【高中物理】交变电流、变压器教案讲义(共16页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上交变电流一、基础知识1.交变电流(1)交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流,叫做交变电流。 (2)正弦式交变电流:上图(a)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。由线圈在匀强磁场里绕垂直于磁场方向的轴匀速转动而产生。(3)周期、频率和角速度的关系:2f 。(4)变化规律: 规律物理量函数图象磁通量mcos t BScos t电动势eEmsin t nBSsin t电压uUmsin t sin t电流iImsin t sin t线圈平面与中性面重合时,SB,最大,0,e0,i0,电流方向将发生改变线圈平面与中性面垂直时,SB,0,最大,e最大,i最大,电流
2、方向不改变(5)交变电流的有效值:对于正(余)弦式交流电,有效值可以利用I,U,E来计算。对于非正(余)弦式交流电,交变电流的有效值是根据电流通过电阻时产生的热效应定义的,即让交变电流和直流电流通过相同的电阻,在相同的时间里若产生的热量相同,则交变电流(电压)的有效值就等于这个直流电流(电压)的值,I2RtI12Rt1+I22Rt2+I32Rt3+ ,tt1+t2+t3+ ,其中tt1+t2+t3+(6)“四值”的比较:物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsin tiImsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值EmnBSIm讨论电容器的击穿电压有效值跟
3、交变电流的热效应等效的恒定电流的值EUI适用于正(余)弦式交变电流(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值Bln计算通过电路截面的电荷量交变电流瞬时值表达式的求法(1)先求电动势的最大值EmnBS;(2)求出角速度,;(3)明确从哪一位置开始计时,从而确定是正弦函数还是余弦函数;(4)线圈从中性面位置开始转动,则it图象为正弦函数图象,函数式为iImsin t.(5)线圈从垂直中性面位置开始转动,则it图象为余弦函数图象,函数式为iImcos t.(6
4、)写出瞬时值的表达式2.变压器(1)基本关系式:功率关系,P入=P出电压关系,有多个副线圈时电流关系,有多个副线圈时,U1I1U2I2U3I3UnIn(2)制约关系:电压,副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定,即U2U1(原制约副)功率,副线圈中的功率P2由用户负载决定,原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定,即P1P2(副制约原)电流,原线圈的电流I1由副线圈的电流I2和匝数比决定,即I1I2(副制约原)(3)高压输电:输送电流,I能量损失,Q=U I I= I2Rt。电压损失,UUUIR功率损失,PPPI2R2R(4)匝数比不变负载改变时:U1不变,根据,输入电压U1决定输出
5、电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2也不变。当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。I2变化引起P2变化,由P1P2知P1发生变化。两个相互靠近的线圈,其中一个电流发生变化,它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电流。(5)负载不变匝数比改变时:U1不变,发生变化,U2变化。R不变,U2变化,I2发生变化。根据P2和P1P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变时,I1发生变化。(6)一般解题思路:二、常规题型例1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是(C)A线圈平面每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次,感应电动势
6、的方向不变B线圈每转动一周,感应电流的方向改变一次C线圈平面每经过中性面一次,感应电动势和感应电流的方向都改变一次D线圈每转动一周,感应电动势和感应电流的方向都改变一次依据交流电的变化规律可知,如果从中性面开始计时,有eEmsin t和iImsin t;如果从垂直于中性面的位置开始计时,有eEmcos t和iImcos t.不难看出:线圈平面每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次,感应电动势的方向也改变一次;线圈每转动一周,感应电流的方向和感应电动势的方向都改变两次故正确答案为C.练习1.小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如图所示此线
7、圈与一个R10 的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻,下列说法正确的 (C)A交变电流的周期为0.125 sB交变电流的频率为8 Hz C交变电流的有效值为 AD交变电流的最大值为4 A由题图可知,交变电流的周期为0.250 s,频率为4 Hz,交变电流的最大值为 A2 A,有效值为 A A,所以应选C.练习2.如图所示是一台发电机的结构示意图,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,它们的表面呈半圆柱面形状M是圆柱形铁芯,它与磁极的柱面共轴,铁芯上有一矩形线框,可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场若从图示位置开始计时,当线框绕固定转动轴匀速转动时
8、,下列图象中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是(D)因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状,故线框在磁场中转动时一直垂直切割磁感线,产生的感应电动势的大小不变,线框越过空隙段后,由于线框切割磁感线方向发生变化,所以感应电动势的方向发生变化,综上所述,D正确练习3. 如图甲所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角45°时(如图乙)为计时起点,并规定当电流自a流向b时,电流方向为正则下列四幅图中正确的是(D)t0时刻,根据题图乙表示的转动方向,由右手定则知,线圈中电流方向为adcba,与规定的电流正方
