专题二十三交流电和电磁振荡

专题二十三交流电和电磁振荡本部分常见的失分点有：1.对交流电产生过程理解不清.2.对变压器的工作原理及电压比、电流比掌握不准确、远距离输电过程各量关系不清.3.对电磁振荡过程分析不清.4.交流电的瞬时值、最大值、有效值、平均值区别不清.造成失误的根本原因是基础知识掌握不准确，理解不深透，对交流电是怎么形成的，变压器原、副线圈上的功率、电压、电流由谁决定谁，远距离输电过程中各部分之间的电压、电流各有怎样的联系没有深刻的认识.例1.（2002年春季理综）磁铁在电器中有广泛的应用题，如发电机.如图所示，已知一台单相发电机转子导线框共有N匝，线框长为l1,宽为l2，转子的转动角速度为ω，磁极间的磁感应强度为B.试导出发电机的瞬时电动势E的表达式.现在知道有一种强永磁材料钕铁硼，用它制成发电机的磁极时，磁感应强度可增大到原来的K倍.如果保持发电机结构和尺寸、转子转动角速度、需产生的电动势都不变，那么这时转子上的导线框需要多少匝？雷区探测本题考查交流电的产生过程，同时考查学生的空间想象能力.雷区诊断要求出瞬时值表达式，需要设定从某时刻开始计时后的任一时刻，求该时刻的电动势，而线圈在旋转过程中，总有两边切割磁感线，且产生电动势方向一致，是串联电源，并且线圈旋转过程中，切割磁感线的两边速度方向与磁感线方向夹角不断变化.导致线圈中电动势不断变化.图23—1图23—2正确解答取轴Ox垂直于磁感应强度，线框转角为θ（如图所示），线框长边垂直于纸面，点A、B表示线框长边导线与纸面的交点，O点表示转轴与纸面的交点.线框长边的线速度为v=22l①一根长边导线产生的电动势为22l·Bsinθ·l1,一匝导线所产生的感应电动势为E1=l1l2ωBsinθ②N匝线框产生的电动势瞬时值表达式为：EN=NE1=NBl1l2ωsimωt③磁极换成钕铁硼永磁体时，设匝数为N′，则有EN=N′l1l2B′ωsinωt④由EN=EN′可得N′=KN⑤例2.（2000年全国）一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动.线圈匝数n=100.穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化.如图23—3所示.发电机内阻r=5.0Ω,外电路电阻R=95Ω.已知感应电动势的最大值Em=nωΦm,其中Φm为穿过每匝线圈的磁通量的最大值，求串联在外电路中交流电流表（内阻不计）的读数.雷区探测本问题考查交流电的有效值，同时考查学生对图象物理意义的理解.雷区诊断此题关键是先找最大值Em=nωΦm,ω由图象找到周期再求得，Φm直接由图象读出，所求交流电流表示数为有效值.正确解答已知感应电动势的最大值：Em=nωΦm①设线圈在磁场中转动周期为T，则有：ω=T2②根据欧姆定律，电路中电流的最大值有：Im=rREm③设交流电流表的读数为I，它是电流的有效值，根据正弦交流电有效值与最大值的关系：有I=21Im④图23—3①②③代入④得：I=)(2rRTnm将从Φ-t图象中读得的Φm=1.0×10-2Wb,T=3.14×10-2s及其他已知代入④得：I=1.4A例3.（1999年广东）一理想变压器的原线圈匝数n1=1000匝，副线圈匝数n2=200匝，交流电源的电动势E=311sin(100t)V，电阻R=88Ω.电流表和电压表对电路的影响可忽略不计A.A1的示数约为0.10AB.V1的示数约为311VC.A2的示数约为0.75AD.V2的示数约为44V雷区探测本题考查变压器的电压比、电流比及交流电的瞬时值、有效值.雷区诊断由题意：Em=311V,故U1=Em/2=220V.又有U1∶U2=n1∶n2故U2=51×220V=44VI2=RU2=8844A=0.50A，而I1∶I2=n2∶n1故I1=0.10A.正确解答AD例4.（2000年春季北京）远距离输送交流电都采用高压输电.我国正在研究用比330kV高得多的电压进行输电.采用高压输电的优点是A.可节省输电线的铜材料B.可根据需要调节交流电的频率C.可减少输电线上的能量损失D.可加快输电的速度雷区探测本题考查远距离输电过程中输电线上的线路损失问题.