使測試筆氖管發光，就是這個原因.【例1】 如圖所示為一低通濾波電路已知電源電壓包含的電流直流成分是240V，此外還含有一些低頻的交流成分為了在輸出電壓中盡量減小低頻交流成分，試說明電路中電容器的作用【答】 電容器對恒定電流（直流成分）來說，相當于一個始

17、終斷開的開關，因此電源輸出的直流成分全部降在電容器上，所以輸出的電壓中直流成分仍為240V但交變電流卻可以“通過”電容器，交流頻率越高、電容越大，電容器的容抗就越小，在電容器上輸出的電壓中交流成分就越小在本題的低通濾波電路中，為了要使電容器上輸出的電壓中，能將低頻的交流成分濾掉，不輸出到下一級電路中，就應取電容較大的電容器，實際應用中，取C500F【例2】 如圖所示為一高通濾波電路，已知電源電壓中既含有高頻的交流成分，還含有直流成分為了在輸出電壓中保留高頻交流成分，去掉直流成分，試說明電路中電容器的作用【答】 電容器串聯在電路中，能擋住電源中的直流成分，不使通過，相當于斷路但能讓交流成分通過，

18、交流頻率越高、電容越大，容抗越小，交流成分越容易通過因此在電阻R上只有交流成分的電壓降如果再使電阻比容抗大得多，就可在電阻上得到較大的高頻電壓信號輸出規律方法 1、交流電圖象的應用【例3】一矩形線圈，繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面的固定軸轉動，線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化如圖，下面說法中正確的是：（CD） A、t1時刻通過線圈的磁通量為零； B、t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大； C、t3時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大；D、每當e變換方向時，通過線圈的磁通量絕對值為最大。 解析：t1、t3時刻線圈中的感應電動勢0,即為線圈經過中性面的時刻，此時線圈的磁通量為最大，但磁通量的變化率卻

19、為零，所以選項A不正確。t2時刻一Em,線圈平面轉至與磁感線平行，此時通過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率卻為最大，故B也不正確每當e的方向變化時，也就是線圈經過中性面的時刻，通過線圈的磁通量的絕對值都為最大，故D正確小結：對物理圖象總的掌握要點 一看：看“軸”、看“線”看“斜率”看“點” 二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”、“圖與物”之間的變通關系 三判：在此基礎上進行正確的分析，判斷應用中性面特點結合右手定則與楞次定律，能快速、一些電磁感應現象問題【例4】一只矩形線圈勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉動穿，過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖中甲所示，則下列說法中正確的是( B )A.t=0時刻

20、線圈平面與中性面垂直B.t=0.01s時刻，的變化率達最大C.t=0.02s時刻，交流電動勢達到最大D.該線圈相應的交流電動勢圖像如圖乙所示【例5】一長直導線通以正弦交流電i=ImsintA，在導線下有一斷開的線圈，如圖所示，那么，相對于b來說，a的電勢最高時是在（C） A.交流電流方向向右，電流最大時 B.交流電流方向向左，電流最大時 C.交流電流方向向左，電流減小到0時 D.交流電流方向向右，電流減小到0時解析：若把i=ImsintA用圖象來表示，可以由圖象直觀看出在i=0時，電流變化率最大，因此在周圍產的磁場的變化率也最大，所以只能在C,D兩個選項中選，再用假設法，設在a,b兩點間接個負

21、載形成回路，可判定出向左電流減小時，a點相當于電源正極，故C選項正確【例6】有一交流電壓的變化規律為u=311sin314tV，若將一輝光電壓最小值是220V的氖管接上此交流電壓，則在1秒鐘內氖管發光的時間是多少？分析：根據氖管的發光條件|U|220V，先計算在半個周期的時間內氖管發光的時間間隔t，再算出1秒包含的半周期數n，兩者相乘即是1秒鐘內氖管發光的時間。解：根據u=311sin314tV，可知周期為 在0T/2，即01/100s的時間內，將U=220V代入u=311sin314tV中，可得氖管的發光時間為1秒鐘的時間包含的半周期數為答：1秒鐘內氖管的發光時間為0.5s。解題技巧：交流電

