高中物理交变电流知识点及练习.docx
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1、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: I=I msint峰值:I m= nsB/R有效值: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、阻沟通,通低频、阻高频电容对交变电流的作用:通沟通、阻直流,通高频、阻低频原理:电磁感应 变压比:U1/U2=n1/n2应用变压器只有一个副线圈:I1/I2=n2/n1有多个副线圈:I1n1= I2n2= I3n3=变流比:电能的输送功率损失:电压损失:远间隔 输电方式:高压输电1交变电流产生图17-1(一)、交变电流:大小和方向都随时间作周期性改变的电流叫做交变电流,简称沟通。如图17-1
2、所示b、c、e所示电流都属于沟通,其中按正弦规律改变的沟通叫正弦沟通。如图b所示。而a、(d)为直流其中a为恒定电流。二、正弦沟通的产生及改变规律。 (1)、产生:当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中产生的沟通是随时间按正弦规律改变的。即正弦沟通。(2)、中性面:匀速旋转的线圈,位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大,但切割边都未切割磁感线,或者说这时线圈的磁通量改变率为零,线圈中无感应电动势。(3)、规律:从中性面开始计时,那么e=NBSsint 。用表示峰值NBS那么e=sint在纯电阻电路中,电流I=sint=Isint,电压u=Usint 。
3、2、表征交变电流大小物理量(1)瞬时值:对应某一时刻的沟通的值 用小写字母x 表示,e i u(2)峰值:即最大的瞬时值。大写字母表示,Ummmm= nsB m=m/ R留意:线圈在匀强磁场中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=NBS,即仅由匝数N,线圈面积S,磁感强度B和角速度四个量确定。及轴的详细位置,线圈的形态及线圈是否闭合都是无关的。(3)有效值:a、意义:描绘沟通电做功或热效应的物理量b、定义:跟沟通热效应相等的恒定电流的值叫做沟通的有效值。c、正弦沟通的有效值及峰值之间的关系是= I= U=。留意:正弦沟通的有效值和峰值之间具有=,U=的关系,非正弦或余弦沟
4、通无此关系,但可按有效值的定义进展推导,如对于正负半周最大值相等的方波电流,其热效应和及其最大值相等的恒定电流是一样的,因此其有效值即等于其最大值。即I=I。e、沟通用电器的额定电压和额定电流指的是有效值;沟通电流表和沟通电压表的读数是有效值。对于沟通电假设没有特殊说明的均指有效值。f、在求沟通电的功、功率或电热时必需用沟通电的有效值。(4)峰值、有效值、平均值在应用上的区分。 峰值是沟通改变中的某一瞬时值,对纯电阻电路来说,没有什么应用意义。假设对含电容电路,在推断电容器是否会被击穿时,那么需考虑沟通的峰值是否超过电容器的耐压值。 沟通的有效值是按热效应来定义的,对于一个确定的沟通来说,其有
5、效值是肯定的。而平均值是由公式确定的,其值大小由某段时间磁通量的改变量来确定,在不同的时间段里是不一样的。如对正弦沟通,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。在计算沟通通过电阻产生的热功率时,只能用有效值,而不能用平均值。在计算通过导体的电量时,只能用平均值,而不能用有效值。 在实际应用中,沟通电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值,沟通电流表和沟通电压表指示的电流、电压也是有效值,解题中,假设题示不加特殊说明,提到的电流、电压、电动势时,都是指有效值。(5)、表征交变电流改变快慢的物理量a、周期T:电流完成一次周期性改变所用的时间。单位:s .b、频率f:
6、一秒内完成周期性改变的次数。单位:Z.c、角频率:就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位:rad/s.d、角速度、频率、周期,的关系=2f=(6)、疑难辨析图17-2沟通电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的改变率成正 比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时,线圈磁通量也是按正弦或余弦规律改变的,假设从中性面开始计时,t=0时,磁通量最大,应为余弦函数,此刻改变率为零切线斜率为零,t=时,磁通量为零,此刻改变率最大切线斜率最大,因此从中性面开始计时,感应电动势的瞬时表达式是正弦函数,如上图17-2所示分别是=cost和e=sint。3、变压器1变压器的构造: 原线圈、 副线圈、 铁心2变压器的工作
7、原理 在原、副线圈上由于有交变电流而发生的相互感应现象,叫做互感现象,互感现象是变压器工作的根底。3志向变压器:磁通量全部集中在铁心内,变压器没有能量损失,输入功率等于输出功率。4志向变压器电压跟匝数的关系: U1/U2= n1/n2说明:对志向变压器各线圈上电压及匝数成正比的关系,不仅适用于原、副圈只有一个的状况,而且适用于多个副线圈的状况。即有=。这是因为志向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改变率是一样的,每匝线圈产生一样的电动势,因此每组线圈的电动势及匝数成正比。在线圈内阻不计的状况下,每组线圈两端的电压即等于电动势,故每组电压都及匝数成正比。5志向变压器电流跟
8、匝数的关系I1/I2= n2/n1 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状况,一旦有多个副线圈时,反比关系即不适用了,可根据输入功率及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考前须知1当变压器原副线圈匝数比()确定以后,其输出电压U2是由输入电压U1确定的(即U2=U1)但假设副线圈上没有负载 , 副线圈电流为零输出功率为零 , 那么输入 功率为零,原线圈电流也为零,只有副线圈接入肯定负载,有了肯定的电流,即有了肯定
