2．電磁波

變化的電場和磁場從產(chǎn)生的區(qū)域由近及遠(yuǎn)地向周圍空間傳播開去，就形成了電磁波。

有效地發(fā)射電磁波的條件是：(1)頻率足夠高(單位時間內(nèi)輻射出的能量P∝f ⁴)；(2)形成開放電路(把電場和磁場分散到盡可能大的空間里去)。

電磁波的傳播：

(1)不需要任何介質(zhì)

(2)在真空中任何電磁波傳播速度都是c=3.00×10⁸m/s，跟光速相同。

(3)頻率不同的電磁波波長不同。三者關(guān)系式：。

(4)電磁波是橫波。E與B的方向彼此垂直，而且都跟波的傳播方向垂直，因此電磁波是橫波。

1．電磁場

麥克斯韋電磁場理論的要點：要深刻理解和應(yīng)用麥克斯韋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)生磁場。

按照麥克斯韋的電磁場理論，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統(tǒng)一的場，這就是電磁場。電場和磁場只是這個統(tǒng)一的電磁場的兩種具體表現(xiàn)。

4．遠(yuǎn)距離輸電

一定要畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻。并按照規(guī)范在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量符號。一般設(shè)兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、n₁、n₁′、n₂、n₂′，相應(yīng)的電壓、電流、功率也應(yīng)該采用相應(yīng)的符號來表示。從圖中應(yīng)該看出功率之間的關(guān)系是：P₁=P₁′，P₂=P₂′，P₁′=P_r=P₂。電壓之間的關(guān)系是：，，。電流之間的關(guān)系是：，，�？梢娖渲须娏髦�間的關(guān)系最簡單，、、中只要知道一個，另兩個總和它相等。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，，而不能用。

特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失，由此得出的結(jié)論： (1)減少輸電線功率損失的途徑是提高輸電電壓或增大輸電導(dǎo)線的橫截面積。兩者相比，當(dāng)然選擇前者。(2)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。

[例題8]學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機，內(nèi)阻為r=1Ω，升壓變壓器匝數(shù)比為1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1，輸電線的總電阻為R=4Ω，全校22個教室，每個教室用“220V，40W”的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：(1)發(fā)電機的輸出功率多大？(2)發(fā)電機的電動勢多大？(3)輸電線上損耗的電功率多大？

解：(1)所有燈都正常工作的總功率為22×6×40=5280W，用電器總電流為A，輸電線上的電流A，降壓變壓器上：U₂=4U₂′=880V，輸電線上的電壓損失為：U_r=I_RR=24V ，因此升壓變壓器的輸出電壓為U₁′=U_R+U₂=904V，輸入電壓為U₁=U₁′/4=226V，輸入電流為I₁=4I₁′=24A，所以發(fā)電機輸出功率為P_出=U₁I₁=5424W

(2)發(fā)電機的電動勢E=U₁+I₁r=250V

(3)輸電線上損耗的電功率P_R=I_R²R=144W

[例題9]在遠(yuǎn)距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個坑口電站，輸送的電功率為P=500kW，當(dāng)使用U=5kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求：(1)這時的輸電效率η和輸電線的總電阻r。(2)若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？

解；(1)由于輸送功率為P=500kW，一晝夜輸送電能E=Pt=12000度，終點得到的電能E′=7200度，因此效率η=60%。輸電線上的電流可由I=P/U計算，為I=100A，而輸電線損耗功率可由P_r=I ²r計算，其中P_r=4800/24=200kW，因此可求得r=20Ω。

(2)輸電線上損耗功率，原來P_r=200kW，現(xiàn)在要求P_r′=10kW ，計算可得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為U ′=22.4kV。

3．工作原理：電磁感應(yīng)。

理想變壓器的兩個基本公式是：(1)，即對同一變壓器的任意兩個線圈，都有電壓和匝數(shù)成正比。(2)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：

(1)只有當(dāng)變壓器只有一個副線圈工作時，才有：、。

(2)變壓器的輸入功率由輸出功率決定，往往用到：，即在輸入電壓確定以后，輸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(fù)載電阻的阻值，而不是“負(fù)載”�！柏�(fù)載”表示副線圈所接的用電器的實際功率。實際上，R越大，負(fù)載越�。�R越小，負(fù)載越大。這一點在審題時要特別注意。

