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第十三章交变电流电磁场和电磁波第一节正弦交流电的产生和变化规律一、交流电交流电的产生1．交变电流的定义：＿＿＿＿＿＿都随时间做＿＿＿＿＿＿变化的电流叫交变电流。
如图所示。
2．正弦交变电流：随时间按＿＿＿＿＿＿变化的交变电流叫做正弦交变电流。
正弦交变电流的图象是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
3．交变电流的产生(1)将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的轴匀速转动时，线圈中产生正弦交变电流。
(2)中性面：与磁场方向＿＿＿＿＿的平面叫中性面。
中性面的特点：①线圈转到中性面位置时，穿过线圈的磁通量＿＿＿＿＿＿＿，但磁通量的变化率为＿＿＿＿＿，感应电动势为＿＿＿＿＿＿。
②线圈转动一周，经过中性面＿＿＿次，线圈每经过中性面一次，电流的方向改变＿＿＿＿次。
二、交流电的变化规律1．交变电流的变化规律方法一：t NBS tt NBS t S NB t N e ωωωφsin cos ⋅=∆∆=∆∆=∆∆= 其最大值为：NBS ω，记为E m ，即：E m ＝NBS ω所以：e=E m sin ωt可见，线圈在匀强磁场中匀速转动时的电动势最大值E m 与线圈的＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿成正比。
与线圈的形状＿＿＿关。
交流电的变化规律与线圈的形状以及转轴处于线圈平面内的哪个位置＿＿＿关。
（填“有”或“无”）。
分析线圈在磁场中转动时，通过线圈的磁通量的变化情况，有：t t BS S B m ωωθcos cos cos Φ==⋅=Φ 磁通量按余弦变化，磁通量的变化率即t ∆∆Φ按正弦变化。
也就是数学上求导一次。
感应电动势(或电流)与磁通量的图象关系如图2所示。
(1)当线圈在中性面00=θ，即垂直于磁感线时：(a)线圈各边都不切割磁感线，即感应电动势、感应电流等于零。
(b)通过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率t ∆∆Φ/为零。
(2)当线圈跟中性面垂直090=θ，即平行于磁感线时：(a)感应电动势、感应电流最大；(b)磁通量为零，但磁通量的变化率t ∆∆Φ/最大。
高考物理新电磁学知识点之交变电流全集汇编附解析(4)一、选择题1．如图所示，图乙中理想变压器的原线圈接图甲所示的交变电流．理想变压器原、副线圈的匝数比为20:3，定值电阻的阻值为11Ω，滑动变阻器的总阻值为22Ω．下列说法中正确的是（）A．副线圈输出电压的频率为100HzB．滑动变阻器的滑片P向右滑动时，电阻R两端的电压不变C．滑动变阻器的滑片P滑到最右端时，通过电阻R的电流为8.45AD．滑动变阻器的滑片P滑到最左端时，理想变压器的输入功率为132W2．如图所示，一交流电的电流随时间而变化的图象。
此交流电流的有效值是（）A．3.52A B．3.5A C．5A D．52A3．某变压器原、副线圈匝数比为55：9，原线圈所接电源电压按图示规律变化，副线圈接有负载．下列判断正确的是A．输出电压的最大值为36VB．原、副线圈中电流之比为55：9C．变压器输入、输出功率之比为55：9D．交流电源有效值为220V，频率为50Hz4．图甲是某燃气炉点火装置的原理图转换器能将电压恒为3V的直流电压转换转为如图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原副线圈的匝数分别为n1、n2。
当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。
以下判断正确的是（）A．电压表的示数等于3V B．电压表的示数等于10VC．实现点火的条件之一是121500nnD．实现点火的条件是钢针和金属板紧密接触5．教学用发电机能够产生正弦式交变电流。
利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。