9、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确定的,而电流和功率是由副线圈上的负载来确定的。4、电能的输送(1)输送电能的过程:输送电能的过程如下所示:发电站升压变压器高压输电线降压变压器用电单位。 (2). 高压输电的道理思路:输电导线电阻发热损失电能减小损失。输电要用导线,导线当然有电阻,假如导线很短,电阻很小可忽视,而远间隔 输电时,导线很长,电阻大不能忽视。电流通过很长的导线要发出大量的热,所以,输电时,必需设法减小导线发热损失。由焦耳定律Q=I2Rt,减小发热Q有以下三种方法:一是减小输电时间t,二是减小输电线电阻
10、R,三是减小输电电流I。第一种方法等于停电,没有实际价值。第二种方法从材料、长度、粗细三方面来说都有实际困难。适用的超导材料还没有探讨出来。解除了前面两种方法,就只能考虑第三种方法了。从焦耳定律公式Q=I2Rt可以看出,第三种方法是很有效的:电流减小一半,损失的电能就降为原来的四分之一。所以说要减小电能的损失,必需减小输电电流。但从另一方面讲,输电就是要输送电能,输送的功率必需足够大,才有实际意义。根据公式P=UI,要使输电电流I减小,而输送功率P不变足够大,就必需进步输电电压U。所以说通过高压输电可以保证在输送功率不变,减小输电电流来减小输送电的电能损失。(3) 变压器能把沟通电的电压上升或
11、降低在发电站都要安装用来升压的变压器,实现高压输电。但是我们用户运用的是低压电,所以在用户旁边又要安装降压的变压器。一是为了平安,二是用电器只能用低电压。例1、沟通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,那么此时电压流的改变规律变为 ABCD解析:线圈的转速和匝数同时增加一倍,那么Um增加4倍,线圈的转速增加一倍,那么为原来的两倍。答案为B。点拨:此题是一个根底题,考察的是对电压流表示式为的理解,最好亲自动手推导公式,才有利于公式的记忆。例2、如图17-4表示一沟通随时间改变的图像,求此沟通的有效值。图17-4 解析:此题所给沟通正负半周的最大值
12、不一样,很多同学对沟通电有效值的意义理解不深,只知道机械地套用正弦沟通电的最大值是有效值的倍的关系,干脆得出有效值,而对此题由于正负半周最大值不同,就无从下手。应当留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,利用在一样时间内通过一样的电阻所产生的热量一样,从焦耳定律求得。 IRT=I1R+ I2R 即I=(+) 解得 I=A例3、如图17-5所示,在匀强磁场中有一个“形导线框可绕AB轴转动,匀强磁场的磁感强度B=T,线框的CD边长为20cm、CE、DF长均为10cm,转速为50r/s,假设从图示位置开始计时1写出线框中感应电动势的瞬时值表达式。
13、2假设线框电阻r=3,再将AB两端接“6V,12W灯泡,小灯泡能否正常发光?假设不能,小灯泡实际功率多大? 解析:1留意到图17-5示位置磁感线及线圈平面平行,瞬时值表达式应为余弦函数,先出最大值和角频率。 =2n=100rad/s =BS=100=10(V) 所以电动势瞬时表达式应为e=10cos100t(V)。图17-52小灯泡是纯电阻电路,其电阻为R=首先求出沟通电动势有效值=10V此后即可看成恒定电流电路,如图15-5 所示,明显由于R=r,=5v,小于额定电压,不能正常发光。其实际功率是p=8.3(w)点拨:此题是一个综合计算题,考察的是电动势的最大值和有效值之间关系,应当多加强这方
14、面的练习,以熟识此计算公式。图17-7例4、如图17-7所示,志向变压器铁芯上绕有A、B、C三个线圈,匝数比为nA:nB:nC=4:2:1,在线圈B和C的两端各接一个一样的电阻R,当线圈A及沟通电源连通时,沟通电流表A2的示数为I0,那么沟通电表A1的读数为_I0 。解析:此题假如轻易用电流强度及匝数成反比的关系来解,即得出IA0就错了。应当留意到变压器副线圈有多组,电流反比关系不成立,但电压及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IC0 .此后利用关系式 nA IA=nBnB +nCnC即 4IA=2I0+10 得IA0点拨:此
15、题为一个简洁计算题。考察的是对变压器工作规律的一个理解。例5、将电阻R1和R2如以下图17-10甲所示接在变压器上,变压器原线圈接在电压恒为U的沟通电源上,R1和R2上的电功率之比为2:1,假设其它条件不变,只将R1和R2改成如图乙接法,R1和R2上的功率之比为1:8。假设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;2I1和I2之比。解析:1甲图中R1和R2串联,电流一样,功率及电阻成正比,所以有 R1=2R21 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,易得U2=U U3=U乙图中R1和R2上的功率之比为1 : 8图17-
16、10即 8 2联列1式和2式解得 =2设甲图中输出功率为P1,那么P1=2/R1+R2设乙图中输出 功率为P2,那么P2=2/R1+2/R2以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点拨:此题是一个综合计算题,考察的是变压器电压、电流及线圈匝数的关系,并且要理解变压器中输出功率及输入功率之间的关系。106瓦,如今用户处安装一降压变压器,用户的电压为220伏,发电厂到变压器间的输电导线总电阻为22欧,求:(1)输电导线上损失的电功率;(2)变压器原副线圈匝数之比。解析:1应先
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- 高中物理 电流 知识点 练习
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