22、的瞬時值反映的是不同時刻交流電的大小和方向，瞬時值是時間的函數，不同時刻瞬時值是不一樣的，要求熟練掌握正弦交流電瞬時值表達式。【例7】如圖所示，兩塊水平放置的平行金屬板板長L = 1.4m，板距為d = 30cm ，兩板間有B=1.5T、垂直于紙面向里的勻強磁場，在兩板上加如圖所示的脈動電壓。在t = 0 時，質量為m = 210-15 Kg、電量為q = 110-10C的正離子，以速度v0 = 4103m/s從兩板中間水平射入，試問：（1）粒子在板間作什么運動？畫出其軌跡。（2）粒子在場區運動的時間是多少？解答：（1）在第一個10-4s內，電場、磁場同時存在，離子受電場力、洛侖茲力分別為F=

23、Qe=q U/d =510-7N（方向向下）、f = Bqv=510-7（方向向上），離子作勻速直線運動。位移為s = v0t = 0.4m 在第二個10 - 4s內，只有磁場，離子作勻速圓周運動，r = mv0/Bq = 6.410-2 md/2，不會碰板，T = 2m/Bq=110-4s，即正巧在無電場時離子轉滿一周。 易知以后重復上述運動。（2）因L/s = 1.4/0.4 = 3.5 ，離子在場區范圍內轉了3周，歷時t1=3T=310-4 s ； 另有作勻速運動的時間t2=L/vO=3.510-4 s 。 總時間t = t1+t2=6.510-4 s 。2、電電和電容對交流電的作用【例

24、8】如圖所示，線圈的自感系數L和電容器的電容C都很小，此電路的重要作用是：A.阻直流通交流，輸出交流B.阻交流通直流，輸出直流C.阻低頻通高頻，輸出高頻電流D.阻高頻通低頻，輸出低頻和直流解：線圈具有通直流和阻交流以及通低頻和阻高頻的作用，將線圈串聯在電路中，如果自自系數很小，那么它的主要功能就是通直流通低頻阻高頻。電容器具有通交流和阻直流以及通高頻和阻低頻的作用，將電容器并聯在L之后的電路中。將電流中的高頻成分通過C，而直流或低頻成份被阻止或阻礙，這樣輸出端就只有直流或低頻電流了，答案D【例11】 一個燈泡通過一個粗導線的線圈與一交流電源相連接，如圖所示一塊鐵插進線圈之后，該燈將：A變亮B變

25、暗C對燈沒影響【分析】 這線圈和燈泡是串聯的，因此加在串聯電路兩端的總電壓一定是繞組上的電勢差與燈泡上的電勢差之和由墻上插孔所提供的220伏的電壓，一部分降落在線圈上，剩余的降落在燈泡上如果一個大電壓降落在線圈上，則僅有一小部分電壓降落在燈泡上燈泡上電壓變小，將使它變暗什么原因使得電壓降落在線圈上呢？在線圈上產生壓降的主要原因是其內部改變著的磁場在線圈內由于改變磁場而產生的感應電動勢，總是反抗電流變化的，正是這種反抗變化的特性（電惰性），使線圈產生了感抗【答】 B【說明】 早期人們正是用改變插入線圈中鐵芯長度的方法來控制舞臺燈光的亮暗的【例12】如圖所示電路中，三只電燈的亮度相同，如果交流電的

26、頻率增大，三盞電燈的亮度將如何改變?為什么? 解析：當交變電流的頻率增大時，線圈對交變電流的阻礙作用增大，通過燈泡L1的電流將因此而減小，所以燈泡L1的亮度將變暗；而電容對交變電流的阻礙作用則隨交變電流頻率的增大而減小，即流過燈泡L2的電流增大，所以燈泡L2的亮度將變亮.由于電阻的大小與交變電流的頻率無關，流過燈泡L3的電流不變，因此其亮度也不變，【例13】“二分頻”，音箱內有兩個不同口徑的揚聲器，它們的固有頻率分別處于高音、低音頻段，分別稱為高音揚聲器和低音揚聲器音箱要將擴音機送來的含有不同頻率的混合音頻電流按高、低頻段分離出來，送往相應的揚聲器，以便使電流所攜帶的音頻信息按原比例還原成高、

