物理-原子物理與電學復習5

1、第 8 講電學復習（下）-交變電流 電磁場和電磁波一、正弦交變電流正弦交變電流的產(chǎn)生當閉合線圈由中性面位置（圖中 O1O2 位置）開始在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生的感應電動勢隨時間而變的函數(shù)是正弦函數(shù)：e=Emsint，其中 Em=nBS。這就是正弦交變電流。交變電流的有效值交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻O1BO2值的電阻，如果它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。只有正弦交變電流的有效值才一定是最大值的 2 /2 倍。通常所說的交變電流的電流、電壓；交流的讀數(shù)；交流電器的額定電壓、額定電流；保險絲的熔斷電流等都指有效

2、值。（電容器的耐壓值是交流的最大值。）3正弦交變電流的最大值、有效值、瞬時值和平均值正弦交變電流的電動勢、電壓和電流都有最大值、有效值、瞬時值和平均值的區(qū)別。以電動勢為例：最大值用Em表示，有效值用E 表示，瞬時值用e 表示，平均值用 E 表示。它們的關(guān)系為：E=Em/2 ，e=Emsint。平均值不常用，必要時要用法拉第電磁感應定律直接求： E n 。特別要注意，有效t值和平均值是不同的兩個物理量，千萬不可。生活中用的市電電壓為 220V，其最大值為 220 2 V=311V（有時寫為 310V），頻率為 50HZ，所以其電壓即時值的表達式為 u=311sin314tV。例 1交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)

3、子由 BS 的位置開始勻速轉(zhuǎn)動，與它并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為 14.1V，那么當線圈轉(zhuǎn)過 30時交流電壓的瞬時值為V。i/A3o例 2通過某電阻的周期效值 I。變電流的圖象如右。求該交流電的有0.6/s-6例 3交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子有 n 匝線圈，每匝線圈所圍面積為 S，勻強磁場的磁感應強度為 B，勻速轉(zhuǎn)動的角速度為，線圈內(nèi)電阻為 r，外電路電阻為 R。當線圈由圖中實線位置勻速轉(zhuǎn)動 90到達虛線位置過程中，求：通過 R 的電荷量 q為多少？R 上產(chǎn)生電熱 QR 為多少？外力做的功 W 為多少？ 第 1 頁 0.2 0.30.5例 4左圖所示是某種型號的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交變電源上，通過裝置 P

4、使加在電熱絲上的電壓的波形如右圖所示。此時接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為（ ）u/VP311uVt/10-2so1 2 3 4 5A110VC220VB156VD311V4理想變壓器理想變壓器的兩個基本公式是：U1n1 ，即對同一變壓器的任意兩個線圈，都有電壓和匝U 2n2數(shù)成正比。P 入=P 出，即無論有幾個副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。需要特別引起注意的是：, I1 n2I U I只有當變壓器只有一個副線圈工作時，才有：U1 12 2In212 n U變壓器的輸入功率由輸出功率決定，往往用到： P/ R ，即在輸入電壓確定以 U I 2 1 1 11 1n后，輸

5、入功率和原線圈電壓與副線圈匝數(shù)的平方成正比，與原線圈匝數(shù)的平方成反比，與副線圈電路的電阻值成反比。式中的 R 表示負載電阻的阻值，而不是“負載”?！柏撦d”表示副線圈所接的用電器的實際功率。實際上，R 越大，負載越??；R 越小，負載越大。這一點在審題時要特別注意。例 5理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈的匝數(shù)分別為 n1=1760 匝、n2=288nL2匝、n =8000 匝，電源電壓為 U =220V。n 上連接的燈泡的實際功率為 36W，n220V3121測得初級線圈的電流為 I1=0.3A，求通過 n3 的負載 R 的電流 I3。R5遠距離輸電一定要畫出遠距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機、兩臺

