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第十四章交流电电磁波或许在城市和山野间你看到过这样的图景——坚实的铜架托着、吊着粗粗的输电线，你是否想过：它们从哪里采？又要去哪里？……这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电能送到我们身边．来自发电厂的电是交流电，你可知道发电厂是

怎样产生交流电的？交流电具有什么样的特征？交流电是怎样既经济又方便地从发电厂送到你家里的？生活中不同的家用电器需要不同的电压，什么器件能方便经济地改变交流电的电压？它的工作原理是什么？手机充电器又是怎样将交流电变成我们所需电压下的直流电呢

？收音机能让我们听到美妙的音乐；电视机能让我们欣赏到精彩的电视节目，甚至是远在地球另一侧的体育赛事的直播；手机能让我们与远方的亲友通话……在享受这种种便利的时候，你可曾想到这都得益于一种看不见的物质——电磁波！你可知道电磁波是

怎样产生与传播的？我们的声音与图像信号是怎样调制到电磁波上的？电感和电容在其中又发挥了什么样的作用？你能据此发明一个自己的无线电遥控设备吗？如此复杂多变的问题，相信你能通过本专题的学习得出答案，还不赶快看下去！知识要点（1）知道交变电流

，能用函数表达式和图像描述交变电流．（2）知道电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用．（3）知道变压器在电路中的作用，知道变压器电压与匝数的关系．（4）了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的原理．（5）知道交变电

流和三相交变电流．（6）通过电能的应用，认识物理学对于技术、经济、社会发展的意义．（7）知道电磁波及其发射、传播和接收原理．知道光的电磁本性和电磁波谱．举例说明电磁波在社会生活中的应用．（8）初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，体会其在物理学发

展中的意义．初步了解“场”是物质存在的形式之一．（9）了解移动通信的工作模式、常用术语和移动电话的常用功能．（10）知道常见传感器的工作原理，了解传感器在生产、生活中的应用，体会传感器的应用给人们带来的方便．（11）了解集成电路的发展及微电子技术对，日常生活、经

济、社会所产生的重大影响．（12）初步了解电视、广播和电视机的工作模式，知道电视机的主要结构，了解电视、广播技术的新进展．（13）初步了解家用电脑的组成．（14）知道模拟信号与数字信号的区别．了解信息传播、处理和存储技术的发展．了解网络技术对经济、社会的影

响，并能发表自己的见解．（15）列举电磁波在日常生活和生产中的广泛应用．了解电磁波的技术应用对人类生活方式的影响，结合日常生活中的具体实例发表见解．（16）举例说明科学技术的应用对人类现代生活产生的正面和负面影响，对科学、技术及社会协调发展的重要性发表自己的观点．应用举例例l在家庭电路中，为了

安全，一般在电能表后面的电路中安装一个漏电保护器，其工作原理图如图14—1所示，其中甲、乙两线圈绕在由矩形硅钢片组成的铁芯上，脱扣开关由脱扣开关控制器S控制，当甲线圈ef两端没有电压时，脱扣开关S能始终保持接通；当ef两端一旦有电压时，脱扣开关立即会自动断开，以起到保护作用，关于这个电路的工作原理

，下列说法中正确的是（）A．当用户家的电流超过一定值时，脱扣开关会自动断开B．当火线和零线之间电压太高时，脱扣开关会自动断开C．当站在地面上的人触及b线时，脱扣开关会自动断开D．当站在绝缘物上的人双手分别

接触b线和d线时，脱扣开关会自动断开分析与解答：分析题目可知，脱扣开关自动断开的条件是ef两端有电压，那么怎样使ef两端有电压呢？这便是解决本题的关键．ef两端与图中甲线圈相连，很容易想到利用电磁感应现象产生感应电动势，而甲

线圈中产生感应电动势需要通过甲线圈的磁通量发生改变．由于甲、乙线圈绕在同一个矩形硅钢片铁芯上，只要乙线圈中磁通量变化，通过乙线圈的磁通量就会发生改变．乙线圈是典型的双线绕法，两股线中通以大小相等、方向相反的电流时，两股线形成的磁场相互抵消，通过乙线圈的磁通量为零

．当出现漏电时，线圈中返回的电流小于正向通过的电流，磁通量不为零，使甲线圈中激发感应电动势，从而断开脱扣开关．由上面分析可知，脱扣开关是否断开是由乙线圈中两股线中电流是否相等决定，与电路中的总电流和路端电压无关，所以A．B选项不正

