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第一課時(shí)
一、考點(diǎn)
內(nèi) 容要 求說(shuō) 明
交流發(fā)電機(jī)及其產(chǎn)生正弦式電流的原理,正弦式電流的圖象和三角函數(shù)表達(dá)式,最大值與有效值,周期與頻率
電阻、電感和電容對(duì)交變電流的作用
變壓器的原理，電壓比和電流比
電能的輸送
電磁場(chǎng)，電磁波，電磁波的周期、頻率、波長(zhǎng)和波速
無(wú)線電波的發(fā)射和接收
電視，雷達(dá)Ⅱ
Ⅰ只要求討論單相理想變壓器
二、交變電流、電磁場(chǎng)和電磁波知識(shí)結(jié)構(gòu)
三、本章在高考中的地位 本章是電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用和延伸，也是高中物理電磁學(xué)知識(shí)的收尾。高考對(duì)交流電的產(chǎn)生和變壓器的原理要求較高，而對(duì)電磁場(chǎng)的電磁波僅限于一般性認(rèn)識(shí)和了解，特別注意電磁振蕩及LC回路不再列為高考要求，因而也不必在此浪費(fèi)時(shí)間。復(fù)習(xí)的重點(diǎn)是交流電的變化規(guī)律及其描述（包括圖象）、有效值的概念、理想變壓器的原理、電能輸送中相關(guān)計(jì)算等。特別是交變電流知識(shí)和力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用問(wèn)題，要引起足夠重視，如2003年高考“自行車頭燈”問(wèn)題。還有帶電粒子在加有交變電壓的平行金屬板間的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題等，復(fù)習(xí)過(guò)程中，要注意適量訓(xùn)練，提高綜合應(yīng)用能力。
四、課后練習(xí)
１、交變電流是 的電流，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中矩形線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)就可以在矩形線圈中產(chǎn)生大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的 交變電流。
2.當(dāng)線圈平面垂直于磁感線時(shí)，各邊都不切割磁感線，線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流，這個(gè)位置叫做 。
3.線圈平面每經(jīng)過(guò)一次 ，感應(yīng)電流的方向就改變一次。線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變 。
4.描述正弦交變電流除了周期和頻率外，還有四值，各值的表達(dá)式分別為（以電動(dòng)勢(shì)為例）：電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值 ；電動(dòng)勢(shì)最大值 ；電動(dòng)勢(shì)平均值 ；電壓的有效值 ；其中交變電流有效值是根據(jù) 來(lái)定義的。通常說(shuō)的交流的電壓和電流指的都是 。
5.我國(guó)在生產(chǎn)、生活中使用的交流的周期為 ，頻率為 。
6.電感對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用 來(lái)表示；電容對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用 來(lái)表示。
7.線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高感抗 ；電容器的電容越大，交流的頻率越高容抗 。
8.在交流電路中電感對(duì)電路的作用是“ ”；電容對(duì)電路的作用是“ ”。
9.變壓器是根據(jù) 原理制成的，理想變壓器的電壓遵循
關(guān)系輸入和輸出功率滿足 關(guān)系，一個(gè)原線圈和一個(gè)副線圈的理想變壓器的電流關(guān)系是 。
10.在遠(yuǎn)距離輸電是可以采用
方法來(lái)降低線路損耗。
11.把自感線圈，電容器用導(dǎo)線連接就構(gòu)成了 振蕩電路，在振蕩電路里產(chǎn)生的交變電流叫 。
12.LC振蕩回路產(chǎn)生電磁場(chǎng)振蕩的過(guò)程中，充電（放電）過(guò)程中 等物理量是增加（減小）的；
等物理量是減�。ㄔ黾樱┑摹�
13.振蕩回路的周期表達(dá)式為
，頻率表達(dá)式為
14.在描述電磁場(chǎng)關(guān)系時(shí)，有變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生 ，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生 。
15.電磁波是橫波，傳播時(shí)不依賴介質(zhì)，其在真空中的傳播速度為 .