27、低頻的機械振動 圖為音箱的電路圖，高、低頻混合電流由a、b端輸入，L和級是線圈，C和C：是電容器（BD） A.甲揚聲器是高音揚聲器 B. C2的作用是阻礙低頻電流通過乙揚聲器 C. L1的作用是阻礙低頻電流通過甲揚聲器 D. L2的作用是減弱乙揚聲器的低頻電流解析：線圈作用是“通直流，阻交流；通低頻，阻高頻”電容的作用是“通交流、隔直流；通高頻、阻低頻”高頻成分將通過C2到乙揚聲器，故乙是高音揚聲器低頻成分通過石到甲揚聲器故甲是低音揚聲器.L1的作用是阻礙高頻電流通過甲揚聲器試題展示第3課 變壓器、電能輸送基礎知識 一、變壓器1理想變壓器的構造、作用、原理及特征構造：兩組線圈（原、副線圈）繞在

28、同一個閉合鐵芯上構成變壓器作用：在輸送電能的過程中改變電壓原理：其工作原理是利用了電磁感應現象特征：正因為是利用電磁感應現象來工作的，所以變壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交變電壓2理想變壓器的理想化條件及其規律在理想變壓器的原線圈兩端加交變電壓U1后，由于電磁感應的原因，原、副線圈中都將產生感應電動勢，根據法拉第電磁感應定律有：，忽略原、副線圈內阻，有 U1E1 ，U2E2另外，考慮到鐵心的導磁作用而且忽略漏磁，即認為在任意時刻穿過原、副線圈的磁感線條數都相等，于是又有 由此便可得理想變壓器的電壓變化規律為在此基礎上再忽略變壓器自身的能量損失（一般包括線圈內能量損失和鐵芯內能量損失這兩

29、部分，分別俗稱為“銅損”和“鐵損”），有P1=P2 而P1=I1U1 P2=I2U2于是又得理想變壓器的電流變化規律為由此可見：（1）理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因數的差別）（2）理想變壓器的規律實質上就是法拉第電磁感應定律和能的轉化與守恒定律在上述理想條件下的新的表現形式3、規律小結（1）熟記兩個基本公式： ，即對同一變壓器的任意兩個線圈，都有電壓和匝數成正比。P入=P出，即無論有幾個副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。（2）原副線圈中過每匝線圈通

30、量的變化率相等（3）原副線圈中電流變化規律一樣，電流的周期頻率一樣（4）公式，中，原線圈中U1、I1代入有效值時，副線圈對應的U2、I2也是有效值，當原線圈中U1、I1為最大值或瞬時值時，副線圈中的U2、I2也對應最大值或瞬時值（5）需要特別引起注意的是：只有當變壓器只有一個副線圈工作時，才有：變壓器的輸入功率由輸出功率決定，往往用到：，即在輸入電壓確定以后，輸入功率和原線圈電壓與副線圈匝數的平方成正比，與原線圈匝數的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比。式中的R表示負載電阻的阻值，而不是“負載”。“負載”表示副線圈所接的用電器的實際功率。實際上，R越大，負載越小；R越小，負載越大。這一點在

31、審題時要特別注意。（6）當副線圈中有二個以上線圈同時工作時，U1U2U3=n1n2n3，但電流不可=，此情況必須用原副線圈功率相等來求電流（7）變壓器可以使輸出電壓升高或降低，但不可能使輸出功率變大假若是理想變壓器輸出功率也不可能減少（8）通常說的增大輸出端負載，可理解為負載電阻減小；同理加大負載電阻可理解為減小負載【例1】一臺理想變壓器的輸出端僅接一個標有“12V，6W”的燈泡，且正常發光，變壓器輸入端的電流表示數為02A，則變壓器原、副線圈的匝數之比為（ D ） A72；B31；C63；D52；解析：因為，I2P2U26/1205 A I102 A 所以 n1n2=I2I1=52【例2】如

