高中物理交变电流复习.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高中物理交变电流复习第18单元：期末复习交 变 电 流 复 习一、知识网络产生: 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动而产生的瞬时值: 峰值: 有效值: 平均值： 周期和频率的关系:T=1/f图像：正弦曲线描述交变电流电感对交变电流的作用：通直流、阻交流，通低频、阻高频电容对交变电流的作用：通交流、阻直流，通高频、阻低频原理：电磁感应 变压比、变流比： 变压器

2、应用只有一个副线圈：有多个副线圈： 功率损失：电压损失：远距离输电方式：高压输电；升压变压器、降压变压器电能的输送定义：机械能是指动能和势能的总和。转化：动能和势能之间相互转化。机械能守恒：无阻力，动能和势能之间总量不变。机械能及其转化二、重、难点知识归纳1交变电流产生图17-1(1)、交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。 如下图所示（b）、（c）、（e）所示电流都属于交流，其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流，如图（b）所示。 而（a）、(d)为直流，其中（a）为恒定电流。（2）、正弦交流的产生及变化规律。A、 产生：当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速

3、转动时，线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化 的,即正弦交流。B、 当从中性面位置开始在匀强磁场中匀速转动时，产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数： 即 , 。 t是从该位置经t时间线框转过的角度也是线速度V与磁感应强 度B的夹角，还是线框面与中性面的夹角。C、 当从平行于B位置开始计时：则： ， t是线框在时间t转过的角度； 是线框与磁感应强度B的夹角；此时V、B间夹角为（/2一t）D、 对于单匝矩形线圈来说 Em = 2Blv = BS； 对于n匝面积为S的线圈来说Em = nBS。对于总电阻为R的闭 合电路来说。2、表征交变电流大小物理量A中性面：匀速旋转的线圈，位于跟磁感线垂直

4、的平面叫做中性面。对它进行以下说明： （1）此位置过线框的磁通量最多 （2）此位置磁通量的变化率为零所以 E = Em sin t=0，I Im sin t=0 （3）此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图中的t2，t4时刻，因而交流电完成一次全变化中线框两次 过中性面，电流的方向改变两次，频率为50Hz的交流电每秒方向改变100次B交流电的峰值：即最大的瞬时值。用大写字母表示，、。 ， 当为N匝时， （1）是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度秒； （2）最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁感应强度B平行； （3）最大值对应图中的t1、t3时刻，每周中出现两次。注意：线圈在匀强磁场中

5、绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时，所产生感应电动势的峰值为E= NBS，即仅由匝数N，线圈面积S，磁感强度B和角速度四个量决定。与轴的具体位置，线圈的形状及线圈是否闭合都无关。C瞬时值：对应某一时刻的交流的 用小写字母x 表示，e i u 瞬时值:, ,代入时间即可求出不过写瞬时值时，不要忘记写单位，D有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的就是分别用交流电，直流 电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值。（1）有效值跟最大值的关系: ， ， 。 （2）伏特表与安培表读数为有效值（3）用电器铭牌上标明的电压、电流值指有效值

6、（4）求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。注意：交流的有效值是按热效应来定义的，对于一个确定的交流来说，其有效值是一定的。而平均值是由公式确定的，其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定，在不同的时间段里是不相同的。如对正弦交流，其正半周或负半周的平均电动势大小为，而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时，只能用有效值。在计算通过导体的电量时，只能用平均值。E表征交变电流变化快慢的物理量 （1）周期T：电流完成一次周期性变化所用的时间。单位：s . （2）频率f：一秒内完成周期性变化的次数。单位：Z. （3）角频率：就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位：rad

7、/s. （4）角速度、频率、周期，的关系: =2f=3、变压器 （1）变压器的构造：原线圈、副线圈、铁芯 （2）变压器的工作原理：在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是 变压器工作的基础。 （3）理想变压器：磁通量全部集中在铁芯内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率。 （4）理想变压器电压跟匝数的关系：。说明：对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系，不 仅适用于原、副圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况。即有=， 或者。这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁心内。因此穿过每匝线 圈的磁通量的变化率是相同的，每匝线圈产生相同的电动势，因此每组

8、线圈的电动势与匝数成正比。在线 圈内阻不计的情况下，每组线圈两端的电压即等于电动势，故每组电压都与匝数成正比。 （5）理想变压器电流跟匝数的关系：（适用于只有一个副线圈的变压器）。说明：原副线圈电流和匝数 成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈时，反比关系即不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出：U1I1= U2I2+ U3I3+U4I4+再根据U2=U1 U3=U1 U4= U4可得出：n1I1=n2I2+ n3I3+ n4I4+ （6）理想变压器功率之间的关系：（适用于只有一个副线圈的变压器）。有多个副线圈时， （7）注意事项：当变压器原副线圈匝数比()确

9、定以后,其输出电压U2是由输入电压U1决定的(即U2=U1)但若副线圈上没有负载 , 副线圈电流为零输出功率为零 , 则输入功率为零,原线圈电流也为零,只有副线圈接入一定负载,有了一定的电流,即有了一定的输出功率，原线圈上才有了相应的电流（I1=I2），同时有了相等的输入功率，（P入=P出）所以说：变压器上的电压是由原线圈决定的，而电流和功率是由副线圈上的负载来决定的。D1 r D2U1 U1 U r U2 U2 Rn1 n1 n2 n2发电机升压变压器降压变压器用户输电线4、 电能的输送 (1) 输送电能的过程: (2) 高压输电的道理：功率之间的关系是：P1 = P1，P2 = P2，P1

