2021届人教版高三物理课件：交变电流电磁场电磁波85张PPT

各种电流的有效值
正弦交流电的有效值
不特别强调，交流电的电压与电流都指有效值；
用电器标出的电压与电流都为有效值(电容器标的是最大电压) ；
交流电压表、电流表测量的计数均为有效值。
变压器的结构
原线圈：电压输入端的线圈
副线圈：电压输出端的线圈
铁芯：是软磁材料制成，作用-导磁
理想变压器
理想变压器：输出功率等于输入功率，即变压器无能量损失。
无铜损：原副线圈无直流电阻；
无铁损：铁芯无涡流；
无磁损：变压器无漏磁。
变压器的工作原理
变压器的工作原理
降压变压器：n1>n2
升压变压器：n1变压器的工作原理
降压变压器：I1升压变压器：I1>I2
不管升降变压器，f1=f2
变压器的工作原理
自耦变压器
自耦变压器
电压互感器
作用：将高压变为低压
实际电压为电压表的读数乘铭牌的变压比
U1=U2(U1/U2)
接地是为了安全
电流互感器
作用：将大电流变为小电流，实际上是升压变压器。
实际电流为电流表的读数乘铭牌的变流比
I1=I2(I1/I2)
接地是为了安全
钳形电流计
钳形电流计
原线圈只有一匝的升压变压器。
优点：在测量电流时，不需要切断导线。
只能测量交变电流。
题3.如图所示，理想变压器的原、副线圈巾数之比为n1∶n2=4∶1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等，a、b端加一定交流电压后，试求：（1）两电阻消耗的电功率之比；（2）两电阻两端电压之比.
磁极旋转式发电机
电枢旋转式发电机
只要求讨论单相理想变压器
Ⅱ
Ⅰ
Ⅰ
交流发电机及其产生正弦式电流的原理,正弦式电流的图像和三角函数表达.最大值与有效值.周期和频率.
电阻电感和电容对交变电流的作用.感抗和容抗.
变压器的原理,电压比和电流比,电能的输送
说明
要求
内容
本章考点目标
本章知识体系:
交变电流
交变电流的产生和描述
电感和电容对交变电流的作用
变压器和电能的输送
一、交变电流的产生
ωt
ωt
ωt
ωt
二、交变电流的变化规律
e
t
常见的几种交变电流：
家庭电路中的正弦交变电流
示波器中的锯齿波扫描电压
电子计算机中的矩形脉冲
激光通信中的尖脉冲
表征交变电流的物理量
瞬时值
最大值
有效值
平均值
u/v
t/s
1
1
2
3
4
-3
-2
-1
-4
0
2
3
4
u/v
t/s
1
1
2
3
4
-3
-2
-1
-4
0
2
3
4
u/v
t/s
1
1
2
3
4
-3
-2
-1
-4
0
2
3
4
u/v
t/s
1
1
2
3
4
-3
-2
-1
-4
0
2
3
4
5
u/v
t/10-2s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
5
10
15
20
-15
-10
-5
-20
u/v
t/10-2s
0
1
2
3
4
5
6
7
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5
10
15
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-15
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-20
u/v
t/10-2s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
5
10
15
20
-15
-10
-5
-20
题1.设一个正方形金属线框,其匝数为100匝,边长L=10cm,电阻 r=1.0Ω,在B=0.5T匀强磁场中绕垂直于磁场的对称轴匀速转动,角速度ω=100πrad/s，外电阻R=4.0Ω.求:
(1)外电阻在10min内产生的热量为多少焦耳?
题1.设一个正方形金属线框,其匝数为100匝,边长L=10cm,电阻 r=1.0Ω,在B=0.5T匀强磁场中绕垂直于磁场的对称轴匀速转动,角速度ω=100πrad/s，外电阻R=4.0Ω.求:
(1)外电阻在10min内产生的热量为多少焦耳?
(2) 若线框从中性面开始转动90°角的过程中,
通过外电阻的电量是多少?
题1.设一个正方形金属线框,其匝数为100匝,边长L=10cm,电阻 r=1.0Ω,在B=0.5T匀强磁场中绕垂直于磁场的对称轴匀速转动,角速度ω=100πrad/s，外电阻R=4.0Ω.求:
(1)外电阻在10min内产生的热量为多少焦耳?
(2) 若线框从中性面开始转动90°角的过程中,
通过外电阻的电量是多少?
(3)若将外电阻换接为激发电压和熄灭电压都为78.5v的氖管,求在10min内氖管点亮的时间有多长?