若发电机线圈的转速变为原来的12，则（）A．R消耗的功率变为12P B．电压表V的读数变为12UC．电流表A的读数变为2I D．通过R的交变电流频率不变6．有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示，图中N，S是一对固定的磁极，磁极间有一固定的绝缘轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘结束的摩擦轮．如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电．关于此装置，下列说法正确的是（）A．自行车匀速行驶时线圈中产生的是直流电B．小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关C．知道摩擦轮与后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数D．线圈匝数越多，穿过线圈的磁通量的变化率越大7．如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1：2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表．现闭合开关，灯泡正常发光．若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则A．U=110V，I=0.2A B．U=110V，I=0.05AC．U=1102V，I=0.2A D．U=1102V，I=0.22A8．下列关于交流电路的说法错误的是（）A．电容器的击穿电压为交流电压的最大值B．电路中电流表的示数为电流的有效值C．教室内日光灯的额定电压为电压的有效值D．电路中保险丝的熔断电流为电流的最大值9．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1，原线圈输入如图乙所示的交变电压。
电磁感应中的交变电磁场分析与优化电磁感应是一种重要的物理现象，它在我们的日常生活中无处不在。
在电磁感应中，交变电磁场的分析与优化是一个关键的问题。
本文将探讨交变电磁场的分析方法以及如何优化电磁感应的效果。
交变电磁场是指频率不断变化的电磁场。
在电磁感应中，交变电磁场的分析是非常重要的，因为它可以帮助我们理解电磁感应现象的本质。
为了分析交变电磁场，我们需要使用一些数学工具，如矢量分析和微积分。
通过这些工具，我们可以计算出电磁场的磁感应强度和电场强度的分布情况。
在电磁感应中，优化交变电磁场的效果是非常重要的。
优化可以帮助我们提高电磁感应的效率和准确性。
为了优化交变电磁场，我们可以采取一些方法。
首先，我们可以改变电磁场的频率和振幅，以获得更好的效果。
其次，我们可以改变电磁场的空间分布，以使其更加均匀。
最后，我们可以改变电磁场的时间分布，以使其更加稳定。
为了更好地理解交变电磁场的分析与优化，让我们以一个具体的例子来说明。
假设我们有一个交变电磁场源，我们想要计算在某个位置的磁感应强度。
首先，我们可以使用安培环路定理来计算磁感应强度。
通过在一个闭合路径上测量电流的大小，我们可以得到磁感应强度的大小。
然后，我们可以使用法拉第定律来计算磁感应强度的方向。
法拉第定律告诉我们，当磁场变化时，会在闭合回路上产生电动势，从而产生电流。
通过测量电流的方向，我们可以确定磁感应强度的方向。
在优化交变电磁场的效果方面，我们可以采取一些措施。
首先，我们可以调整交变电磁场的频率和振幅，以获得更好的效果。
如果频率太低或振幅太小，电磁感应的效果可能不明显。
相反，如果频率太高或振幅太大，可能会产生不必要的能量损耗。
因此，我们需要找到一个合适的频率和振幅，以使电磁感应达到最佳效果。
其次，我们可以改变交变电磁场的空间分布。
通过调整电磁场源的位置和形状，我们可以使电磁场在目标区域内更加均匀分布。
这可以提高电磁感应的效率和准确性。
例如，我们可以使用多个电磁场源来覆盖整个目标区域，以使电磁场更加均匀。
专题七 交变电流 电磁场考情动态分析交变电流、电磁场部分内容相对稳定，只是对感抗和容抗不作要求.题型以选择题为主，难度中等偏下重点考查交流电的产生原理、图象、表达式及交流电的“四值”、变压器原理、远距离输电的线路损耗问题，特别是与有效值相关的电功、功率、电热问是高考间距性热点..至于电磁场的有关知识，因其不属于高中物理的重点内容，考查的机会不是太多，但也不能因此而放弃对其基本内容的理解和认识. 考点核心整合1.交变电流的表征量及其意义方向和强弱都随时间呈周期性变化的电流叫做交变电流，其中方向和强弱随时间按正弦规律变化的交变电流称为正弦交变电流.