第二課時(shí) 交流電的產(chǎn)生及描述 電感、電容對(duì)交流電的影響
一、考點(diǎn)理解：
1.交變電流的產(chǎn)生和規(guī)律
⑴交變電流的意義
①交變電流：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流電。
②正弦式電流：隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流叫做正弦式電流。正弦式電流的圖象是正弦曲線，我國(guó)市用的交變電流都是正弦式電流。
⑵正弦式電流的產(chǎn)生
①產(chǎn)生方法：如圖所示，將一個(gè)平面線圈置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并使它繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生正弦式電流。
②中性面：中性面的特點(diǎn)是，線
圈位于中性面時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，內(nèi)部的電流方向要發(fā)生改變。
⑶規(guī)律
①函數(shù)形式：N匝面積為S的線圈以角速率ω轉(zhuǎn)動(dòng)，從某次經(jīng)過(guò)中性面開始計(jì)時(shí)，則e=NBSωsinωt，用Em表示峰值NBSω，則e=Emsinωt，電流 。
②圖象表示如圖所示
2．表征交變電流的物理量
⑴周期和頻率
交變電流的周期和頻率都是描述交變電流變化快慢的物理量。
①周期T：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，單位是秒（S），周期越大，交變電流變化越慢，在一個(gè)周期內(nèi)，交變電流的方向變化2次。
②頻率f:交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲，符號(hào)為Hz，頻率越大，交變電流變化越快。
③關(guān)系：
⑵最大值和有效值
①交變電流的最大值Em(Um、Im)與線圈的形狀和轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)哪個(gè)位置無(wú)關(guān)，但轉(zhuǎn)軸應(yīng)與磁感線垂直。
②交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的，讓交流電和直流電通過(guò)同樣阻值的電阻,如果它們?cè)谙嗤�的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,就把這一直流電的數(shù)值叫做該交流電的有效值.
正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系為： , , .各種交流電器設(shè)備上的標(biāo)示值及交流電表上的測(cè)量值都指有效值。
注意: , , ,只適用于正弦交變電流.
⑶最大值、有效值和平均值的應(yīng)用
①求電功、平均電功率以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流等物理量時(shí)，要用有效值計(jì)算，正弦交流電的有效值為 ，其它交變電流的有效值只能根據(jù)有效值的定義來(lái)計(jì)算。
②求一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量時(shí)要用平均值， ,平均值的計(jì)算須用 =n 和 = 計(jì)算，切記 ≠ ，平均值不等于有效值。
③在考慮電容器的耐壓值時(shí)，則應(yīng)根據(jù)交流電的最大值。
3.電感和電容對(duì)交變電流的作用
(1)電感對(duì)交變電流的阻礙作用
①電感對(duì)交變電流的阻礙作用的大小，用感抗XL表示，XL=2 fL（Ｌ為線圈的的自感系數(shù)）。
②電感對(duì)交變電流有阻礙作用的原因：當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，在線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化。
③扼流圈有兩種：一種叫做低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)Ｌ很大，作用是“通直流，阻交流”；另一種叫高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)Ｌ很小，作用是“通低頻，阻高頻”。
⑵電容器對(duì)交變電流的作用
①交變電流能夠通過(guò)電容器，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中有了電流，表現(xiàn)為交流電通過(guò)了電容器，實(shí)際上自由電荷并沒(méi)有通過(guò)電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì)。
②電容對(duì)交變電流阻礙作用的大小，用容抗X表示， .
③電容器在電路中表現(xiàn)為“通交流，隔直流；通高頻，阻低頻”。
二、方法講解
1.交流電圖象問(wèn)題的分析方法
①分析物理圖象的要點(diǎn)：
一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”、看“截距”、看“面積”、看“拐點(diǎn)”，并理解其物理意義。
二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系。
三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷。
①交變電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律不再是簡(jiǎn)單的正比例（線性）關(guān)系，故需借助圖象法來(lái)分析研究，這比單純地用代數(shù)方法顯得更為直觀、簡(jiǎn)捷。
②物理圖象可將抽象的變化規(guī)律形象地表述出來(lái)，用它反映某些物理量的變化過(guò)程，既可以使該變化的整體特征一目了然，又可將過(guò)程按需要分段進(jìn)行研究，還可以將變化過(guò)程中的暫態(tài)“定格”，從而對(duì)變化過(guò)程中的某一瞬態(tài)進(jìn)行深入研究。
③對(duì)于正弦交變電流的變化規(guī)律，不應(yīng)只從其隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化這一點(diǎn)去認(rèn)識(shí)，還應(yīng)看到交流的電動(dòng)勢(shì)隨線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中空間位置的變化而變化，隨線圈的磁通量變化而變化。
例1:如圖為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ＝０.5T,線圈匝數(shù)N=50匝,每匝線圈面積為0.48m,轉(zhuǎn)速為150r/min。在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°開始計(jì)時(shí)。
⑴寫出交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。
⑵畫出e-t圖線。
分析:從線圈平面經(jīng)過(guò)中性面開始計(jì)時(shí)，則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)角度ωt，于是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Emsinωt,其中Em=2NBLυ=NBSω。根據(jù)交流電的方向圖畫線時(shí)，最大值是正弦圖線的峰值，由縱軸上的刻度值標(biāo)出。交流電的角頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng)，ω=2π/T。而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出。
解：由題意知：
N=50，B=0.5T，
ω= =5π（rad/s）,
S=0.48?,e=Emsinωt,
Em=NBSω=50×0.5×0.48×5π=188(V);
所以⑴e=188sin5πt(V);
⑵T=2π/ω=0.4s.
