专题交流电

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1、 专题专题 15 交流电交流电 1 1、知识点总结与提炼知识点总结与提炼 1产生和变化规律产生和变化规律交流电：强度和方向都随时间作周期性变化的电流。其中按正弦规律变化的交变电流 叫正弦交流电。产生：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生。当线圈平面与磁感线垂直时（中性 面），穿过线圈的磁通量最大，但感应电动势=零（磁通量的变化率为零）。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，电流方向改变两次。交流发电机：由产生感应电动势的线圈（电枢）和产生磁场的磁极组成。旋转电枢式 的发电机提供的电压一般不超过 500 伏，旋转磁极式的可达几万伏。2表征量表征量瞬时值：瞬时值是交流电在某时

2、刻的值；N 匝线圈从中性面开始旋转，它的感应电动 势瞬时值的表达式是瞬时值 e=NSBSint（V）。峰值：峰值是交流电的最大瞬时值，当线圈平面与磁感线平行时，此时的瞬时值为峰 值。感应电动势的峰值 m =2NBLv=NBS（V）。有效值：跟交流电流的热效应效果相等的恒定电流的值叫做交流电的有效值。有 效值与峰值的关系为 I0.707Im。用电器铭牌标示的电流、电压值，电表的读数等，都 是指有效值。计算有效值时，要用某电流通过电阻与某恒定电流通过同一电阻，在相同的时间内 （用一个周期）产生的热量相等进行计算。周期或频率：=2f=2n（n 是单组线圈的转速），T1/f。我国交流电 f=50Hz，

3、T=0.02 秒，电流每秒方向变化 100 次。3感抗和容抗感抗和容抗感抗：表示电感对交变电流阻碍作用的大小。线圈的自感系数越大，交变电流的 频率越高，感抗也越大。容抗：表示电容对交流的阻碍作用的大小。电容器的电容越大，交流的频率越高， 容抗越小。电阻、电感和电容对交流电的作用：电阻对直流和交流都存在阻碍作用，即限流作 用。电感起着通直流、阻交流，通低频、阻高频的作用。电容起着通交流、隔直流， 通高频、阻低频的作用。4变压器变压器原理：它是利用电磁感应原理来改变交流电压的装置。原线圈所加的交流电压在线圈 中产生交变电流，交变电流产生的交变磁场通过铁心再在副线圈中产生交变感应电动势。物理量关系：

4、理想变压器的电压与线圈匝数成正比，输入功率 P1=输出总功率 P2，U1U2n1n2。5电能的输送电能的输送高压输电：在保持输送功率相同的基础上，远距离输电用高压输电，可减少线路上电 能和电压的损失。物理量关系：最简单的高压输电需要使用升压和降压变压器，这时将有三个独立的电 路，每个变压器线圈间的关系都是输入功率输出功率，电压与匝数成正比。重点是 中间电路（远距离线路）的计算，P2PLP3，U2ULU3，其中输电线的电能损失 PL=I2 RL，电压损失 ULIRL，线路电流 I=P2/U2。5注意点注意点平均值：交流电的平均值是一个近似值，指的是线圈在一定时间内感应电动势的平均 值，例如单匝线

5、圈从中性面开始的 1/4 周期内的平均值 /t2BS/0.64m。在 求通过导体某横截面积的电量时，要使用平均值公式计算。在计算做功及功率时，要使用 有效值计算。变压器：它是由两个或多个独立的电路组成的，它们之间通过磁场耦合，其中可把输 入电路的输入端电压 U 作为电源，其他部分（包括线圈）作为用电器，输出电路把线圈作 为电源（理想变压器不考虑内阻），其他部分作为电阻。不管输入或输出部分有几组线圈， 先考虑线圈间的关系，即原线圈的功率副线圈的功率，各线圈间的电压与匝数成正比， 例如原线圈有一个，副线圈有两个（U2、U3），则 I1U1I2U2I3U3，U1/U2n1/n2，U2/U3n2/n3

6、。二、经典例题二、经典例题例例 1 1一台发电机产生的电动势的瞬时值表达式为：e = 311sin314t V，则此发电机产生的电动势的最大值为_311_V，有效值为_220_V，发电机转子的转速为_50_转/秒，产生的交流电的频率为_50_Hz 1 级例例 2.2.(2012 南平理综)在如图(甲)所示的电路中,电阻 R 的阻值为 50 ,在 ab 间加上图(乙)所 示的正弦交流电,则下列说法中错误的是( ) 交流电产生 1.5 级A.交流电压的有效值为 100 VB.电流表示数为 2 A C.产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为 3.14 rad/s D.电阻的功率为 200 W解析:

7、由(乙)图可知,正弦交流电的最大值 Um=100 V,故其有效值为 U=100 V,选项 A 正确;由2(甲)图可知电流表读数 I= A=2 A,选项 B 正确;由(乙)图可知,正弦交流电的周期为U R100 50T=0.02 s,故线圈在磁场中转动的角速度约为 314 rad/s,选项 C 错误;由 P=UI=1002 W=200 W 知选项 D 正确. 答案:C 例例 3 3.(2013 安徽师大摸底)一理想变压器原、副线圈匝数比 n1n2=115,原线圈与正弦交 变电源连接,输入电压 u 随时间 t 的变化规律如图所示,副线圈仅接入一个 10 的电阻,则 ( ) 变压器 2 级A.流过电