交变电流的瞬时值是交变电流某一时刻的值，它可以准确地描述交变电流变化的规律. 交变电流的最大值即最大的瞬时值，它是用来描述交变电流变化幅度的.N 匝面积为S 的线圈在匀强磁场B 中绕垂直于磁场方向的轴以角速度ω匀速转动时，线圈中产生的交变电动势的最大值E m =NBS ω.交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，即把和交变电流热效应相同的直流电的值叫做交变电流的有效值.对正弦交变电流，其有效值=2最大值，对不同变化规律的交变电流，其有效值和最大值的关系只能根据有效值的定义，结合交变电流的变化规律进行推导，而不能简单套用上述关系.交变电流的有效值，是在实际中使用最广泛的，交流电表测定的值、各种用电器铭牌上的标称值等都是交变电流的有效值，且在以有效值表示交变电流的情况下，直流电路中的一些规律在交变电路中是通用的. 2.远距离输电和变压器由于输电导线电阻R 线的存在，输电过程中不可避免地存在电能损耗P 损=I 2R 线.减小输电线路中的电流I ，是减少输电过程中电能损耗最有效的方法.由P=UI 知，提高输电电压可减小输电电流，所以远距离输电要用高压.由于各种用电器的额定电压都远低于远距离输电需要的高电压，且不同用电器的额定电压也有所不同，所以从发电到输电再到用电的整个过程中，要不断地改变电路电压.变压器就是用来改变电压的装置.变压器是利用互感原理完成变压工作的.对理想变压器，其原、副线圈两端的电压U 1和U 2，原、副线圈中的电流I 1和I 2，原、副线圈分别输入、输出的功率P 1和P 2，及原、副线圈的匝数n 1和n 2之间，存在如下关系： 21121212,n n I I n n U U ==,P 1=P 2.其中，电压、功率关系对任何变压器都是适用的，但电流关系则只适用于原、副线圈各有一个的理想变压器. 3.电磁场麦克斯韦电磁理论告诉我们，变化的磁场可产生电场，振荡的磁场则产生同频率振荡的电场.反之亦然.可见，振荡的电场和振荡的磁场是不可分割的，其所组成的统一体即是电磁场.电磁场是不能被局限在有限的空间内的，它会在空间传播，这就形成了电磁波.电磁波是一种特殊的物质，它的传播不需要介质，且以横波形式传播，在真空中的传播速度为c=3.0×108 m/s.考题名师诠释【例1】 (2006江苏高考，8)如图3-7-1所示电路中的变压器为理想变压器，S 为单刀双掷开关，P 是滑动变阻器R 的滑动触头，U 1为加在原线圈两端的交变电压，I 1、I 2分别为原线圈和副线圈中的电流，下列说法正确的是（ ）图3-7-1A.保持P 的位置及U 1不变，S 由b 切换到a ，则R 上消耗的功率减小B.保持P 的位置及U 1不变，S 由a 切换到b ，则I 2减小C.保持P 的位置及U 1不变，S 由b 切换到a ，则I 1增大D.保持U 1不变，S 接在b 端，将P 向上滑动，则I 1减小 解析：S 由b 切换到a 时，副线圈匝数n 2增多，则输出电压U 2=121n n U 增大，R 1上消耗的功率P=RU22增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故输入电流I 1=1U P 增大，所以A 错C 对；S 由a 切换到b 时，副线圈匝数减少，则输出电压U 2减小，I 2=RU 2减小，B对；P 向上滑动时，R 减小，I 2增大，由电流与匝数的关系可知，I 1增大，D 错. 答案：BC点评：解决此类问题的关键是分清变量与不变量，弄清变量间“谁”决定“谁”的关系，即输出电压由输入电压和匝数比决定，输入功率由输出功率决定，输入电流又由输出电流和匝数比决定，输出电流由输出电压和负载电阻决定.【例2】 (2006广东高考，14)某发电站的输出功率为104kW ，输出电压为4 kV ，通过理想变压器升压后向80 km 远处供电.已知输电导线的电阻率为ρ=2.4×10-8 Ω·m ，导线横截面积为1.5×10-4m 2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求： （1）升压变压器的输出电压； （2）输电线路上的电压损失. 解析：（1）导线电阻r=ρSl 2=2.4×10-8×43105.110802-⨯⨯⨯Ω=25.6 Ω输电线路损失功率为输出功率的4%，则 4%P=I 2r 代入数据得I=125 A 由理想变压器P 入=P 出及P=UI 得 输出电压U=125107=I P V=8×104V（2）输电线路上电压损失U ′=Ir=125×25.6 V=3.2×103 V 答案：（1）80 000 V （2）3 200 V点评：（1）输电问题是和生活密切相关的，本例体现了高考重视理论联系实际问题的命题导向.