雷区诊断输电线上的热损失功率P=I2R线=（UP）2R线，当输送功率一定时，减小输电线电阻和提高送电电压可减少线上能量损失.当电压提高后即可使输电线较细些.节省铜材料,或使用电阻率较大的铝线.因此A、C正确，而交流电的频率取决于发电机转子的频率，与送电电压无关.而电能的传输速度与光速相等，与输电电压无关，故B、D错.正确解答AC图23—4例5.（1998年上海）如图23—5电路中，L是电阻不计的电感器，C是电容器.闭合电键S，待电路达到稳定状态后，再打开电键S，LC电路中将产生电磁振荡.如果规定电感L中的电流方向从a到b为正,打开电键的时刻为t=0，那么图中能正确表示电感中的电流i随时间t变化规律的是雷区探测本题考查自感知识以及电磁振荡的过程.雷区诊断当S闭合时，由于L的电阻为零，电容上电量为零，当S断开时，线圈中产生自感，电动势阻碍电流减小，使电流继续流动，方向仍是a至b，给电容器充电，能量由磁场能逐渐转变为电场能，线圈中电流逐渐减小，充电完毕时，电流为零，电容器左板带负电，右板带正电，开始放电时线圈电流为b→a且逐渐增大，放电完毕时，电容器电量为零，电流达最大.正确解答B1.当交流发电机的线圈平面与磁感线成60°角时，电流瞬时值为0.5A，则该电流的有效值是A.1AB.33AC.22AD.2A2.将正弦交流电经过整流处理后，得到电流波形刚好去掉半周期.如图23—7所示，则整流后电流的有效值为图23—5图23—6图23—7A.2AB.2AC.22AD.1A3.一矩形线圈abcd处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与ab垂直，当线圈以角速度ω绕ab转动时，感应电动势的最大值为E1，线圈受到的最大磁力矩为M1；当以角速度ω绕中心轴OO′转动时，感应电动势的最大值为E2,最大磁力矩为M2，则E1∶E2和M1∶M2分别为A.1∶1；1∶1B.1∶1；1∶2C.1∶2；1∶1D.1∶2；1∶24.某交流发电机产生感应电动势与时间的关系如图23—9所示，如果其他条件不变，仅使线圈转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别为A.400V，0.02sB.200V,0.02sC.400V,0.08sD.200V,0.08s5.下列关于电磁波的叙述中，正确的是A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3.00×108m/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短D.电磁波不能产生干涉、衍射现象6.在LC振荡电路中，电容器上的带电量从最大值变化到零所需的最短时间是A.LC4B.LC2C.πLCD.2πLC图23—8图23—97.LC回路中电容器两端电压U随时间t变化的关系如图23—10所示A.在时刻t1电路中电流最大B.在时刻t2电路的磁场能最大C.从时刻t2至t3电路的电场能不断增大D.从时刻t3至t4电容器的带电量不断增大8.一理想变压器，原线圈匝数n1=1100匝，接在电压220V的交流电源上，当它对11只并联的“36V，60W”灯泡供电时，灯泡正常发光，由此可知该变压器匝数n2=____,通过原线圈的电流I1=____.9.如图23—11所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为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，两电阻消耗的电功率之比PA∶PB=____.两电阻两端电压之比UA∶UB=____.10.某发电站通过燃烧煤来发电，电能通过升压器输电线和降压器输送给用户，交流发电机的输出功率为5×105W，输出电压为U1=1.0×103V，假如输电线总电阻R=10Ω,在输电线上损失功率等于输出功率的5%，用户使用电压为U用=380V.求：（1）高压输电线中通过的电流强度不能超过多少？（2）所用降压变压器的原、副线圈匝数是多少？（使用的变压器都是理想变压器）图23—10图23—11