题1.设一个正方形金属线框,其匝数为100匝,边长L=10cm,电阻 r=1.0Ω,在B=0.5T匀强磁场中绕垂直于磁场的对称轴匀速转动,角速度ω=100πrad/s，外电阻R=4.0Ω.求:
(1)外电阻在10min内产生的热量为多少焦耳?
(2) 若线框从中性面开始转动90°角的过程中,
通过外电阻的电量是多少?
(3)若将外电阻换接为激发电压和熄灭电压都为78.5v的氖管,求在10min内氖管点亮的时间有多长?
(4)当外电路断开时,一并接在发电机输出端的电容器的击穿电压至少为多大?
电感对交变电流的影响
-
+
电容对交变电流的影响
-
+
-
+
电容: 通交流、隔直流--- 隔直电容
通高频、阻低频---高频旁路电容
电感: 通直线、阻交流---低频扼流圈
通低频、阻高频---高频扼流圈
输入
输出
L
C1
C2
题2.如图所示,某电子线路的输入端的输入电流既有直流成分,又有交流高频与交流低频成分,若通过该电路只把交流的低频成分送到下一级,那么关于该电路中各器件的作用,下列说法中正确的有: ( )
A.L的功能为通直流,阻交流,是高频扼流圈
B.L的功能为通直流,阻交流,
是低频扼流圈
C.C1的功能为通交流,隔直流,
是隔直电容
D.C2的功能为通高频,阻低频,是高频旁路电容
BCD
原线圈
副线圈
铁芯
i/A
t/s
u/v
t/s
i/A
t/s
u/v
t/s
u1
u2
u/A
t/s
u/A
t/s
u1
u2
I1
I2
u1I1= u2I2
u1
u3
I1
I2
I3
u1：u2： u3= n1：n2： n3
u1I1=u2I2 +u3I3
n1I1=n2I2 +n3I3
u2
u1
u2
I1
I2
u1决定了u2
I2决定了I1
P2决定了P1
(1) 1：16
(2) 1：4
电能输送的基本要求：
可靠、保质、经济
输电线上的功率损失
ΔP=I2R
电能的输送
一、减小输电线的电阻：
1.选用电阻率较小的导线(铜与铝)
2.增加导线的截面积
困难：耗材多成本高；架线困难；电容带来的
容抗损失很大。

如何减少输电线上的功率损失
二、减小输电线中的电流：
根据P=IU可知，在输出功率一定的情况下，提高
输送电压，来减小输电线中的电流。
远距离输送电示意图
电能输送的示意图
电能输送的示意图
题4.设某发电站到用电区的输电电阻R=10Ω,输送功率为20000W,发电机的输出电压为500V.
（1）试计算出输电的效率(不考虑输电线路的电抗 引起的损耗).
(2)若要求输电的效率达到95%,则用来提高输电电压的升压变压器的原副边的匝数比是多大?
(3)若某用电区需要用电电压为220V,求需要的降压变压器的原副边的匝数比.
题5.如图所示的脉动电流, 通过升压变压器和降压变压器的匝数比分别为1:10和10:1的输电设备输送电能.已知输电线的电阻为10Ω,用电区需要220V 8800W的电能,求:
(1)升压变压器原线圈的保险丝的
熔断电流不能小于多少?
(2)升压变压器原线圈电压的最大值多大?
u1
t
0
练习1、理想变压器原、副线圈匝数比为4 ：1，若在原线圈上加u=400 sin100πt（V）的交流电压，则在副线圈两端的电压表测得的电压为：（ ）
A、100 V；B、100V； C、1600 V D、1600V
B
练习2.如图所示，有一理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，原副线圈的电压分别为U1、U2、U3，电流分别为I1、I2、I3，两个副线圈负载电阻的阻值未知，下列结论中，正确的是：( )
(A)U1：U2＝n1：n2，U2：U3=n2：n3
(B)I1/I3=n3/n1，I1/I2=n2/n1
(C) n1I1=n2I2＋n3I3
(D) I1U1=I2U2＋I3U3
A C D
练习3：图（甲）、（乙）两电路中，当a、b两端与e、f 两端分别加上220V的交流电压时，测得c、d 间与g、h 间的电压均为110V。若分别在c、d两端与g、h 两端加上110V的交流电压，则a、b间与 e、f间的电压分别为 V和 V,若分别在c、d两端与g、h 两端加上110V的恒定电压，则a、b间与 e、f间的电压分别为 V和 V.