32、圖所示，通過降壓變壓器將220 V交流電降為36V供兩燈使用，降為24V供儀器中的加熱電爐使用如果變壓器為理想變壓器求： （1）若n396匝，n2的匝數； （2）先合上K1、K3，再合上K2時，各電表讀數的變化； （3）若斷開K3時A1讀數減少220 mA，此時加熱電爐的功率； （4）當K1、K2、K3全部斷開時，A2、V的讀數 解析：（1）變壓理的初級和兩個次級線圈統在同一繞在同一鐵蕊上，鐵蕊中磁通量的變化對每匝線圈都是相同的所以線圈兩端的電壓與匝數成正比有， （2）合上K1、K3后，燈L1和加熱電爐正常工作再合上K2，燈L2接通，U1、n1和n3的值不變故V讀數不變但L2接通后，變壓器的輸

33、入、輸出功率增大故A1、A2讀數增大 （3）斷開K3時，A1讀數減少200mA，表明輸入功率減少，減少值為PIU020022044W，這一值即為電爐的功率 （4）當K1、K2、K3全部斷開時，輸出功率為零，A2讀數為零但變壓器的初級戰線圈接在電源上，它仍在工作，故V讀數為24V【例3】如圖所示，接于理想變壓器的四個燈泡規格相同，且全部正常發光，則這三個線圈的匝數比應為（ C ） A123； B231 C321； D213解析：由于所有燈泡規格相同且都正常發光，則=式中，U為燈泡的額定電壓，設I為燈炮的額定電流，由理想變壓器的功率關系 pl= p2p3 UlIU2IU3I2UIUI3UI 所以U

34、1=3U 則= 由此得n1n2n3=3214、幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器圖是自耦變壓器的示意圖。這種變壓器的特點是鐵芯上只繞有一個線圈。如果把整個線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作原線圈，整個線圈作副線圈，就可以升高電壓。調壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構造如圖所示。線圈AB繞在一個圓環形的鐵芯上。AB之間加上輸入電壓U1 。移動滑動觸頭P 的位置就可以調節輸出電壓U2。(2)互感器互感器也是一種變壓器。交流電壓表和電流表都有一定的量度范圍，不能直接測量高電壓和大電流。用變壓器把高電壓變成低電壓，或者把大電流變成小電流，這個問題就可以解決了。這種

35、變壓器叫做互感器。互感器分電壓互感器和電流互感器兩種。a、電壓互感器電壓互感器用來把高電壓變成低電壓，它的原線圈并聯在高壓電路中，副線圈上接入交流電壓表。根據電壓表測得的電壓U 2 和銘牌上注明的變壓比(U 1 /U 2 )，可以算出高壓電路中的電壓。為了工作安全，電壓互感器的鐵殼和副線圈應該接地。b、電流互感器電流互感器用來把大電流變成小電流。它的原線圈串聯在被測電路中，副線圈上接入交流電流表。根據電流表測得的電流I 2 和銘牌上注明的變流比(I 1/I2)，可以算出被測電路中的電流。如果被測電路是高壓電路，為了工作安全，同樣要把電流互感器的外殼和副線圈接地。【例4】在變電站里，經常要用交流

36、電表去監測電網上的強電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個圖中，能正確反應其工作原理的是 AAAA零線火線火線零線零線火線零線火線 A. B. C. D.解：電流互感器要把大電流變為小電流，因此原線圈的匝數少，副線圈的匝數多。監測每相的電流必須將原線圈串聯在火線中。選A。二、電能輸送1電路中電能損失P耗=I2R=，切不用U2/R來算，當用此式時，U必須是降在導線上的電壓，電壓不能用輸電電壓來計算2遠距離輸電。D1 r D2I1 I1/ Ir I2 I2/n1 n1/ n2 n2/ R一定要畫出遠距離輸電的示意圖來，包括發電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負載電阻。并按照規范在圖中標出相應

37、的物理量符號。一般設兩個變壓器的初、次級線圈的匝數分別為也應該采用相應的符號來表示。從圖中應該看出功率之間的關系是： 電壓之間的關系是：電流之間的關系是： 可見其中電流之間的關系最簡單，中只要知道一個，另兩個總和它相等。因此電流往往是這類問題的突破口。 輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計算時都必須用，而不能用。 特別重要的是要求會分析輸電線上的功率損失，由此得出結論： 減少輸電線功率損失的途徑是提高輸電電壓或增大輸電導線的橫截面積，當然選擇前者。若輸電線功率損失已經確定，那么升高輸電電壓能減小輸電線截面積，從而節約大量金屬材料和架設電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地。