6、變壓器、輸電線等效電阻和負載電阻。并按照規(guī)范在圖中標出相應的物理量符號。一般Dr1D2I1/ n1/ 2I1n1I rI2n2/n2設(shè)兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、n1、n / n 、n /，相應的電壓、電流、功率也應該采用相應的符號來表示。從圖中應該看出功率之間的關(guān)系1 22/U是：P1=P1/，P2=P2/，P1 =Pr=P2。電壓之間的關(guān)系是： 1 n1 , U 2n,U U U。電流之間的關(guān)2U n U n1r21122 n1 , I 2I1系是：n, I I I ?？梢娖渲须娏髦g的關(guān)系最簡單，I , I , I 中只要知道一個，2I nI 1r21r2n1122另兩個總和它

7、相等。因此求輸電線上的電流往往是這類問題的突破口。輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計算時都必須用U 2Pr I r,U I r ，而不能用2 1 。rPrrrr 第 2 頁 In32 PL1特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失 P 1 ，由此得出的結(jié)論： 減少 U rSU 2 S 1 1輸電線功率損失的途徑是提高輸電電壓或增大輸電導線的橫截面積。兩者相比，當然選擇前者。若輸電線功率損失已經(jīng)確定，那么升高輸電電壓能減小輸電線截面積，從而節(jié)約大量金屬材料和架設(shè)電線所需的鋼材和水泥，還能少占用土地。例 6學校有一臺應急備用發(fā)電機，內(nèi)阻為 r=1，升壓變壓器匝數(shù)比為 14，降壓

8、變壓器的匝數(shù)比為 41，輸電線的總電阻為 R=4，全校 22 個教室，每個教室用“220V，40W”的燈 6 盞，要求所有燈都R正常發(fā)光，則：發(fā)電機的輸出功率多大？發(fā)電機的電動勢多大？輸電線上損耗的電功率多大？二、電磁場和電磁波1電磁場要深刻理解和應用場。電磁場理論的兩大支柱：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁可以證明：振蕩電場產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場；振蕩磁場產(chǎn)生同頻率的振蕩電場。按照的電磁場理論，變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個不可分離的的場，這就是電磁場。電場和磁場只是這個2電磁波的電磁場的兩種具體表現(xiàn)。變化的電場和磁場從產(chǎn)生的區(qū)域由近及遠地向周圍空間開去，就形成了電磁波。時間內(nèi)輻

9、射出的能量 Pf 4）；形成開放電有效地發(fā)射電磁波的條件是：頻率足夠高（路（把電場和磁場分散到盡可能大的空間離里去）。電磁波是橫波。E 與 B 的方向彼此垂直，而且都跟波的方向垂直，因此電磁波是橫波。電不需要靠別的物質(zhì)作介質(zhì)，在真空中也能。在真空中的波速為 c=3.0108m/s。磁波的3電磁波的應用要知道廣播、電視、無線通信等都是電磁波的具體應用。 第 3 頁 例7，半徑為 r 且水平放置的光滑絕緣的環(huán)形管道內(nèi)，有一個電荷量為 e，質(zhì)量為 m 的電子。此裝置放在勻強磁場中，其磁感應強度隨時間變化的關(guān)系式為 B=B0+kt（k0）。根據(jù)電磁場理論，均勻變化的磁場將產(chǎn)生穩(wěn)定的電場，該感應電場對電

10、子將有沿圓環(huán)切線方向的作用力，使其得到加速。設(shè)t=0時刻電子的初速度大小為v0，方向順時針，從此開始后運動一周后的磁感應強度為B1，則此時電子的速度大小為（）A B1 re2r 2 keBv0 2vmC B0 rem2r 2ke0Dv0 2mm例8，平行板電容器和電池組相連。用絕緣工具將電容器兩板間的距離逐漸增大的過程中，關(guān)于電容器兩極板間的電場和磁場，下列說法中正確的是（A兩極板間的電壓和場強都將逐漸減小 B兩極板間的電壓不變，場強逐漸減小 C兩極板間將產(chǎn)生順時針方向的磁場D兩極板間將產(chǎn)生逆時針方向的磁場）電磁振蕩的周期公式為： T 2 LC 。4電磁振蕩感抗和容抗（統(tǒng)稱電抗）感抗表示電感對