d
110
220
110
0
练习4、如图，理想变压器的次级串3只灯泡，初级串1只灯泡，四只灯泡型号相同，若四只都正常发光，变压器的变压比为 。
n1
n2
A
B
3U
U
1：1
练习5、如图是一个理想变压器的电路图，若A、B两点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为（ ）
A. 5 ? 1 B. 1 ? 5
C. 4 ? 1 D. 1 ? 4
解：设灯泡正常发光的电流为I，
则原、副线圈的电流分别为I和4I，如图示。
n1
n2
U
A
B
I
4I
所以原、副线圈的匝数比为 4 ? 1
C
练习6：在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上．当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂．已知线圈1、2的匝数之比n1∶n2=2∶1．在不接负载的情况下【 】
A．当线圈1输入电压220V时，
线圈2输出电压为110V
B．当线圈1输入电压220V时，
线圈2输出电压为55V
C．当线圈2输入电压110V时，
线圈1输出电压为220V
D．当线圈2输入电压110V时，
线圈1输出电压为110V
1
2
【分析】 每个线圈产生的磁通量只有一半通过另一线圈,所以当从线圈1输入电压U1=220V时，由
【答】 B、D．
当从线圈2输入电压U2=110V时，同理由
U4 =220V
U1=500V
10Ω
U2
U3
练习7、某发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压U=500伏，向远距离输电的输电线总电阻R=10欧。现要求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为220伏，则：①画出输电线路的示意图；
②求出所用的变压器的原副线圈匝数比。
线路上损耗的功率为P ′= 5000 W，
∵P ′=I2 2 R,
∴电流为I2 =25A，
线路上的电压为U′=I2 R=200V，
U2 =P/I2 =100000/25=4000V,
∴n1／n2 =U 1／U2 =1 ／4
U3=U2 -U ′ =3800V
U4 =220V
n3／n4 =U 3／U4 =190 ／11
解：
三相交流发电机
三相交流发电机
A
C
B
IA
IC
IB
Z
X
Y
发电机
负载
1
2
3
三相交流发电机
A
C
B
IA
IC
IB
N
发电机
负载
1
2
3
U相
U线
中性线
N‘
线电流
相电流
A
C
B
IA
IC
IB
发电机
负载
1
2
3
U相=U线
线电流
相电流
A
C
B
IA
N
发电机
负载
1
2
3
A
C
B
IA
IC
IB
发电机
负载
1
2
3
U线
N‘
电磁振荡
电路中的电荷和电流以及跟它们联系的电场和磁场作周期性变化的现象。
在电磁振荡过程中产生的大小、方向周期性变化的电流叫振荡电流。
产生振荡电流的电路称为振荡电路。
L
C
注意:
1. 在没有能量损失的电磁振荡过程中，电场能和磁场能的总和保持不变。
2. 电场能决定于电荷q，磁场能决定于电流i
3. 当电容器上的电荷q、电压u 最大时电路中电流i =0
当q、u为0时, 线圈中的磁场B和电路中电流i 最大。
电磁振荡的周期和频率
电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间叫周期T，1秒内完成周期性变化的次数叫频率f。
LC振荡电路的固有周期
固有频率
实践中需要改变振荡电路的固有周期或固有频率。
电磁场
2. 周期性变化电场和周期性变化的磁场总是相互联系着的，形成一个不可分割的统一体，这就是电磁场。
1.麦克斯韦的电磁理论的两大支柱：
变化的磁场在其周围空间产生电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，不均匀变化的 磁场产生变化的电场，周期性变化的磁场则产生的同频率周期性变化的电场。
变化的电场在其周围空间产生磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，不均匀变化的电场产生变化的磁场，周期性变化的电场则产生的同频率周期性变化的磁场。
电磁波
空间中某处电场交变变化就在周围空间产生交变磁场，交变磁场又在周围空间产生交变电场，……电场和磁场就这样交替变化逐渐由变化的区域传播出去形成电磁波。电磁场由近及远地传播，就形成电磁波。
麦克斯韦电磁场理论的这个预言已为赫兹实验证实。
不同频率的电磁波在真空中传播的速度相同，都等于c=3.00×108m/s 。在介质中电磁波的传播速度v小于c，若介质折射率为n，则 v = c / n