e-t圖線如圖所示。
點(diǎn)評(píng):感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大
值為Em=NBSω,即Em僅為N、
B、S、ω四個(gè)量決定，與軸的具體位置和線圈的形狀均無(wú)關(guān)，應(yīng)注意：
⑴在寫出的e-t表達(dá)式中容易出現(xiàn)表達(dá)式e= Emsinωt和e= Emcosωt相混淆的情況。排除障礙的方法是：判斷此時(shí)瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)是最大值還是零，由于從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°開始計(jì)時(shí)，導(dǎo)線ab、cd不切割磁感線，因此此時(shí)e=o,可得出e= Emsinωt的結(jié)論。
⑵誤將轉(zhuǎn)速n看做角速度ω，或未將n中的單位化成r/s,排除失誤的方法是：深入理解ω=2πn的意義，并注意將單位統(tǒng)一到國(guó)際單位制。
⑶在e-t圖線的坐標(biāo)箭頭處漏掉單位。平時(shí)作物理圖象時(shí)應(yīng)克服粗心大意的習(xí)慣。
2.交變電流與力學(xué)綜合問(wèn)題的分析方法
在解決交變電流知識(shí)和力學(xué)知識(shí)結(jié)合的問(wèn)題中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
①交變電流的大小和方向、交變電壓的大小和正負(fù)，都隨時(shí)間周期性變化，這就引起磁場(chǎng)、電場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向周期性變化。因此，在研究帶電體在場(chǎng)中受力時(shí)，一定要細(xì)致地進(jìn)行動(dòng)態(tài)受力分析。
②粒子在交變電場(chǎng)中，常見的運(yùn)動(dòng)情況有三種：
(1)帶電粒子做定向運(yùn)動(dòng)；
(2)帶電粒子以某位置為中心作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
(3)帶電粒子作偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。解題開始首先要將初始條件把握住，然后按運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，對(duì)交變電壓的正、負(fù)，對(duì)帶電粒子的受力和運(yùn)動(dòng)細(xì)節(jié)分 （或 ）作過(guò)細(xì)的物理過(guò)程分析，從而可知帶電粒子運(yùn)動(dòng)究竟屬于哪種情景，必要時(shí)可畫出粒子的速度圖象來(lái)幫助判斷。
③分析時(shí)應(yīng)注意由于交變電流的周期性變化而引起的分析結(jié)果可能出現(xiàn)多解。
例2:真空中速度為υ=6.4×107m/s的電子束連續(xù)地射入兩平行極板之間如圖所示,極板長(zhǎng)度為L(zhǎng)=8×10 m,間距為d=5×10 m,兩極板不帶電時(shí),電子束將沿兩極板之間的中線通過(guò),在兩極上加-50Hz的交變電壓u=U0?sinωt。如果所加電壓的最大值U0超過(guò)某一值U0，將開始出現(xiàn)以下現(xiàn)象：電子束有時(shí)能通過(guò)兩極板；有時(shí)間斷，不能通過(guò)。
⑴求U0的大小，
⑵求U0為何值時(shí)才能使通過(guò)的時(shí)間（Δt）通間斷的時(shí)間（Δt）斷比為（Δt） ：（Δt）斷=2：1。（電子質(zhì)量m=0.91×10 kg,電子電量e=1.60×10 C）
分析：首先注意到電子通過(guò)兩極板間的時(shí)間t= = S=1.25 ×10 S,交變電壓的周期T=2π/ω=1/f=2×10s,即t《T0在電子通過(guò)兩極板間的時(shí)間內(nèi),交變電壓的數(shù)值變化極小,可以認(rèn)為在這極短時(shí)間內(nèi)電壓不變,電子所受的電場(chǎng)力可以認(rèn)為是恒力。
解：⑴電子射入兩極板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)后，沿υ方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，沿垂直υ的方向在恒定電場(chǎng)力作用下做初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，若兩極板間電壓為U，則場(chǎng)強(qiáng)E= ,電場(chǎng)力F= ，加速度a= = ,電子在 方向和垂直 方向的運(yùn)動(dòng)方程為
解得y= .
