发布时间 : 星期三 文章[创新课堂]2012高二物理 竞赛专题系列专题7 交流电、电磁振荡、电磁波更新完毕开始阅读353103080740be1e650e9a3f
交流电、电磁振荡、电磁波
一、知识网络或概要
1． 交变电流、交变电流的图象，正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值
2．理想变压器、远距离送电 3．传感器分类与应用 4．交变发电机的原理 5．纯电阻、纯电感、纯电容电路 6．整流和滤波 7．三相交流电及其连接 8。振荡电路及振荡频率。9。电磁场和电磁波。电磁波的波速，赫兹实验。 10．电磁波的发射和调制。11。电磁波的接收、调谐，检波。 二、知识能力聚焦
1． 交变电流的产生：可通过线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动获得。 2． 瞬时表达式：e=EMsinwt, i= IMsinwt
3． 峰值的几种表达式：EM=NBSw=N?mw?NBS2?f?NBS2?T Im?EmR
4． 对正(余)弦式交流电有效值和峰值的关系:E?22Em,U?22Um,I?22Im,在没
有说明的前提下,所说的交流电动势、电压、电流都是指有效值.
5． 线圈转到线圈平面和中性面重合的特点:(1)线圈平面与磁感线垂直;(2) ?最大
(3)
???t=0;(4)e=0;(5)i=0;(6)它是交变电流改变方向的分界
面
6． 图像:如图所示,要求:(1)由瞬时值表达式能画出图像;(2)由图
像能求出峰值、T、f、w以及瞬时表达式.
7． 变压器:(1)理想变压器磁通量全部集中在铁芯(即没有漏磁),变压器本身不损耗能量,
因此输入功率等于输出功率.(2)理想变压器原副线圈的端电压与匝数的关系为U1U2?n1n2,此式对于一个或几个副线圈的变压器都适用,还适用于两个副线圈之间的
端电压和匝数的关系.(3) 理想变压器原副线圈的电流与匝数的关系为
I1I2?n2n1,此
式仅适用于只有一个副线圈供电时的变压器,若有几个副线圈同时输出电流则有:I0n0?I1n1?I2n2?I3n3........
8． 远距离送电: (1)远距离送电时,输电线导线上的发热损失Q?IRt;(2)减少输电线
上的电阻是减少电能损失的一种方法,但此方式减少的损失是有限的;(3)减少输电线中电流可以有效减少输电线上电能的损失,由于I?用高压送电的方式以减少输电线上电能损失.
9． 通过实验了解光敏电阻,热敏电阻特性: 光敏电阻,热敏电阻都是用半导体材料制成的,故
光敏电阻的阻值随照射光强度的变化而迅速变化,光强越大其阻值越小;热敏电阻的阻值随温度的变化而迅速变化,温度越高其阻值越小.
PU2,因此在输送功率一定时,可采
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10、两类发电机：
（1）左图为旋转电枢式发电机，右图为旋转磁极式发电机。思考：左图中A极为等效电源的 极；右图中A极为等效电源的 极。
（2）、e=EMsin(wt+?)的意义
如图14-1-4所示，设矩形线圈abcd,在磁感应强度为B的匀强磁
场中，绕垂直于B的转轴，以角速度w从中性面位置开始匀速转动，当线圈平面与中性面的夹角为?时，线圈中的感生电动势可以表示为
e?2Blvsin??2Babwad/2sin?
当矩形线圈有 N匝时，相当于N个同样发电机串联，则总电动势为 e?NBSwsinwt
当t=0，且线圈平面与中性面的夹角为?时，则电动势为
e?NBSwsin(wt??)
这就是正弦交流电动势的基本计算公式。
1. ??(wt??)的三个意义——在公式中?不仅表示线圈平面与中性面的夹角，也表示线圈法线（n）与磁感应强度（B）的夹角，还表示线速度（v）与B 的夹角。
这里，要特别注意：不要将?角与线圈平面与B 的缴交?混淆，且?与?互为余角，即?+?=90。
因此，当已知?角时，正弦电动势则为e?NBSwcos? 2.正弦交流电的三要素
若设?m?NBSw，则正弦电动势还可以表示为e??msin(wt??) 式中?m为正弦电动势的最大值，且?m?NBSw w为正弦交流电的角频率，且w?2?T?2?f
而?则为正弦交流电的初相，当t=0时，e0??msin? 利用上式，可以极为简洁地求出? 3.三个容易混淆的最大值?m、（
???t）m和??m
根据法拉第电磁感应定律，正弦交流电动势还可以表示为
e?N???t?NBSwsinwt
上式表明：正弦电动势的产生，是由于磁通变化率虽时间按正弦规律变化的结果。 这里，要特别注意区分正弦交流电的三个最大值，不要混为一谈。 磁通量最大值：?M?BS 电动势最大值：?m?NBSw?N?