38、需要引起注意的是課本上強調：輸電線上的電壓損失，除了與輸電線的電阻有關，還與感抗和容抗有關。當輸電線路電壓較高、導線截面積較大時，電抗造成的電壓損失比電阻造成的還要大。【例6】有一臺內阻為l的發電機，供給一個學校照明用電，如圖所示升壓變壓器匝數比為14，降壓變壓器的匝數比為41，輸電線的總電阻R=4，全校共22個班，每班有“220 V，40W”燈6盞若保證全部電燈正常發光，則：（l）發電機輸出功率多大？（2）發電機電動勢多大？（3）輸電線上損耗的電功率多大？（4）輸電效率是多少？（5）若使用燈數減半并正常發光發電機輸出功率是否減半 解析：題中未加特別說明，變壓器即視為理想變壓器，由于發電機至升

39、壓變壓器及降壓變壓器至學校間距離較短，不必考慮該兩部分輸電導線上的功率損耗 發電機的電動勢，一部分降在電源內阻上即Ilr，另一部分為發電機的路端電壓U1，升壓變壓器副線圈電壓U2的一部分降在輸電線上，即I2R，其余的就是降壓變壓器原線圈電壓U2，而U3應為燈的額定電壓U額，具體計算由用戶向前遞推即可 （1）對降壓變壓器： U/2I2=U3I3nP燈=22640 W=5280w 而U/24U3880 V，所以I2=nP燈/U/2=5280/880=6A 對升壓變壓器： UlIl=U2I2=I22RU/2I262452805424 W， 所以 P出=5424 W （2）因為 U2U/2I2R880

40、64904V， 所以 U1=U2=904226 V 又因為UlIl=U2I2，所以Il=U2I2/Ul=4I2=24 A， 所以 U1I1r1=226241250 V 輸電線上損耗的電功率PR=IR2R=144W（4）P有用/P出100=100%=97 （5）電燈減少一半時，n/P燈=2640 W， I/2n/P燈/U22640/880=3 A 所以P/出=n/P燈十I/22R=26403242676w 發電機的輸出功率減少一半還要多，因輸電線上的電流減少一半，輸電線上電功率的損失減少到原來的1/4。說明：對變電過程較復雜的輸配電問題，應按照順序，分步推進或按“發電一一升壓輸電線降壓一用電器”

41、的順序，或從“用電器”倒推到“發電”一步一步進行分析注意升壓變壓器到線圈中的電流、輸電線上的電流、降壓變壓器原線圈中的電流三者相等規律方法 一、解決變壓器問題的常用方法解題思路1 電壓思路.變壓器原、副線圈的電壓之比為U1/U2=n1/n2;當變壓器有多個副繞組時U1/n1=U2/n2=U3/n3=解題思路2 功率思路.理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出，即P1=P2；當變壓器有多個副繞組時P1=P2+P3+解題思路3 電流思路.由I=P/U知，對只有一個副繞組的變壓器有I1/I2=n2/n1;當變壓器有多個副繞組時n1I1=n2I2+n3I3+解題思路4 （變壓器動態問題）制約思路.（1

42、）電壓制約：當變壓器原、副線圈的匝數比（n1/n2）一定時，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U2=n2U1/n1，可簡述為“原制約副”.（2）電流制約：當變壓器原、副線圈的匝數比（n1/n2）一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1=n2I2/n1，可簡述為“副制約原”.（3）負載制約：變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2=P負1+P負2+；變壓器副線圈中的電流I2由用戶負載及電壓U2確定，I2=P2/U2；總功率P總=P線+P2.動態分析問題的思路程序可表示為：U1P1解題思路5 原理思路.變壓器原線圈中磁通量發生變化，鐵芯中/t相等；當遇到“

43、”型變壓器時有1/t=2/t+3/t,此式適用于交流電或電壓（電流）變化的直流電，但不適用于穩壓或恒定電流的情況.【例6】如圖所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強度，則（ ABD ） A保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大 B保持P的位置及U1不變，K由b合到a時，R消耗的功率減小 C保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大 D保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大 解析：K由a合到b時，n1減小，由,可知，U2增大，P2=U22/R隨之增大而 P1=P2，P1=I1U1，從而I1增