（2）构建清晰的输电原理图即“发电站→升压器→输电线→降压器→用电器”，弄清各单元相关量的关系，选择合适的规律成为解决此类问题的关键.【例3】 (经典回放)曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图3-7-2甲为其结构示意图.图中N 、S 是一对固定的磁极，abcd 是固定在转轴上的矩形线框.转轴过bc 的中点,与ab 边平行， 它的一端有一半径r 0=1.0 cm 的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图3-7-2乙所示.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N=800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S=20 cm 2，磁极间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B=0.010 T ，自行车车轮的半径R 1=35 cm ，小齿轮的半径R 2=4.0 cm ，大齿轮的半径R 3=10.0 cm （见图3-7-2乙）.现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U=3.2 V?（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动）图3-7-2解析：线圈在匀强磁场中匀速转动时产生正弦交变电流，线圈中感应电动势的有效值E 和输出电压的有效值U 相等，而线圈中感应电动势的最大值E m =2E=NBS ω0.由题设数据可求ω0，再利用各种传动中线速度、角速度及半径的比例关系，即可求出大齿轮的角速度ω3.设线圈（或摩擦小轮）、小齿轮（或自行车车轮）、大齿轮的角速度分别为ω0、ω2和ω3，则有E m =NBS ω0 ① E m =2U②120r R =ωω③3223R R =ωω④解①②③④式得：ω3=3.23 rad/s.答案：3.23 rad/s点评：善于把实际问题转化为物理模型，是近几年高考重点考查的一种能力，也是用物理规律处理实际问题所必须具备的，平时应注意加强此种能力的训练和培养.另外，熟记并能灵活运用各种传动中角速度、线速度、半径间的关系是解决此题的又一关键.。
第十一章 交变电流 电磁场和电磁波一、正弦交变电流1．正弦交变电流的产生如甲图所示，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，或如乙图所示，垂直穿过固定线圈的匀强磁场的磁感应强度随时间按正弦规律变化，以上两种情况下，穿过线圈的磁通量φ的瞬时值变化规律都是φ=BS sin ωt ，线圈内感应电动势的瞬时值变化规律都是e=φ´=BS ωcos ωt ，两种不同情景下产生感应电动势的效果是完全一样的（若是n 匝线圈则e=nBS ωcos ωt ）。
这就是正弦（余弦）交变电流。
以上两种情况的共同特点是：φ(t )和u (t )必然互为余函数。
磁通量ф瞬时值最大Φm =BS 时，感应电动势的瞬时值e =0；磁通量ф瞬时值最小Φ=0时，感应电动势的瞬时值最大e m = nBS ω。
2．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（余）弦交变电流的有效值才一定是最大值的22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E m 表示，有效值用E 表示，瞬时值用e 表示，平均值用E 表示。
它们的关系为：m E E 22=，e =E m sin ωt 。
平均值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：tn E ∆∆Φ=。
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。
我国日常生活用的市电电压为220V ，其最大值为U m =2202V=311V ，频率为50H Z ，所以其电压瞬时值的表达式为u =311sin314t V 。