确；当站在地面上的人触及b线时，电流经过人体达到大地，出现漏电，脱扣开关自动断开，因此C选项正确；而当站在绝缘物上的人双手分别接触b线和d线时，虽然电流经过人体，造成触电事故，但并没漏电，通过两股线中电流相等，不会有磁通量变化，脱扣开关不会断开，故D选项不正确．说明：双线绕法是一种特殊的绕线方

式，在很多实际应用中能见到它的身影，例如在制作精密电阻时，为防止自感现象对电路的影响，就常常采用双线绕法．本题很容易误选D选项，主要是犯主观思维错误，误以为当站在绝缘物上的人双手分别接触b线和d线时，发生触电事故，脱扣开

关会自动断开，而仔细研究其工作原理发现”漏电”才是脱扣开关断开的根本原因．例2随着家用电器的普及，充电器（或骶压直流电源）越来越多走入我们的生活．如图14—2所示是某品牌充电器的主要电路图，其中1D，2D，3D，4D是二极管，当加上正向电压时，其电阻接近零；当加上反向电压时，其电阻

接近无穷大．请根据所学知识对该充电器的工作原理进行简单说明．分析与解答：充电器的作用是先将高压交流电变成低压交流电，然后再将低压交流电变成直流电，并使输出的电压尽可能稳定，最后将相对稳定的直流电输送给用电器．因此充电器一般包

含降压部分、整流部分和滤波部分，分别对应于图14—2中甲、乙、丙三部分．甲部分是一个绕制在硅钢片上的降压变压器，它负责完成将高压交流电变成低压交流电的工作．乙部分是一个桥式整流电路，它利用二极管的单向导通性，巧妙地完成了交流电向直流电的转化．降压变压器输出的正弦式交流电的图像如图14—3甲所示，

当电流由变压器次极线圈G端流出时，电流通过二极管2D到达输出端E，E为正极；当电流由变压器次极线圈H端流出时，电流通过二极管4D到达输出端E，E仍为正极，从而实现在E端总相当于电源正极的整流目的．通过图14—2乙所示桥式整流电路后

的电压如图14—3乙所示．经过桥式整流电路后得到的电流虽然已经是方向不变的电流，但其波动性很强，不利于利用，需要将它变得更加平稳些，这就需要滤波电路来完成．如图14—3乙所示电压可看做是一个交流电与一个直流电的组合，只需滤掉交流部分即可，而电容器的

一个重要作用是通交流、阻直流（利用电容器的充、放电完成），因此交流部分可直接通过它流回，从而完成滤波作用，而直流部分通过E、F送给用电器，经过滤波后的电压如图14—3丙所示．说明：本题电路图所示只是常用充电器中的一种电路，实际使用充电器的整流电路中除了桥式整流外，还有

半波整流、全波整流；滤波时除了电容滤波外，还可以使用电感滤波，甚至是复式滤波（电感与电容的组合），请查阅相关资料，了解它们的工作原理．在降压部分，除了使用线圈式变压器外，还可以使用电阻、电容等完成降压任务．例3曾经流行过一种向自

行车车头灯供电的小型交流发电机，图14—4甲为其结构示意图，图14—4乙为整体图．图中N，S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平行，它的一端有一半径01.0cmr=的摩擦小轮，

小轮与自行车车轮的边缘相接触．当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动．发电机线框由600N=匝导线圈组成，线圈所围的面积215cmS=，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感强度0.020TB=．请估算一下该车头灯配额定电压为多少的灯泡合适．（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无

相对滑动）分析与解答：要想知道选用额定电压为多少的灯泡，需知道该发电机的输出电压，而该发电机由摩擦小轮带动（通过自行车车轮驱动），可见必须先估算出自行车车轮的线速度，一般白行车的速度为5m/s左右，摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动，因此摩擦小轮的线速度为5m/s，则其角速度为25

rad/s500rad/s1.010vr−===．与摩擦小轮相连的线圈的角速度也为500rad/s，根据交流发电机的工作原理，它能产生的交流电的最大值为4m6000.0201510500V9.0VENBS−===，其有效值m26.4V2UE==，可见选用额定电压为6.4V左右的灯

