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1、交流电交流电2007年高考物理考试说明内容要求交变电变电流交变电变电流的图图像正弦交变电变电流的函数表达式，峰值值和有效值值理想变压变压器远远距离输电输电知识结构交变电流变化规律图像特征量产生变压器电压关系功率关系电流关系远距离输电交变电流的定义大小和方向都随时间做周期性变化的电流，叫做交变电流，简称交流。为什么要开发和使用交变电流？电路性能更丰富、可用电元件更多便于远距离输送线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生交流，但这不是产生交流的惟一方式交变电流的产生类型2：导体垂直于磁场方向作切割磁感线运动，它的速度或有效切割长度按正弦规律变化，导体中产生正弦交变电流类型3：线圈垂直于磁场
2、方向，磁感应强度按正弦规律变化，线圈中产生正弦交变电流类型1：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线圈中产生正弦交变电流，这是交流发电机的模型正弦交变电流产生的类型交变电流的变化规律问题：线圈经过什么位置时电流的方向发生变化？中性面：在线圈平面垂直于磁感线时各边都不切割磁感线，线圈中没有感应电流，这样的位置叫中性面。线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零结论：线圈每经过中性面一次感应电流的方向就改变一次线圈转动一周感应电流的方向改变两次。1.方向变化规律：NSOORabcdvt时刻穿过线圈的磁通量为F(t)=BScoswt每匝线圈内的感应电
3、动势大小e0=F(t)=BSwsinwtn匝线圈内的总感应电动势e=ne0=nBSwsinwt用“切割”推导同样得到上述结果。=Emsinwt2.交流电的大小变化规律（1）电动势按正弦规律变化（2）电流按正弦规律变化（3）电路上的电压按正弦规律变化把线圈的电阻组成闭合电路，电路中就有感应电流，实验证明：在只含有电阻的电路中，适用于直流电路的欧姆定律也适用于交流电路，有RSEret图象it图象ut图象TTT正弦交流电的图像问题探究问题1：（）实际的发电机为了运行平稳，转轴通常位于非工作边的中点连线，若将转轴向左或向右平移任意距离，线圈中是否产生相同规律的交流。（）若将线圈换成等面积的圆形线圈，使
4、其绕位于直径的匀速转动，线圈中是否产生相同规律的交流。问题2：若从线圈转到与磁感线平行时开始计时，交变电流的波形图又是怎样的呢？问题3：交变电流能转换成直流电吗？余弦波线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生的正弦交变电流与轴的位置及线圈的形状无关问题4：电流是电荷的定向移动而形成的。在金属导体中，自由电子的无规则热运动对于电流的形成不起作用，可以不加考虑，而认为稳恒电流是自由电子沿一方向做匀速直线运动形成的。那么自由电子做什么样的运动才会形成按正弦规律变化的交变电流呢？简谐运动表征交变电流的物理量瞬时值最大值有效值平均值交流电的四值及其应用瞬时值：反映不同时刻交流电的大小和方向，
5、瞬时值是时间的状态函数。求线圈某时刻受安培力及其力矩应该用瞬时值。最大值：即最大的瞬时值，也叫峰值，它反映的是交流电大小的变化范围Em=NBS。在考虑电容器的耐压值时应该用最大值。平均值：它是指交流电图像中图线与横轴所包围的面积跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律来求，而不等于初末状态瞬间值的算术平均值。求通过导体的电量时，应该用交流电的平均值。注意：不同时间内对应不同的平均值有效值：依据：电流热效应（焦耳定律）定义：使交变电流和直流电流通过相同的电阻，如果它们在相等时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值，即跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值。特点：根据电流的
6、热效应定义，与时间间隔和电流的方向无关说明：1.求交流电产生的热量和电功率以及确定保险丝熔断电流时应该用交流电的有效值。2.各种交流电器设备上的标称值及交流电表上的测量值都指有效值对于正弦式电流，其有效值和最大值的关系为：题目：家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，比过去用变压器调压方便且体积小某电子调光灯经调整后电压波形如图所示，则灯泡两端的电压为题目：图a为某型号电热毯的电路图，将电热丝接在的电源上，电热毯被加热到一定温度后，由于P的作用使输入的正弦交流电仅有半个周期能够通过，即电压变为图b所示波形
7、，从而进入保温状态，则此时交流电压表的读数是（）A156VB110VC78VD55V题目：如图所示，已知闭合线圈abcd的匝数为n，边长分别为l1和l2，电阻为R在图中虚线的右侧空间存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向如图线圈匀速转动，角速度是.求(1)从图示位置开始计时，转过90角的过程中，流过线圈的感应电流的总电量(2)定性地画出穿过线圈的磁通量及线圈内的感应电流i随时间t变化的图像(3)线圈中生热的功率电脑用变压器变压器3）铁芯：会聚磁场的作用1）原线圈：跟电源相连（也叫初级线圈）2）副线圈：跟负载相连（也叫次级线圈）一变压器的结构和符号原线圈副线圈铁芯U1U2电路符号变压器的工作原
8、理原线圈副线圈铁芯U1U2把交变电压加在原线圈上原线圈中的交变电流在铁芯中产生交变的磁通量这个交变的磁通量不但穿过原线圈也穿过副线圈所以也在副线圈中激发感应电动势.如果副线圈两端连着负载副线圈中就会产生感应电流.2变压器的工作原理（1）互感现象：在变压器原、副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫做互感现象（2）互感现象是变压器工作的基础变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了电能到磁场能再到电能的转化（3）变压器只能工作在交流电路如果变压器接入直流电路，在铁芯中不会产生交变的磁通量，没有互感现象出现，所以变压器仅工作于交流电路理想变压器n理想变压器：输出功率等于输入功率，即变压器无能量损