44、大，A正確K由 b 合到a時，與上述情況相反，P2將減小，B正確P上滑時，R增大，P2=U22/R減小，又P1P2，P1=I1U1，從而I1減小，C錯誤U1增大，由=，可知U2增大，I2=U2/R隨之增大，由可知I1也增大，D正確。說明：處理這類問題的關鍵是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各量間的聯系和制約關系在理想變壓器中，U2由U1和匝數比決定；I2由U2和負載電阻決定；I1由I2和匝數比決定二、遠距離輸電【例7】 在遠距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個坑口電站，輸送的電功率為P=500kW，當使用U=5kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝

45、夜示數相差4800度。求：這時的輸電效率和輸電線的總電阻r。若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應使用多高的電壓向外輸電？解；由于輸送功率為P=500kW，一晝夜輸送電能E=Pt=12000度，終點得到的電能E /=7200度，因此效率=60%。輸電線上的電流可由I=P/U計算，為I=100A，而輸電線損耗功率可由Pr=I 2r計算，其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得r=20。 輸電線上損耗功率，原來Pr=200kW，現在要求Pr/=10kW ，計算可得輸電電壓應調節為U / =22.4kV。【例8】發電機輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶需要的電

46、壓是220 V，輸電線電阻為10 .若輸電線中因發熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求：（1）在輸電線路中設置的升、降壓變壓器原副線圈的匝數比.（2）畫出此輸電線路的示意圖.（3）用戶得到的電功率是多少？解析：輸電線路的示意圖如圖所示，輸電線損耗功率P線=1004% kW=4 kW，又P線=I22R線 輸電線電流I2=I3=20 A原線圈中輸入電流I1= A=400 A 所以這樣U2=U1n2/n1=25020 V=5000 V U3=U2-U線=5000-2010 V=4800 V所以 用戶得到的電功率P出=10096% kW=96 kW【附加題】 甲、乙兩個完全相同的理想變壓器接在電壓恒定

47、的交流電路中，如圖1所示。已知兩變壓器負載電阻的阻值之比為R甲：R乙=2：1，設甲變壓器原線圈兩端的電壓為U甲，副線圈上通過的電流為I/甲；乙變壓器原線圈兩端的電壓為U乙，副線圈上通過的電流為I/乙。則以下說法正確的是：（ ）AU甲=U乙，I/甲=I/乙； BU甲=2U乙，I/甲=2I/乙；CU甲=U乙，I/甲=I/乙； DU甲=2U乙，I/甲=I/乙。【正確解】：由于兩變壓器的原線圈串聯接在同一回路中，電荷守恒定律知，無論是直流電路還是交流電路，串聯電路中電流必定相等，所以通過兩原線圈的電流相同，即：I甲=I乙。又因兩變壓器的匝比相同，根據變壓器的電流變比公式，可推得它們副線圈上的電流也相同

48、，即：I/甲=I/乙。對兩變壓器的輸出端，由歐姆定律，可得到兩副線圈上的電壓分別為：U甲/=I甲/R甲、U乙/=I乙/R乙，解得：U甲/：U乙/=2：1，最后再根據變壓器的電壓變比公式可求得兩原線圈上的電壓關系為：U甲=2U乙。所以答案應選D。【錯解1】：由于兩變壓器完全相同，并且兩原線圈又串聯接在同一回路中，因而兩原線圈中所通過的交流電的變化情況完全相同，即兩原線圈中磁通量的變化率相同，根據法拉第電磁感應定律，所以兩原線圈的輸入電壓分別為：=、=，因，有：=，即兩原線圈上的輸入電壓相同；再根據理想變壓器的電壓變比公式，有：=，即兩副線圈上的輸出電壓也相同。由于對輸出端的負載而言，副線圈相當于