泡比较合适．说明：本题告诉我们对一般常识性物埋知识的了解也很重要，例如知道自行车的一般速度、家用电器的大致额定电流值等．本题中估算出的小灯泡的额定电压非常接近6.3V，而这个数值正是技术人员设计这个小型交流发电机所希望的一种数值，因为在实际的灯泡产

品中，并不是任何电压值都有的．如一般手电筒中灯泡稳定电压为1.5V，2.5V，3.8V，一些仪器中指示灯额定电压为6.3V，汽车上的照明灯泡为24V，机床上的照明灯为36V等．我们还要注意正确理解额定电压的含义，例如额定电压为6.3V的灯泡，能承受的最佳电压为6.3V，而

实际电压比这个值略大或略小也能工作．本题中要注意我们通常所说的灯泡的额定电压是指其有效值，而不是最大值．另外，如果不再作任何改造，这种供电体系是非常脆弱的，当车速慢时，灯不易亮；而当车速太快时，很容易烧坏灯泡．你能发挥自己的聪明才智，设计一个电路来解决这个问

题吗？例4我们经常使用的固定电话是通过两条导线与电话局的交换机相连来传送电信号，如果不采取措施，发话者的音频信号必会传到自己的电话机听筒，使自己听到自己的讲话声，这就是“侧音”，较大的侧音会影响接听对方的讲话．如图14—5所示是某种电话机消侧音电路

与交换机连接的示意图，图中两个变压器完全相同，a，b，c，d，e，f六个线圈匝数相同，为了消除侧音现象，b，d两个线圈应该怎样相连？变阻器的作用是什么？分析与解答：由图14—5所示消侧音原理图可以大致看出，它是利用电磁感应现象来消侧音的．当人对着发话器讲话，声音信号转化为电信号，经放大器放大

后加在a线圈上，通过变压器感应到c线圈上，流经e线圈和交换机，正是流经e线圈的电流在f线圈中感应的电流信号经放大器放大后到达扬声器，从而形成侧音．找到了原因，就有了解决方法，只要d线圈形成的磁场能抵消e线圈形成的磁场，就不会在f线圈中形成干扰电流．因为d，e线圈的

匝数相同，所以要想能抵消磁场，流经它们的电流必须相等，变阻器R的作用就是完成电流调节，使流经d，e线圈的电流相等．先假定a线圈中某时刻的电流方向以及变化情况（增大或减小），然后利用楞次定律逐步判断出b，c，e线圈中感应电流的方向，因d，e线圈中磁场需有抵消关系，从而确定出各接

线连接情况是：1接4，2接3．说明：该电路能起消侧音的作用，请试分析一下上述分析与解答中的连接方法是否同时消摔了从交换机传过来的对方音频信号．在本题的情景中各线圈的匝数相等，若是匝数不等，该电路能否起到消侧音的作用？可以用调节电路的哪部分来实现？该电路为老式电话机的消侧音电路，在

新型电话机中一般是通过门电路（一个小集成电路）来实现消侧音，请你查阅相关资料．实践探索1．收录机等小型家用电器所用的稳压电源，是将220V的正弦交流电变为稳定的直流电的装置，其中的关键部分是整流电路．有一种整流电路可以将正弦交流电变成如图14—6

所示的脉动直流电（每半个周期都按正弦规律变化），则该脉动直流电电流的有效值为（）A．22AB．42AC．22AD．2A2．熔化金属的一种方法是用“高频炉”，它的主要部件是一个铜制线圈，线圈中有一坩锅，锅内放待熔的金属块．当线圈中通以高频交流电时，锅中

金属就可以熔化，这是因为（）A．线圈中的高频交流电通过线圈电阻，产生焦耳热B．线圈中的高频交流电产生高频微波辐射，深入到金属内部，产生热量C．线圈中的高频交流电在坩锅中产生感应电流，通过坩锅电阻产生热

量D．线圈中的高频交流电在金属中产生感应电流，通过金属电阻产生热量3．图14—7是4种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同且都是“220V，40W”，当灯泡所消耗的功率都调至20W时，哪种俞灯消耗的功率最小？（）4．“二分频”音箱内有高频、低频两个扬声器．音箱要将扩音机

送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低两个频段分离出来，送往相应的扬声器，图14—8为音箱的简化电路图，高低频混合电流由a，b端输入，L是线圈，C是电容器．则下列判断中正确的是（）A．甲扬声器是低频扬声器B．C的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器