10、= Pr + P2 ； 电压之间的关系是：； 电流之间的关系是：。三、典型例题例1、交流发电机在工作时产生的电压流表示式为，保持其他条件不变，使该线圈的转速和匝数同时增加一倍，则此时电压流的变化规律变为（ ）ABCD解析：线圈的转速和匝数同时增加一倍，则Um增加4倍，线圈的转速增加一倍，则为原来的两倍。答案为B。小试身手：关于线圈在匀强磁场中转动产生交变电流，以下说法正确的是（ ）A线圈每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C线圈每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都要

11、改变一次例2、如图17-4表示一交流随时间变化的图像，求此交流的有效值。图17-4解析：此题所给交流正负半周的最大值不相同，许多同学对交流电有效值的意义理解不深，只知道机械地套用正弦交流电的最大值是有效值的倍的关系，直接得出有效值，而对此题由于正负半周最大值不同，就无从下手。应该注意到在一个周期内前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根据有效值的 定义，选择一个周期的时间，利用在相同时间内通过相同的电阻所产生的热量相同，从焦耳定律求得。 IRT=I1R+ I2R，即I=(+（)，解得 I=A小试身手：一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生感应电动势为（V），则如下说法中正确的

12、是（ ）A此交流电的频率是100Hz Bt=0时线圈平面恰与中性面重合C如果发电机的功率足够大，它可使“220V100W”的灯泡正常发光 D用交流电压表测量的读数为V2.2、一个电热器接在10V的直流电源上，在ts内产生的焦耳热为Q，今将该电热器接在一交流电源上，它在2ts内产生的焦耳热为Q，则这一交流电源的交流电压的最大值和有效值分别是（ ）A最大值是V，有效值是10VB最大值是10V，有效值是VC最大值是V，有效值是5VD最大值是20V，有效值是V例3、如右图,理想变压器铁芯上绕有A、B、C三个线圈，匝数比为nA:nB:nC=4:2:1,在线圈B和C的两端各接一个相同的电阻R，当线圈A与交

13、流电源连通时，交流电流表A2的示数为I0，则交流电表A1的读数为_I0 。解析：此题如果轻易用电流强度与匝数成反比的关系来解，即得出IA=0.5I0就错了。应该注意到变压器副线圈有多组，电流反比关系不成立，但电压与匝数成正比的关系还是成立的，应先根据这一关系求出C组线圈电压，再根据R相等的条件求出C组电流，由和，得IC=0.5I0 .此后利用关系式 nA IA=nBnB +nCnC 即 4IA=2I0+10.5I0 得IA=0.625I0小试身手：如图17-8所示,变压器输入交变电压U一定,两个副线圈的匝数为n2和n3,当把一电阻先后接在a,b间和c,d 间时,安培表的示数分别为I和I，则I：

14、I为（ ）图17-8 A .n22 :n32 B .: C . n2 :n3 D . n32 :n22图17-10例4、将电阻R1和R2如下图17-10甲所示接在变压器上，变压器原线圈接在电压恒为U的交流电源上，R1和R2上的电功率之比为2：1，若其它条件不变，只将R1和R2改成如图乙接法，R1和R2上的功率之比为1：8。若甲图中原线圈电流为I1，乙图中原线圈电流为I2，求：（1）两组副线圈的匝数之比；（2）I1和I2之比。解析：（1）甲图中R1和R2串联，电流相同，功率与电阻成正比，所以有：R1=2R2（1） 设三组线圈的匝数分别是n1 ,n2 ,n3，两组副线圈上的电压分别是U2和U3，易

15、得：U2=U ， U3=U 乙图中R1和R2上的功率之比为1 : 8，即 8 （2） 联列（1）式和（2）式解得： = （2）设甲图中输出功率为P1，则P1=（）2/（R1+R2） 设乙图中输出功率为P2，则P2=（）2/R1+（）2/R2将R1=2R2，n3=2n2代入，可得： 。由于输入功率等于输出功率，所以甲、乙两图中输入功率之比也为，根据P=IU，电压恒定，所以两图中电流之比I1：I2=2：3小试身手：1、远距离输电，当输电电阻和输送功率不变时，则（ ） A. 输电线上损失的功率跟输送电线上的电流的平方成正比 B输电线上损失的电压跟输送电线上的电流成正比 C输送的电压越高，输电线路上损失的电压越大 D输电线上损失的功率跟输送电压的平方成正比6.2、用1万伏高压输送100千瓦的电功率，在输电线上损失2%的电功率，则输电线的电阻是_欧姆， 如果把输送电压降低一半，则输电线上损失功率将占输送功率的_%。6.3、如图16-10所示，理想变压器和三个定值电阻R1、R2和R3接在交流电源上，R1=R3，若R1、R2和R3上的电功率 相等，则R1：R2=_,变压器原、副线圈的匝数比为_。1、AB 2、 20 ，8 3、 1：4 ，2：1。-