49、電源，因此根據歐姆定律有：=、=，由以上關系式可得到：=。所以答案應選C。【錯解分析】以兩原線圈上電壓相同為前提，運用變比關系、歐姆定律，最終推理得到兩副線圈上的電流關系=，分析似乎沒有問題，但如果進一步推理下去：由變壓器的電流變比公式，可得兩原線圈中的電流=，這顯然與前提中中所提及的“兩原線圈中所通過的交流電的變化情況完全相同”不能自恰.。從法拉第電磁感應定律去推導兩原線圈上電壓的思路并沒有問題。然而，雖然通過兩原線圈交流電流的變化情況完全相同，但是穿過兩原線圈的磁通量的變化情況卻并不相同！要知道兩原線圈雖然串聯，但它們是繞在不同的鐵芯上。對于其中一個變壓器來說（比如甲），當副線圈連接負載電

50、阻而構成閉合回路時，副線圈中將存在感應電流，這時原、副線圈的電流都將在鐵芯中產生磁場和磁通量，所以穿過線圈（即穿過鐵芯）總的磁通量，不僅受到各變壓器原線圈中電流的影響，而且還受到各變壓器副線圈中的電流的影響，即所謂變壓器的互感現象。所以兩原線圈雖然串聯、雖然通過它們的電流相同，但穿過它們的磁通量的變化情況卻不同，即穿過它們的磁通量的變化率。觀點1在運用法拉第電磁感應定律時，僅僅考慮了原線圈中電流對磁通量的影響，沒有考慮副線圈中電流對磁通量的影響，顯然是不正確的，因而=實際上也是得不到的。【錯解2】：由于兩變壓器完全相同，兩原線圈又串聯在一起，所以通過兩原線圈中的交流電變化情況將完全一致，因此與

51、此兩原線圈相關的物理量也必將完全相同，即兩原線圈中的電流、電壓完全相同，又因兩變壓器匝比相同，根據變壓器的電流變比公式，可推得兩副線圈上的電流也必定相同，即=。所以答案應選A。【錯解分析】:既然承認兩原線圈上的電壓、電流相同，由變壓器的變比關系，可推得兩副線圈上的電壓、電流都相同，然而題目告訴我們，它們的負載電阻不同，這顯然與歐姆定律相矛盾，因此兩原線圈上的電壓、電流不可能同時相等，是錯誤的。第4課 電磁振蕩 電磁波基礎知識 一、電磁振蕩在振蕩電路里產生振蕩電流的過程中，由容器極板上的電荷，通過線圈的電流，以及跟電流和電荷相聯系的磁場和電場都發生周期性變化的現象，叫做電磁振蕩。1.LC振蕩電路

52、由自感線圈和電容器組成的電路就是最簡單的振蕩電路，簡稱LC回路。 在LC回路里，產生的大小和方向都做周期性變化的電流，叫做振蕩電流。 如圖所示，先將電鍵S和1接觸，電鍵閉合后電源給電容器C充電，然后S和2接觸，在LC回路中就出現了振蕩電流。大小與方向都做同期性變化的電流叫振蕩電流2電磁振蕩 在產生振蕩電流的過程中，電容器上極板上的電荷q，電路中的電流i，電容器內電場強度E，線圈中磁感應強度B都發生周期性的變化，這種現象叫做電磁振蕩（1）從振蕩的表象上看：LC振蕩過程實際上是通過線圈L對電容器C充、放電的過程。（2）從物理本質上看：LC振蕩過程實質上是磁場能和電場能之間通過充、放電的形式相互轉化

53、的過程。3振蕩的周期和頻率電磁振蕩完成一次周期性變化需要的時間叫做周期。一秒鐘內完成的周期性變化的次數叫做頻率。在電磁振蕩發生時，如果不存在能量損失，也不受外界其它因素的影響，這時的振蕩周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期和固有頻率，簡稱振蕩電路的周期和頻率。理論研究表明，周期T和頻率f跟自感系數L和電容C的關系： 注意：當電路定了，該電路的周期與頻率就是定值，與電路中電流的大小，電容器上帶電量多少無關4LC振蕩過程中規律的表達。（1）定性表達。在LC振蕩過程中，磁場能及與磁場能相磁的物理量（如線圈中電流強度、線圈電流周圍的磁場的磁感強度、穿過線圈的磁通量等）和電場能及與電場能相關的物理量（如電容器的極板間電壓、極板間電場的電場強度、極板上電量等）都隨時間做周期相同的周期性變化。這兩組量中，一組最大時，另一組恰最小；一組增大時，另一組正減小。這一特征正是能的轉化和守恒定律所決定