C．L的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器D．乙扬声器中的电流的最大值一定比甲中的大5．有一盏霓虹灯，激发电压和熄灭电压都是84V，如果将其直接接在电压有效值是120V、频率为50Hz的正弦交流电源上，在1min内，该灯的实际发光时间为（）A．

10sB．20sC．30sD．40s6．家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成．接通电源后，220V交变电流经变压器，一方面在次级产生3.4V交流电对磁控管加

热，同时在次级产生2000V高压电经整流屯路转换为直流电后加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2450Hz的微波．微波输送至金属制成的加热器（炉腔），被来回反射，微波的电磁作用使食物内分子高频地运动而内外同时变热，并能最大

限度地保存食物中的维生素．有下述说法：①微波是振荡电路中自由电子运动而产生的②微波是原子外层电子受到激发而产生的③微波炉变压器的高压变压比为11：100④微波输出功率为700W的磁控管每秒内产生的光子数为152.310个以上说法中正确的是（）A．②和③B．①和③C．③和④D．①和④7．在

变电所里，需要用交流电表去监测电网上的强电流，但电网中的电流通常会超过一般电流表的量程，因此常使用的仪器是电流互感器，图14—9中最能反映其工作原理的是（图中线圈的疏密表示线圈匝数的多少）（）8．科学家曾经设想通过高耸的天线塔，以无线电波的形式将电能输送到指定地点，但一直没有在应用层面上获得成

功，其主要原因是这类无线电波（）A．在传输中很多能量被吸收B．在传输中易受山脉阻隔C．向各个方向传输能量D．传输能量易造成电磁污染9．热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象．辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射

能量．在研究同一物体于不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图14—10所示的图线，图中横轴表示电磁波的波长，纵轴M表示物体在不同温度下辐射电磁的强度，则由M−图线可知，同一物体在不同温度下，将（）A

．向外辐射相同波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的最大辐射强度随温度升高而减小D．向外辐射的最大辐射强度电磁波的波长向短波方向偏移10．测定压力变化的电容式传感器的原理如图14—11所示，A为固定电极，B为可动电极，A，B组

成一个电容可变的电容器．可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，使可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容．现将此电容式传感器连接到如图14—11所示的交流电路中，图中A为交流电流表，R为保护电阻，若保持交流电的频率及电压的有效值不变，则（）A．当待测压力增大时

，电容器的电容将减少B．当待测压力增大时，电流表的示数将增大C．当待测压力不变时，电流表的示数为零D．当待测压力为零时，电流表的示数为零11．如图14—12所示是通过电容器电容的变化来检测容器内液面高低的仪器示意图．容器中装有导电溶液

，构成电容器的一个电极，套有绝缘介质的金属棒构成电容器的另一个电极，使该电路产生电磁振荡后，其振荡频率（可用与该电路相连的频率计显示）反映出液面的高低，当显示的频率变大了，则说明液面__________（填“升高”“降低”或“不变”）．

12．小明平常非常喜欢动手实验，他在研究一些电器时，发现很多电器内有电容器，而它们的耐压值往往高于220V，例如某品牌电风扇内的电容器的耐压值就标为400V．小明通过学习知道中国家庭用电电压为220V，但不知道为什么电

容器耐压值要高于220V，你能帮他解释吗？13．建在雅龚江上的二滩水电站于1991年9月动工，1997年11月10日下闸蓄水，1998年开始向西南电网送电，设计装机容量为433010kW，2000年竣

工之后，年发电量达到170亿度，大坝为混凝土双曲拱坝，坝高240m，是20世纪亚洲装机容量、库容最大的水利枢纽工程．设想将二滩的电能输送到成都地区，如果使用相同的输电线，从减少输电线上电能损失来看，在45010V超高压和41110V高压输电方案中应

选用哪种输电方案？求该方案的输电线损失与另一种方案的输电线损失的比值．14．雷达是利用电磁波来测定物体位置和速度的设备，它可以向一定方向发射电磁波脉冲，当电磁波遇到障碍物时会发生反射．雷达在发射和接收到反射回来的电磁波脉冲时，在监视屏上

将对应呈现出一个尖形波．某防空雷达发射的电磁波频率4310MHzf=，如果雷达监视屏上显示某次发射和接收的尖形波如图14—13所示，相邻刻线间表示的时间间隔为51.010s−，求被监视的目标到雷达的距离和该雷达发出的电磁波的波长．