第十二章 交流電電磁振蕩電磁波

1、第十二章  交流電、電磁振蕩、電磁波  一、主要內(nèi)容本章內(nèi)容包括交流電、正弦交流電的圖象、最大值、有效值、周期與頻率、振蕩電路，電磁振蕩、電磁場，電磁波，電磁波的速度等基本概念，以及交流發(fā)電機(jī)及其產(chǎn)生正弦交流電的原理，變壓器的原理，電能的輸送方法、C電路產(chǎn)生的電磁振蕩的周期和頻率等。二、基本方法本章涉及到的基本方法有利用空間想象的各種方法理解正弦交流電的產(chǎn)生原因和電磁振蕩的物理過程，運(yùn)用圖象法理解并運(yùn)用它來解決交流電和電磁振蕩的判斷、計算問題。從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)出發(fā)來理解交流電的有效值問題和電磁振蕩問題。三、錯解分析在本章知識應(yīng)用的過程中，初學(xué)者常犯的錯誤主要表現(xiàn)在：不能從能

2、的轉(zhuǎn)化的角度理解有效值，致使出現(xiàn)亂套公式的問題；由于初始條件不清，對電磁振蕩物理過程判斷失誤；不善于運(yùn)用兩個圖象對一個物理過程進(jìn)行動態(tài)分析。例1  如圖121所示，矩形線圈在外力的作用下，在勻強(qiáng)磁場中以。=200rads的角速度勻速轉(zhuǎn)動，線圈的面積為100cm2，匝數(shù)n=500匝，負(fù)載電阻R=30，磁場的磁感強(qiáng)度B=0.2T。交流電壓表的示磁力矩的大小?！惧e解】錯解一：錯解二：解得 M=8.66 N·m【錯解原因】錯解一中用電流的有效值計算某一瞬間線圈的電磁力矩是錯誤的。解法二中沒有注意到另一個隱含條件“線圈平面與磁感線垂直時開始計時”而導(dǎo)致上當(dāng)。【分析解答本題有三個隱含條

3、件：一為“瞬時”。二為線圈平而與磁感線垂直時開始計時，三為電路是純電阻對電路。MnBISsint解得：M=SN·m【評析】審題時要注意關(guān)鍵詞的物理意義。并且能在頭腦中把文字?jǐn)⑹龅奈镆约熬€圈在此位置的受力情況，力臂情況標(biāo)在圖上。這樣解題，就會言之有物，言之有據(jù)。例2  圖122中，降壓變壓器的變壓系數(shù)是3，即初級線圈匝數(shù)與次級線圈的匝數(shù)之比是3。初級線圈的輸入電壓是660V，次級線圈的電阻為0.2，這臺變壓器供給100盞220V，60W的電燈用電。求：（l）空載時次級線圈的端電壓和輸出功率；（2）接通時次級線圈的端電壓；（3）每盞燈的實(shí)際功率【錯解】（2）接通時，次級線圈的端

4、電壓仍為220V?！惧e解原因】（1）變壓器空載時，電路的電流為零，無能量的轉(zhuǎn)化，不能用P=（2）接通后次級線圈有電阻要消耗電能，由于次級線圈內(nèi)部存在電壓降，所以次級線圈的端電壓不再是220V，而應(yīng)以次級線圈為研究對象應(yīng)用閉合電路歐姆定律去求次級線圈的端電壓。（3）由于次級線圈的端電壓達(dá)不到燈泡的額定電壓，燈泡的實(shí)際功率要小于每盞燈的額定功率?！痉治鼋獯稹浚?）將變壓器視為理想變壓器。設(shè)空載時次級線圈的端電壓為U2。因?yàn)榭蛰d，次級線圈的負(fù)載電阻R2，次級線圈中的電流為零I2=0，P=I2U2=0次級線圈的端電壓U2=I2R外=214.68（V）【評析】理解能力的高低表現(xiàn)在把握文字的物理意義上。題

5、文中說“次級線圈的電阻為0.2”?？梢娢闹兴龅淖儔浩饔袃?nèi)耗，不是理想變壓器。這是課本上沒有介紹過的新情況。類比直流電路的知識，可從兩條路去求路端電壓，U=-Ir（電源電動勢減去內(nèi)電壓），或者用部分歐姆定律U=IR。例3  收音機(jī)的變壓器的初級線圈有1210匝，接在U1=220V的交流電源上，變壓器有兩個次級線圈。次級線圈的匝數(shù)為35匝，次級線圈的匝數(shù)是1925匝。如果不計變壓器自身的能量損耗，當(dāng)變壓器工作時，線圈的電流是0.3A時，初級線圈的電流I1=0.114A。求線圈中電流和輸出電壓（電流的計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）【錯解】【錯解原因】能量守恒定律，從輸入功率等于輸出功率入手求

6、解?！痉治鼋獯稹浚翰挥嬜儔浩髯陨淼哪芰繐p耗，由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律P1P2P3I1U1=I2U2+I3U3【評析】守恒定律P1=P2，I1U1=I2U2才有這個形式。不能死記硬背，不顧條件亂套公式。例4  如圖123所示，矩形線圈abcd在磁感強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場中繞軸OO，以角速度=10rads勻速轉(zhuǎn)動，線圈共10匝， ab=0. 3m，bc= 0. 6m，負(fù)載電阻R= 45。求（l）電阻R在0.05s內(nèi)所發(fā)出的熱量；（2）0.05s內(nèi)流過的電量（設(shè)線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動）【錯解】錯解一：第一步，求電流的有效值，用有效值來計算熱量。電動勢的最大值為m=2nBlv=nBS=10&#

7、215;2×0.3×0.6×10=113.1（V）電流的有效值所以0.05s內(nèi)R上發(fā)出的熱量Q=I2Rt=5.76（J）第二步，根據(jù)有效值求通過R上的電量，由題意0.05s內(nèi)通過R的電流方向不變qIt16×0.050.08（C）錯解二：第一步求平均電流，用平均電流計算熱量。第二步，由平均電流求電量【錯解原因】交流電的有效值是從電流產(chǎn)生焦耳熱相等的角度出發(fā)，使交流電與恒定電流等效；交流電的平均值是從電流通過導(dǎo)線橫截面的電量相等的角度出發(fā)，使交流電與恒定電流等效，兩個概念的出發(fā)點(diǎn)不同?！痉治鼋獯稹侩妱觿莸淖畲笾禐閙= 2nBlv=nBS=10×20.3×0.6×10=1131（V）所以0.05s內(nèi)R上發(fā)出的熱量Q=I2Rt=5.76（J）例5  圖124表示一交流電的電流隨時間而變化的自煙，此交流電的有效值是：（  ）【錯解】平均值，【錯解原因】有效值才有這樣的數(shù)量關(guān)系。本題所給的交流電的圖象不是正弦交流電的圖形，故該公式不適用此交流電。第二，交流電的最大值不是兩個不同峰值的算術(shù)平均值。【分析解答】交流電的有效值是根據(jù)其熱效應(yīng)而定義的，它是從電流產(chǎn)生