如果y＜d/2,則電子可以通過(guò)兩極板；如果y＞d/2，則電子將打到其中一個(gè)極板上，而不能通過(guò)兩極板；如果y=d/2，則所對(duì)應(yīng)的電壓就是所要求的U0的值。所以 . .
故 .
⑵當(dāng)兩極板間電壓U＞Uc時(shí),電子不能通過(guò)兩極板；U＜Uc時(shí)，電子能通過(guò)兩極板，交變電壓的正半周和負(fù)半周是對(duì)稱的，我們只要分析正半周即可。
題意要求（Δt）通：（Δt）斷=2：1，為此，把正半周的時(shí)間T/2分成三等份：T/6，T/3和T/2，如圖所示，在0～T/6和T/3～T/2的兩段T/6時(shí)間內(nèi)，電壓U＜Uc，電子能通過(guò)兩極板。在T/6～T/3的一段T/6時(shí)間內(nèi)，電壓U＞Uc，電子不能通過(guò)兩極板，這就滿足了（Δt）通：（Δt）斷=2：1的要求。
所以 ,
即 .
所以 .
點(diǎn)評(píng):題中給出是某種現(xiàn)象,解題時(shí)首先要把產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因分析清楚,知道了為什么產(chǎn)生該現(xiàn)象,求解就容易了.各種物理現(xiàn)象都是在一定條件下發(fā)生的,如本題中電子能否穿越極板,決定于電壓高低這一條件,會(huì)不會(huì)獨(dú)立地分析題中所包含的條件,并能把它用數(shù)學(xué)式表達(dá)出來(lái),這是區(qū)分能力高低的一個(gè)重要標(biāo)志,分析和表達(dá)出題中所包含的條件,如本題中,注意到電子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)距離與電壓成正比,從而得到 . = ，這也是解題的關(guān)鍵。
能不能把不熟悉的情景轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型，如本題中把單個(gè)電子穿越加有交變電壓的極板，轉(zhuǎn)化為加有恒定電壓的情景，這需要有功力，有眼力，有賴于平時(shí)的努力。如果平時(shí)分析問(wèn)題不細(xì)心，是怎么也不會(huì)想到要分析題中所給數(shù)據(jù)，把電子穿越的時(shí)間同電場(chǎng)變化周期作比較，而沒(méi)有這種比較，就談不上轉(zhuǎn)化為熟悉的物理模型。
三、考點(diǎn)應(yīng)用
例3:一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì) ,則以下說(shuō)法正確的是（ ）。
A.該交流電的周期是0.02s
B.該交流電的頻率是100
C. 時(shí),e有最大值
D. 時(shí),線圈平面跟中性面垂直
解析:由電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式得
ω=100πrad/s,則周期 =0.02s,頻率f=50Hz,故選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。當(dāng) 時(shí)，e=Em=380 V,故選項(xiàng)C正確，當(dāng) 時(shí)，e=0,故選項(xiàng)D不正確。
點(diǎn)評(píng):如果是從線圈轉(zhuǎn)到中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，那么正弦交流電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式一般形式是
.要注意其物理量間的相互關(guān)系。
例4:如圖所示是一交流電壓隨時(shí)間變化的圖象，此交流電壓的有效值等于 V.
解析:圖中給出的是一方波交流電,周期為T=0.3s,前T/3時(shí)間內(nèi)U1=100V,后2 /3時(shí)間內(nèi)U2=-50V.設(shè)該交流電壓的有效值為U,根據(jù)有效值的定義,有: .
代入已知數(shù)據(jù),解得 .
點(diǎn)評(píng):公式 , 只適用于正弦交流電,對(duì)于非正弦交流電的有效值,必須根據(jù)有效值的定義求解.
例5:如圖所示, 矩形線框匝數(shù)n=250匝, ab=120?,bd=10?,線框置于B=(2/π)T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,繞垂直于磁場(chǎng)的軸以120r/min的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線框通過(guò)滑環(huán)與外電路連接.外電路接有R=12 的電阻及一只發(fā)光電壓和熄滅電壓都為12V的氖泡L,求：⑴當(dāng)S接e時(shí)，交流電流表讀數(shù)為多少？R的熱功率為多大？10min內(nèi)外力對(duì)線框做功多少？
⑵當(dāng)S接 時(shí)，氖泡閃光頻率為多大？（線框電阻不計(jì)）


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