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1、,第五章,交变电流,学案7 章末总结,专题整合,自我检测,网络构建,网络构建,交变电流,交变电流的产生,产生,线圈在匀强磁场中绕 匀 速转动,特殊位置,线圈平面与中性面重合,磁通量 感应电动势为 电流改变方向,线圈平面与中性面垂直,磁通量为零 感应电动势,最大,垂直于磁场的轴,零,最大,交变电流的产生,表达式：eEm (中性面开始计时)，其中Em,表征交变电流的物理量,最大值：EmnBS 有效值：根据 定义，正弦 交流电E有效 周期T与频率f的关系：T 或f 平均值： ,sin t,nBS,电流的热效应,交变电流,电感：通直流，阻 ；通低频，阻 电容：通交流，隔 ；通高频，阻,理想变压器,原理
2、： 现象,基本规律,I1n1 P1P2,电能输送,功率损失：P损 电压损失：U损,交流,高频,直流,低频,互感,I2n2,I2r,Ir,一、交变电流“四值”的计算和应用,专题整合,1.最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电流最大值EmnBS，在考虑电容器的耐压值时应根据交流电的最大值.,2.有效值：正弦式交流电的有效值I ，其他交变电流的有效值应根据有效值的定义计算，求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明时，交流电的电流、电压、电动势指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值.,3.瞬时值：当线圈平面处于
3、中性面时开始计时，瞬时电动势的表达式为eEmsin t.瞬时值对应某一时刻的电压、电流值.,例1如图1所示，交流发电机的矩形线圈abcd中，abcd50 cm，bcad30 cm，匝数n100匝，线圈电阻r0.2 ，外电阻R4.8 .线圈在磁感应强度B0.05 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO匀速转动，角速度100 rad/s.,图1,(1)求产生感应电动势的最大值.,解析设abl1，bcl2，则交流电动势的最大值EmnBl1l2235.5 V,答案235.5 V,(2)若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式.,在题图所示位置时，电流有最大值，则电流的瞬时值表达式为iIm
4、cos t，代入数值得i47.1cos (100t) A,答案i47.1cos (100t) A,(3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少？,路端电压的有效值为UIR160 V 即电压表的示数为160 V，电流表的示数为33.3 A.,答案160 V33.3 A,(4)此发电机的功率为多少？,解析电动势的有效值为,则发电机的功率为PIE5 544 W,答案5 544 W,(5)从图示位置起，转过90过程中，平均电动势为多少？通过线圈截面的电荷量为多少？,解析平均电动势为,通过线圈截面的电荷量,答案150 V0.15 C,二、交变电流图象的应用 交流电的图象反映了交变电动势(电流)随时间的变化
5、特征，对正弦式交流电来说，我们可以从图象中获取如下信息： 1.交流电的周期(T),2.交流电的最大值(Em、Im) 图象上的峰值，知道了最大值，便可计算出交变电动势(交变电流)的有效值. 3.任意时刻交流电的瞬时值 图象上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值.,例2如图2所示是某正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的 () A.周期是0.01 s B.最大值是311 V C.有效值是220 V D.表达式为u220sin t(V),图2,答案BC,三、变压器电路的动态问题分析 处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系，大致有两种情况： (1)负
6、载电阻、原线圈电压不变，副线圈的电压、原、副线圈的电流、功率随匝数变化而变化.,(2)匝数比、原线圈电压不变，原、副线圈的电流、功率随负载电阻的变化而变化. 动态分析该类问题的思路可表示为：,例3用一理想变压器给负载供电，变压器输入端 的电压不变，如图3所示.开始时开关S是断开的.现 将开关S闭合，则图中所有交流电表的示数以及输 入功率的变化情况是 () A.V1、V2的示数不变，A1的示数增大，A2的示数减小，P入增大 B.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数增大，P入增大 C.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数减小，P入减小 D.V1的示数不变，V2的示数增大，A1的示数减小，A2的
7、示数增 大，P入减小,图3,解析电压表V1的示数由输入电压决定；电压表V2的示数由输入电压U1(大小等于电压表V1的示数)和匝数比n1/n2决定；电流表A2的示数由输出电压U2(大小等于电压表V2的示数)和负载电阻R负决定； 电流表A1的示数即I1由变压器的匝数比n2/n1和输出电流I2决定；,P入随P出而变化，由P出决定.因输入电压不变，所以电压表V1的示数不变.据公式U2n2U1/n1，可知U2也不变，即电压表V2的示数不变.又据I2U2/R负知，S闭合后R负减小，故I2增大，电流表A2的示数增大； 输入电流I1随输出电流I2的增大而增大，故电流表A1的示数增大.因P出U2I2，故P出增大
8、.P入随P出变化而变化，故P入也增大.故选B. 答案B,四、远距离输电线路的分析与计算 解决远距离输电问题要注意以下两点：,2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系.,例4发电机输出功率为40 kW，输出电压400 V，用变压比(原、副线圈匝数比)为15的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5 ，到达用户后再用变压器降为220 V，求：,(1)输电线上损失的电功率是多少？,解析输电线路如图所示,答案2103 W,(2)降压变压器的变压比是多少？,解析输电线
9、上的电压损失UIR205 V100 V,答案9511,自我检测,1,2,3,自我检测,1.(变压器电路的动态分析问题)如图4所示，是 通过街头变压器降压给用户供电的示意图.输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动.输出电压通过输电线输送给用户，每条输电线总电阻用R0表示.当负载增加时，则 (),图4,1,2,3,A.电压表 的示数减小 B.电流表 的示数减小 C.电流表 的示数减小 D.电压表 、 的示数之差增大,1,2,3,1,2,3,由于输电导线与负载串联，随着负载阻值的减小电流增大，输电导线上的电压U02I2R0增大，所以负载两端的电压U载U2U0减小，即电压表 的示数
10、减小，A正确；,1,2,3,电压表 与电压表 的示数之差为输电线上的电压，即U0变大，D正确. 答案AD,1,2,3,2.(交变电流“四值”的应用和计算)如图5所示，匀强磁场的磁感应强度B0.5 T，边长L10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r1 ，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动，角速度2 rad/s，外电路电阻R4 ，求：,图5,1,2,3,(1)转动过程中感应电动势的最大值；,解析感应电动势的最大值为 EmnBS3.14 V,答案3.14 V,1,2,3,(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60角时的瞬时感应电动势；,解析转过60时的瞬时感应电动势为 eEmc
11、os 603.140.5 V1.57 V.,答案1.57 V,1,2,3,(3)由图示位置转过60角的过程中产生的平均感应电动势；,解析转过60角过程中产生的平均感应电动势为,答案2.6 V,1,2,3,(4)交流电压表的示数；,解析电压表示数为外电路电压的有效值,答案1.78 V,1,2,3,(5)线圈转动一周外力所做的功；,解析线圈转动一周外力所做的功等于电流产生的热量,答案0.99 J,1,2,3,答案0.086 6 C,1,2,3,3.(远距离输电线路的分析与计算)图6为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是(),图6,1,2,3,A.用户的总电阻增大 B.用户的电压U4增大 C.U1U2U4U3 D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率,1,2,3,由能量守恒定律可知，发电机的输出功率等于用户消耗的功率和输电导线消耗的功率之和，选项D错误；,1,2,3,变压器的输入电流I3增大，即I2增大，则U3U2I2r减小，用户的电压U4减小，选项A、B错误.,答案C,