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磁通变化率最大值：(???T)M?BSw??mw
???t因为??BScos?，而e??msin?，所以e和大值的相位相差90，即 当e、
???t。
达到最大值的时刻相同，但与?达到最
最大时：??0 当e、
???t为0时：???m
???t?e，从??t这一结果，根据??t图线的斜率， tan??图线上一线急可看出（图14-1-5）。
在两极磁场，即一对磁极的磁场汇总，发电机转子转一圈，正弦交流电变化一周，所以w电?w机
而在n对磁极磁场中，发电机转子转一圈，要经过n个中性面，交流电将变化n周，所以
w电?nw机
（3）、外力矩与安培力矩
当转子匀速转动时，转子在每时每刻外力矩与安培力矩平衡，设线圈的总电阻为R，且初相位为零，则
M外?M安?NBISsinwt?NBSwsinR2222? NB(e/R)sinwt? NB[(NBSWsinwt)/R]sinwtwt
M外和M安随时间变化的图象如图：
11．电阻、电感、电容
A、纯电阻电路： 交流电路中仅有电阻元件R时，该电路叫纯电阻电路，纯电阻交流电路有以下特点：（1）阻抗ZR?R；（2）电压和电流同相位；
URRUmsin(?t??0)R（3）电压和电流的关系服从欧姆定律，即i??
B、纯电容电路： 交流电路中只有电容元件的电路叫纯电容电路。纯电容电路有以下特点：（1）阻抗（容抗）ZC?XC?1?C；（2）电容元件上的电流的相位比其上电压的相位超前π
?2/2；如果UC?Umsin(?t??0)，那么IC?Imsin(?t??0?)，其中Im?UmXC??CUm
C、纯电感电路：交流电路中只有电感元件的电路叫纯电感电路。纯电感电路有以下特点：（1）阻抗（感抗）ZL?XL??L，L是电感元件的自感系数；
（2）电感元件上的电流的相位比其上电压的相位落后π/2，即如果
U?Umsin(?t??0)，那么IC?Imsin(?t??0??2L)，其中Im?UmXL?Um?L
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注意：R、L、C串联电路的阻抗为 Z?R?(?L?21?C)。
2u T3T12、整流与滤波
A、整流：整流就是将交流电变成直流电的过程，通常利用晶体二极管的单向导电性来达到整流的目的。理想的晶体二极管的正向电阻为零，反向电阻无穷大。
甲 O 2T 22T t uR （1）、半波整流
如下图是半波整流电路。B是电源变压器，D是二极管，乙 O R是用电器的电阻或负载。
B a iR ＋
u uR ～ R
丙 O －
b t t 图2 当变压器的初级线圈有交流电输入时，变压器的次级线圈就有交流电压输出，设变压器输出的交变电压为u=u0sinωt，它的波形如图２甲所示。
当变压器输出的交变电压处于正半周时，a正b负，二极管因加正向电压而导通，电流方向由a经二极管D、负载电阻R流到b。由于二极管导通时正向电阻很小，与负载电阻相比可以忽略，这时电压全部加在负载电阻上。负载电阻上的电压波形与变压器输出的电压波形相同。当变压器输出的交变电压处于负半周时，a负b正，二极管因加反向电压而截止，它的反向电阻可以看作无限大，电路中的电流近似为零。这时电压全部加在二极管上，负载电阻上的电压为零。
图2乙是负载电阻的电压波形，图2丙是负载电阻的电流波形。可见，整流后负载电阻获得的是强度随时间变化的直流电，也叫脉动直流电。半波整流电路简单，使用元件少，但只利用交流电的半个周期，变压器的利用率低。
～ （2）、全波整流
a O b ｕ D2 ｕ D1 ＋
R
－
图3 - 4 -