11、交變電流的阻礙作用，其特點是“通直流，阻交流”、“通低頻，阻高頻”。容抗表示電容對交變電流的阻礙作用，其特點是“通交流，隔直流”、“通高頻，阻低頻”。三、傳感器1傳感器：傳感器是指這樣一類元件：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學量轉(zhuǎn)換為電學量以后，就可以很方便地進量、傳輸、處理和控制了。傳感器一般由敏感元件和輸出部分組成，通過敏感元件獲取外界信息并轉(zhuǎn)換為電信號，通過輸出部分輸出，然后經(jīng)控制器分析處理。常見的傳感器有：力傳感器、氣敏傳感器、超聲波傳感器、超聲波傳感器、磁敏傳感器常見傳感器元件：光敏電阻

12、：光敏電阻的材料是一種半導體，無光照時，載流子極少，導電性能不好；隨著光照的增強，載流子增多，導電性能變好，光敏電阻能夠把光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量。它就象人的眼睛，可以看到光線的強弱。金屬熱電阻和熱敏電阻：金屬熱電阻的電阻率隨溫度的升高而增大，用金屬絲可以制作溫度傳感器，稱為熱電阻。它能用把溫度這個熱學量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學量。熱敏電阻的電阻率則可以隨溫度的升高而升高或降低。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。電容式位移傳感器能夠把物體的位移這個力學量轉(zhuǎn)換為電容這個電學量。 第 4 頁 拓展：分析下列傳感器的工作原理：4霍爾元件能夠把磁感應強度這個磁

13、學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量如圖，霍爾元件是在一個很小的矩形半導體（例如砷化銦）薄片上，制作 4 個電極 E、F、M、N 而成。若在 E、F 間通入恒定的電流 I，同時外加與薄片垂直的勻強磁場 B，薄片中的載流子就在力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使 M、N 間出現(xiàn)電壓 UH。這個電壓叫霍爾電壓，其決定式為U k IB 。式中 d 為Hd薄片的厚度， k 為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)推導：IFNMEB5邏輯電路UH對于與門電路，只要一個輸入端輸入為“0”，則輸出端一定是“0”；反之，只有當所有輸入都同時為“1”，輸出才是“1”。對于或門電路，只要有一個輸入“1”，則輸出一定是“1”；反之，只有當所有輸

14、入都同時為“0”時，輸出才是“0”。非門電路中，當輸入為“0”時，輸出總是“1”；當輸入為“1”時，輸出反而是“0”。非門電路也稱為反相器。 第 5 頁 針對訓練：1關(guān)于電磁感應，下列說法中正確的是（）A穿過線圈的磁通量越大，感應電動勢越大； B穿過線圈的磁通量為零，感應電動勢一定為零；C穿過線圈的磁通量的變化越大，感應電動勢越大；D穿過線圈的磁通量變化越應電動勢越大。ba2如圖示,下列情況下線圈中不能產(chǎn)生感應電流的是（AI 增加 B線圈向右平動 C線圈向下平動D線圈以 ab 邊為軸轉(zhuǎn)動）Icd第2題3，水平面上放置兩根平行的金屬導軌，其v上面擱置兩根金屬棒 ab 和 cd，它們能在導軌上ab

15、 和 cd 棒之間，則）ca滑動，現(xiàn)有一條形磁鐵豎直 ab 和 cd 棒的運動情況是（ A相互靠近B相互排斥 C兩棒都向左方運動D兩棒都向右方運動db第3題4關(guān)于感應電流，以下說法正確的是（）只要閉合電路作切割磁感線運動時，閉合電路中就一定有感應電流；當穿過閉合電路的磁通量變化越大，閉合電路中感應電流就越強；C感應電生的磁場方向總是與原磁場的方向相反；ID以上說法都不正確。b5，三個線圈在同一平面內(nèi)，當 I 減小時，a、b 線圈中的感應電流方向為（A都為順時針方向；）aBa 線圈中為順時針方向，b 線圈中為逆時針方向；C都為逆時針方向；Db 線圈中為順時針方向，a 線圈中為逆時針方向。第 5