[例題6]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=288匝、n₃=8000匝，電源電壓為U₁=220V。n₂上連接的燈泡的實際功率為36W，測得初級線圈的電流為I₁=0.3A，求通過n₃的負(fù)載R的電流I₃。

解：由于兩個次級線圈都在工作，所以不能用I∝1/n，而應(yīng)該用P₁=P₂+P₃和U∝n。由U∝n可求得U₂=36V，U₃=1000V；由U₁I₁=U₂I₂+U₃I₃和I₂=1A可得I₃=0.03A。

[例題7]在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個圖中，能正確反應(yīng)其工作原理的是

　　 A．　　　　　　　 　　B．　　　　 　　　　C．　 　　　　　　　D．

解：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏�，因此原線圈匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中。選A。

2．構(gòu)造：閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈。

1．作用：改變交流電的電壓。

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E_m表示，有效值用E表示，瞬時值用e表示，平均值用表示。它們的關(guān)系為：E=E_m/，e=E_msinωt。平均值不常用，必要時要用法拉第電磁感應(yīng)定律直接求：。特別要注意，有效值和平均值是不同的兩個物理量，千萬不可混淆。

生活中用的市電電壓為220V，其最大值為220V=311V(有時寫為310V)，頻率為50H_Z，所以其電壓即時值的表達式為u=311sin314tV。

[例題1]交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子由B∥S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(dāng)線圈轉(zhuǎn)過30°時交流電壓的瞬時值為　　　 V。

解：電壓表的示數(shù)為交流電壓的有效值，由此可知最大值為U_m=U=20V。而轉(zhuǎn)過30°時刻的瞬時值為u=U_mcos30°=17.3V。

[例題2] 如圖為一交流電的電流隨時間而變化的圖像，則此交流電流的有效值是______。

解：根據(jù)交流電的定義：，解得I有=5A。

[例題3]通過某電阻的周期性交變電流的圖象如右。求該交流電的有效值I。

解：該交流周期為T=0.3s，前t₁=0.2s為恒定電流I₁=3A，后t₂=0.1s為恒定電流I₂=-6A，因此這一個周期內(nèi)電流做的功可以求出來，根據(jù)有效值的定義，設(shè)有效值為I，根據(jù)定義有：I ²RT=I₁²Rt₁+ I₂²Rt₂，帶入數(shù)據(jù)計算得：I=3A。

[例題4]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(yīng)強度為B，勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R。當(dāng)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：(1)通過R的電荷量q為多少？(2)R上產(chǎn)生電熱Q_R為多少？(3)外力做的功W為多少？

解：(1)按照電流的定義I=q/t，計算電荷量q應(yīng)該用電流的平均值：即，而，，這里電流和電動勢都必須要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬時值。

(2)求電熱應(yīng)該用有效值，先求總電熱Q，再按照內(nèi)外電阻之比求R上產(chǎn)生的電熱Q_R。，。這里的電流必須要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬時值。

(3)根據(jù)能量守恒，外力做功的過程是機械能向電能轉(zhuǎn)化的過程，電流通過電阻，又將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即放出電熱。因此。一定要學(xué)會用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來分析功和能。

[例題5]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

A．110V　　　 B．156V　　　 C．220V　　　 D．311V

解：從u-t圖象看出，每個周期的前半周期是正弦圖形，其有效值為220V；后半周期電壓為零。根據(jù)有效值的定義，，得U=156V，選B。

4．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(yīng)規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，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。

(1)只有正弦交變電流的有效值才一定是最大值的倍，、、。

(2)通常所說的交變電流的電流、電壓；交流電表的讀數(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值。(電容器的耐壓值是交流的最大值。)

3．描述交流電的周期性變化規(guī)律的物理量

(1)周期(T)：完成一次周期性變化所需要的時間。單位：秒s。

(2)頻率(f)：交流電在ls內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位：赫茲Hz。

二者關(guān)系：

(3)角頻率(ω)：線圈在t時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度。，單位：弧度/秒(rad/s)。

2．交流電的變化規(guī)律

(1)函數(shù)表達式：e=E_msinωt、i=I_msinωt、u=U_msinωt

(2)圖像：以e(i、u)為因變量，t或ωt為自變量作圖。