9、失。n无铜损：原副线圈无直流电阻；n无铁损：铁芯无涡流；n无磁损：变压器无漏磁。U1U2理想变压器的工作规律（1）功率关系由于不存在各种电磁能量损失，由能量守恒可知输入功率等于输出功率P1=P2，即：U1I1=U2I2（2）电压关系由于不计原、副线圈的电阻，因而：所以：n2n1时，U2U1，这种变压器叫做升压变压器n2n1时，U2U1，这种变压器叫做降压变压器由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中具有相同的t根据法拉第电磁感应定律有：所以，问题1“随身听”与电视机显像管中的变压器属于那种类型？实际变压器若不作任何测量，如何区分高压线圈和低压线圈？问题2：在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所
10、示变压器铁芯的左右两个臂上.当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知1、2的匝数之比N1：N22：1.在不接负载的情况下A.当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110VB.当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55VC.当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220VD.当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V电压跟匝数的关系：U1U2=n1n2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。理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内因此穿过每匝线圈的磁通量
11、的变化率是相同的每匝线圈产生相同的电动势因此每组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.（）电流关系由于不存在各种电磁能量损失，输入功率等于输出功率P1=P2，即：U1I1=U2I2所以：变压器高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制，低压线圈匝数少而通过电流大，应用较粗的导线绕制电流跟匝数的关系：I1I2=n2n1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则有：U1I1=U2I2+U3I3+U4I4+再根据:U2=U1U3
12、=U1U4=U1可得出：n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+（安匝数守恒）U1U2n1n2I1I2I3n2U3U1:U2:U3=n1:n2:n3P1=P2+P3(U1I1=U2I2+U3I3)I1:I2n2:n1，I1:I3n3:n1注意n1n2确定时，输出电压U2由输入电压U1决定。即U2=U1在U1和n1n2确定时，原线圈上电流I1由副线圈上电流I2决定，即I1=I2其中I2是由U2和负载电阻R决定的，I2=输入功率由输出功率决定。（4）制约关系1.理想变压器的电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立，而电流关系只适用于有一个副线圈的变压器，若为多个副线圈的变压器，电流和匝数的关系要
13、从功率关系导出2.理想变压器的电压关系，电流关系是有效值（或最大值）间的关系，在某一瞬时其关系不成立3.变压器虽能改变电压、电流及电阻，但不能改变功率和频率，输入功率总等于输出的总功率，次级交变电流的频率总等于初级交变电流的频率题目：理想变压器原、副线圈匝数之比为n1n2n3=432，副线圈上分别接标有“6V，12W”、“12V，36W”的灯泡L1和L2，当a、b两端接交变电源后，L1正常发光，则变压器的输入功率为A16WB40WC48WD不能确定问题：电工学中，通常用到负载这一概念。当负载增大时，副线圈中的电流、原线圈中的电流及输入功率如何变化？而当负载电阻增大时，以上各量又如何变化？题目：
14、如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻R0，开始时电键K断开，当K接通后（A）副线圈两端M、N的输出电压减小（B）副线圈输电线等效电阻R0上的电压减小（C）通过灯泡L1的电流减小（D）原线圈中的电流减小题目：理想变压器原、副线圈匝数之比为1：2，加在原线圈两端的电压为220V，C为熔断电流为1A的保险丝，R为接在副线圈两端的可变电阻，要使保险丝不会熔断，则可变电阻的阻值不能小于多少？.题目：变压器为理想变压器，交流电源电压U恒定，灯泡L1串联在原线圈的回路中，灯泡L2、L3为副线圈的负载.开关S断开时，灯泡L1、L2的亮度与断开前相比A.L1亮度不
15、变B.L1亮度减弱C.L2亮度不变D.L2亮度增强自耦变压器ABP1234U1U2I1I2ABP1234自耦变压器：（1）特点：铁芯上只有一个线圈，其中有一部分的线圈为原、副线圈共用；（2）自耦变压器可以降压，也可以升压互感器也是一种变压器，它可以把不能直接测量的高电压，大电流变换成低电压、小电流后再测量再测量VA电压互感器电流互感器电压互感器构造：小型降压变压器接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表；为了安全铁壳和副线圈应接地作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，换算出高压电路的电压电流互感器构造：小型升压变压器接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表；为了安全铁壳和副线圈应接
16、地作用：将大电流变为小电流，通过测量小电流出被测电路的大电流题目：在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流。所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是J零线MNab电流互感器零线火线大地铁心火线K220V交流电源电磁继电器OQR例题：为了保证安全用电，家庭居室的室内电路前端一般都安装有漏电保护开关，下图是保护开关的电路原理简图：发电厂的零线是接地的，漏电保护开关有一个结构与变压器相似的电流互感器，其铁心的a侧有两个形状、绕向和匝数都完全相同的线圈（图中分别用实线和虚线表示），它们分别将用电器和火线串联起来，220V交流电在MNOQRK与发电厂之间流通；铁心的b侧有另一个线圈与电磁继电器J的线圈（图中未画出）并联。室内电路正常时，b线圈没有电流，J保持导通状态，当漏电时，b线圈便会产生感应电流，推动电磁继电器J切断用电器的电路，从而防止事故发生。(1)电路正常时b线圈