16、題6，勻強磁場的方向垂直紙面向里，而且邊界。）用力將矩形線圈從磁場中勻速拉出，下面敘述錯誤的是（ A拉出線圈的速度越大，拉力做功越多； B線圈的寬度 a 越大，拉力做功越多； C線圈電阻越大，拉力做功越多；D磁場的磁感應強度越大，拉力做功越多；F第 6 題 第 6 頁 Bacba7，閉合金屬線圈 abcd 位于水平方向勻強磁場的上方 h 處，由靜止開始下落，再進入磁場，在運動過程中，線圈平面始終和磁場方向垂直，d不計空氣阻力，那么線框在磁場中不可能作的運動是（）hA加速運動B勻速運動 C運動D狀態(tài)B第7題8（多選題）圖（a）為兩個相同的環(huán)形線圈，共軸并靠近放置，A 線圈通有如圖 4（b）所示的

17、交流電，則（）在t1 到t2 時間內(nèi)，A、B 兩線圈相吸。在t2 到t3 時間內(nèi)，A，B 兩線圈相斥。在t1 時刻兩線圈間作用力為零。在t2 時刻兩線圈間吸力最大。9第一個發(fā)現(xiàn)電流周圍存在著磁場的科學家是，英國物理第學8家題發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，即 n。物理學家在他發(fā)現(xiàn)該定律后，于 1883 年提出t了判定感應電流方向的定律。10，一閉合線圈 a 懸吊在一個通電長螺線管的左側(cè)，如果要使線圈中產(chǎn)生圖示方向的感應電流，滑動變阻器的滑片 P 應向滑動。要使線圈 a 保持不動，應給線圈施加一水平向的外力。第10題11，當條形磁鐵插進帶有缺口的圓形銅環(huán)時，在銅環(huán)中產(chǎn)生SNab，而不產(chǎn)生（選填“感應電流”或

18、“感應電動勢”），銅環(huán)的 a 端是電源的極。第11 題12一閉合線圈有 50 匝，總電阻 R20，穿過它的磁通量在 0.1s 內(nèi)由 8103Wb 增加到 1.2102Wb，則線圈中磁通量的變化率為Wb/s，線圈中的感應電動勢 V，線圈中的電流強度 IA。 第 7 頁 13，在磁感強度為 1T 的勻強磁場中，讓長為 1m、電阻為 0.5的導體棒 AB 在寬度也為 1m 的金屬框上以 1ms 的速度向右運動，已知電阻 R0.5，其它電阻忽略不計。導體棒 AB 中產(chǎn)生的感應電動勢為V，通過導體棒 AB 的電流是A第13題14，一質(zhì)量 m0.1kg 的金屬棒 ab 可沿接有電阻 R1的足夠長的豎直導體

19、框架無摩擦地滑動，框架間距 L50cm，勻強磁場的磁感應強度 B0.4T，方向如圖示，其余電阻均不計。若棒 ab 由開始沿框架下落 ，且與框保持良好接觸，那么在下落的前一階段，棒 ab 將做運動，當棒 ab 運動達到穩(wěn)定狀態(tài)時的速度 v。（g10m/s2）第 14 題15如圖示，電阻 r5的金屬棒 ab 放在水平光滑平行導軌 PQMN 上（導軌足夠長），ab 棒與導軌垂直放置，導軌間間距 L30cm，導軌上接有一電阻 R10，整個導軌置于豎直向下的磁感強度 B0.1T 的勻強磁場中，其余電阻均不計。現(xiàn)使 ab 棒以速度 v2.0m/s 向右作勻速直線運動，試求：（1）ab 棒中的電流方向及 ab 棒兩端的電壓 Uab；（2）ab 棒所受的力大小 Fab 和方向。第 15 題16，兩根相距 l 的豎直平行金屬導軌位于磁感應強度為 B 的勻強磁場中，磁場方向垂直于導軌平面，導軌電阻不計。另有兩根質(zhì)量均為 m、電阻均為 R 的金屬棒 ab、cd，與導軌光滑接觸。若要使 cd 棒，則應使 ab 棒在豎直方向作勻速直線運動。求：ab 棒的運動速度大小和方向；此時加在 ab 棒上的外力大小和方向。第 16 題 第 8 頁 aBbcd17，邊界的勻強磁場的磁感強度 B10T，寬度 d10cm，正方形單匝金屬線框 abcd邊長 l20c