9、向相反,电流为负值又因为此时ad、bc两边的切割速度方向与磁场方向成45°夹角,由E2Blv,可得E2×BlvEm,即此时电流是最大值的倍,由图乙还能观察到,线圈在接下来45°的转动过程中,ad、bc两边的切割速度v越来越小,所以感应电动势应减小,感应电流应减小,故瞬时电流的表达式为iImcos (t),则图象为D图象所描述,故D项正确练习4.实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型,正方形线圈在水平匀强磁场中,绕垂直于磁感线的OO轴匀速转动今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表,并让线圈每秒转25圈,读出电压表的示数为10 V已知R10 ,线圈电阻忽略不计
10、,下列说法正确的是 (D)A线圈平面与磁场平行时,线圈中的瞬时电流为零B从线圈平面与磁场平行开始计时,线圈中感应电流瞬时值表达式为isin 50t AC流过电阻R的电流每秒钟方向改变25次D电阻R上的热功率等于10 W线圈平面与磁场平行时,瞬时感应电流最大,A错从线圈平面与磁场平行时开始计时,m10 V,f25 Hz,icos 50t A,B错电流方向每秒改变50次,C错PR10 W,D正确例2. 如图甲所示,为一种调光台灯电路示意图,它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度给该台灯接220 V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示,则此时交流电压表的示数为 (B)A220 V B110
11、 V C.V D. V设电压的有效值为U,根据有效值定义有·T,解得U110 V,则B项正确练习1.如图所示,图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻,则经过1 min的时间,两电阻消耗的电功之比W甲W乙为 (C)A1 B12 C13 D16电功的计算中,I要用有效值计算,图甲中,由有效值的定义得()2R×2×1020()2R×2×102IR×6×102,得I1 A;图乙中,I的值不变,I21 A,由WUItI2Rt可以得到W甲W乙13.练习2. 电阻R1、R2与交
12、流电源按照如图甲所示方式连接,R110 、R220 .合上开关S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示则(B)A通过R1的电流的有效值是1.2 ABR1两端的电压有效值是6 VC通过R2的电流的有效值是1.2 ADR2两端的电压有效值是6 V由题图知流过R2交流电电流的最大值I2m0.6 A,有效值I20.6 A,故选项C错误;由U2mI2mR212 V知,U212 V,选项D错误;因串联电路电流处处相同,则I1m0.6 A,电流的有效值I10.6 A,故选项A错误;由U1I1R16 V,故选项B正确练习3. (2012·北京)一个小型电热器若接在输出电压为10
13、 V的直流电源上,消耗电功率为P;若把它接在某个正弦式交流电源上,其消耗的电功率为.如果电热器电阻不变,则此交流电源输出电压的最大值为(C)A5 V B5 V C10 V D10 V根据P,对直流电有P,对正弦式交流电有,所以正弦式交流电的有效值为U V,故交流电源输出电压的最大值UmU10 V,故选项C正确,选项A、B、D错误例3.(多选)如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象,当调整线圈转速后,所产生正弦交流电的图象如图线b所示,以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是(BC)A在图中t0时刻穿过线圈的磁通量均为零B线圈先后两次转速之比为32C交流电a的瞬时值表达
14、式为u10sin 5t (V)D交流电b的最大值为5 Vt0时刻穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,故电压为零,A错读图得两次周期之比为23,由转速n得转速与周期成反比,故B正确读图得a的最大值为10 V,5 rad/s,由交流电感应电动势的瞬时值表达式eEmsin t (V)(从线圈在中性面位置开始计时)得,u10sin 5t (V),故C正确交流电的最大值EmnBS,所以根据两次转速的比值可得,交流电b的最大值为×10 V V,故D错练习1.如图所示,线圈abcd的面积是0.05 m2,共100匝,线圈电阻为1 ,外接电阻R9 ,匀强磁场的磁感应强度B T,当线圈以300
15、r/min的转速匀速旋转时问:(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式;(2)线圈转过 s时电动势的瞬时值多大?(3)电路中,电压表和电流表的示数各是多少?(4)从中性面开始计时,经 s通过电阻R的电荷量是多少?(1)eEmsin tnBS·2fsin (2ft)100××0.05×2×sin (2×t) V50sin 10t V(2)当t s时,e50sin (10×) V43.3 V .(3)电动势的有效值为E V35.4 V,电流表示数I A3.54 A,电压表示数UIR3.54×
16、9 V31.86 V.(4) s内线圈转过的角度t×2×. 该过程中,BSBScos BS,由,得q C C.练习2.一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2115,原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u如图所示副线圈仅接入一个10 的电阻则 (D)A流过电阻的电流是20 AB与电阻并联的电压表的示数是100 VC经过1分钟电阻发出的热量是6×103 JD变压器的输入功率是1×103 W原线圈中电压的有效值是220 V由变压比知副线圈中电压为100 V,流过电阻的电流是10 A;与电阻并联的电压表的示数是100 V;经过1 分钟电阻发出的热量是6×1
17、04 J;P入P出 V1×103 W 练习3.(多选)一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示由图可知(BD)A该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin (25t) VB该交流电的频率为25 HzC该交流电的电压的有效值为100 VD若将该交流电压加在阻值为R100 的电阻两端,则电阻消耗的功率是50 W周期T4×102 s,峰值电压Um100 V,频率f25 Hz,有效值U50 V加在R100 的电阻两端时,电阻消耗的热功率P50 W,电压的瞬时值表达式uUmsin t100sin (50t) V例4. (2012·广东)(多选)某小型发电机产生的交变电动
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- 高中物理 电流 变压器 教案 讲义 16
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