电磁波的传播速度v与频率f、波长λ的关系是 v=λf电磁波由一种媒质进入另一种媒质时频率不变，传播速度和波长会发生变化。
电磁波
电磁波的发射和接收
电磁波的发射
电磁波的发射
要有效地向外发射电磁波，对振荡电路的要求是：
(1)振荡频率足够高，振荡电路辐射电磁波的能量与频
率的4次方成正比；
(2)振荡电路的电场和磁场尽可能分散到尽可能大的空
间，采用开放电路；
(3)振荡电路的天线的长度与发射电磁波的波长相差不
多。
调制——使高频电磁波随低频信号变化的过程叫调制。
使高频振荡电流的振幅随信号改变叫调幅，
使高频振荡电流的频率随信号改变叫调频。
一般无线电广播是调幅，立体声广播是调频，
电视的图象信号的传递是调幅，
电视的声音信号的传递是调频。
电磁波的接收
电磁波的接收
天线中接收到各调幅广播电台发射的调幅波，产生感应电流。
调谐——为了选出所要听的电台要经过调谐，即调节LC振荡电路的电容C 或电感L ，使振荡电路的固有频率与所要接收电台的频率相等，振荡电路产生电谐振，接收该电台的电流最强，其他电台的电流很弱。
检波——调谐电路选出的电台的电流是调幅高频振荡电流，为了从其中取出声音信号需要进行检波。利用二极管的单向导电性把调幅高频振荡电流变成单向脉动电流，其中的高频成分通过电容器旁路掉，声音信号电流则通过耳机还原成声音。
晶体二极管的导电特性是单向导电性。
当二极管正极电势高于负极时，二极管导通，有电流流过二极管，二极管表现出对电流的阻碍作用很小。
当二极管负极电势高于正极(反向电压)时，二极管截止，只有极小的电流流过二极管，表现出对电流的阻碍作用很大。
对理想二极管可认为：导通时二极管电阻为零，截止时二极管电阻无穷大。
二极管的好坏可用欧姆表判定，好的二极管正极接黑表笔、负极接红表笔时电阻应很小，负极接黑表笔，正极接红表笔时电阻应很大，否则就不是好二极管。二极管的单向导电性可用来整流(把交流电变成直流电)、检波、稳压等。
如图1所示，左方是由感应图、金属杆A、B组成的电磁波发射器。A、B金属杆两个金属球之间留有间隙。把两金属杆接到感应圈C的两极上。感应圈是一个特殊的变压装置，它可以把低电压变成高电压。当两球之间的电压足够高时，空气被击穿，在两球间隙中发生火花放电。每跳一次火花，电荷在两球的间隙间往复多次，形成高频振荡电流。火花放电是间断性的，跳过一次火花之后，接着跳过第二次火花，这样就间断性地发出电磁波。
赫兹实验的原理
图的右方是电磁波接收器，它是一个金属圆环，也留有一个间隙，在间隙处的两端带有金属球。当电磁波传到接收器时，电磁波使环的两个金属球间产生电动势。这个电动势足够高时，在两球间隙中也会发生火花放电。
例题：关于电磁场的理论,下面的说法中,正确的是
( )
(A) 变化的电场周围产生的磁场一定是变化的
(B) 变化的电场周围产生的磁场不一定是变化的
(C) 均匀变化的磁场周围产生的电场也是均匀变化的
(D) 振荡电场周围产生的磁场也是振荡的
B D
例题：按着麦克斯韦磁场理论，以下说法中正确的是 （ ）
（A）稳定的电场周围产生稳定的磁场，稳定的磁场周围产生稳定的电场
（B）变化的电场周围产生磁场，变化的磁场周围产生电场
（C）均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，均匀变化的磁场周围产生稳定的电场
（D）振荡电场周围产生同频率的振荡磁场，振荡磁场周围产生同频率的振荡电场
B C D
各种电流的有效值
正弦交流电的有效值
不特别强调，交流电的电压与电流都指有效值；
用电器标出的电压与电流都为有效值(电容器标的是最大电压) ；
交流电压表、电流表测量的计数均为有效值。
变压器的结构
原线圈：电压输入端的线圈
副线圈：电压输出端的线圈
铁芯：是软磁材料制成，作用-导磁
理想变压器
理想变压器：输出功率等于输入功率，即变压器无能量损失。
无铜损：原副线圈无直流电阻；
无铁损：铁芯无涡流；
无磁损：变压器无漏磁。
变压器的工作原理
变压器的工作原理
降压变压器：n1>n2
升压变压器：n1变压器的工作原理
降压变压器：I1升压变压器：I1>I2
不管升降变压器，f1=f2
变压器的工作原理
自耦变压器
自耦变压器
电压互感器
作用：将高压变为低压
实际电压为电压表的读数乘铭牌的变压比
U1=U2(U1/U2)
接地是为了安全
电流互感器
作用：将大电流变为小电流，实际上是升压变压器。
实际电流为电流表的读数乘铭牌的变流比
I1=I2(I1/I2)
接地是为了安全
钳形电流计
钳形电流计
原线圈只有一匝的升压变压器。
优点：在测量电流时，不需要切断导线。
只能测量交变电流。
题3.如图所示，理想变压器的原、副线圈巾数之比为n1∶n2=4∶1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等，a、b端加一定交流电压后，试求：（1）两电阻消耗的电功率之比；（2）两电阻两端电压之比.
磁极旋转式发电机
电枢旋转式发电机