8、阻的最大电流是 20 AB.与电阻并联的电压表的示数是 141 V C.变压器的输入功率是 2.2103WD.在交变电流变化的一个周期内,电阻产生的焦耳热是 20 J 解析:由变压器变压公式,副线圈输出电压 U=100 V,输出电流 I=10 A,由欧姆定律可得流过电阻的最大电流是 Im=I=10 A,选项 A 错误;由变压器变压公式,与电阻并联的电压表22 的示数是 100 V,选项 B 错误;变压器输出功率 P=UI=10010 W=1 000 W,则变压器的输入功 率是 1 000 W,选项 C 错误;在交变电流变化的一个周期内,电阻产生的焦耳热是 Q=I2RT=102100.02 J=

9、20 J,选项 D 正确. 答案:D 例例 4.4.(2013 福建南安一中质检)如图所示,理想变压器原线圈输入电压 u=Um sin t,副线 圈电路中 R0为定值电阻,R 是滑动变阻器; V1和 V2是理想电压表,示数分别是 U1和 U2,A1和A2是理想电流表,示数分别是 I1和 I2.下列说法正确的是( ) 变压器动态分析 2 级A.I1和 I2表示电流的瞬时值B.U1和 U2表示电压的最大值 C.滑片 P 向下滑动过程中,U2不变、I1变小 D.滑片 P 向下滑动过程中,U2不变、I1变大 解析:I1和 I2表示电流的有效值,U1和 U2表示电压的有效值,选项 A、B 错误;滑片 P

10、 向下滑 动过程中,U2不变,R 变小,I2变大,I1变大,选项 D 正确,C 错误. 答案:D 点评： 此题考查变压器的动态分析问题,解此类问题的关键是分清变量不变量,同时结合电 路结构按稳恒电路动态分析的思路处理. 例例 5在图 5312 电路中，L 为电感线圈，R 为灯泡的电阻，电流表和电压表均为理想 电表，交流电源的电压 u220sin100t V，若保持其有效值不变，只将电源频率改为 100 2Hz，下列说法正确的有( )图 5312 A电流表示数增大 B电压表示数增大 C灯泡变暗 D灯泡变亮解析：选 BC.由 u220sin100t V 可知电源原来的频率：2fHz50 Hz，当频

11、率增大时，线圈的感抗增大，电路中的干路电流将减21002小，因此 A、D 错、C 正确图中电灯与电感线圈串联，所以总电压(有效值)UULUR，因 UR减小，而总电压的有效值不变，所以 UL增大，因此选项 B 也正确例例 6.6.(2013 厦门期末)如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想 变压器,发电厂的输出电压及输电线的电阻均不变.在用电高峰期,随着发电厂输出功率的增 大,下列说法正确的有( ) 远距离输电 1.5 级A.升压变压器的输出电压增大B.降压变压器的输出电压增大 C.输电线上损耗的功率增大 D.输电线上损耗的功率占总功率的比例不变 解析:发电厂输出功率增大,

12、升压变压器的输出电压不变,由于输电线电流增大,输电线损失 电压增大,降压变压器的输出电压减小,选项 A、B 错误,C 正确;输电线上损耗的功率占总功 率的比例增大,选项 D 错误. 答案:C 例例 7.( 2014.高考 ).如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为 n1、n2。原线圈通过 一理想电流表 接正弦交流电源，一个二极管和阻值为 R 的负载电阻串联后接到副线圈的 A两端；假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大；用交流电压表测得 a、b 端和 c、d 端的电压分别为 Uab和 Ucd，则： A.Uab:Ucd=n1:n2 B.增大负载电阻的阻值 R，电流表的读数变小 C.负载

13、电阻的阻值越小，cd 间的电压 Ucd 越大 D.将二极管短路，电流表的读数加倍三、交流电练习三、交流电练习1 有一台使用交流电的电冰箱上标有额定电压为“220 V”的字样，这“220 V”是指 D A交流电电压的瞬时值 B交流电电压的最大值 C交流电电压的平均值 D交流电电压的有效值 2图 17-1 中矩形线圈abcd在匀强磁场中以ad边为轴匀速转动，产生的电动势瞬时值为e = 5sin20t V，则以下判断正确的是 A A此交流电的频率为 10/Hz B当线圈平面与中性面重合时，线圈中的感应电动势为 5V图 17-1abcdBC当线圈平面与中性面垂直时，线圈中的感应电流为 0D线圈转动一周

14、，感应电流的方向改变一次3一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的电动势为emsint若将线圈的转速加倍，其它条件不变，则产生的电动势为 D Amsin2t B2msint C2msint D2msin2t24理想变压器正常工作时，原线圈一侧与副线圈一侧保持不变的物理量是 AD A频率 B电压 C电流 D电功率5理想变压器正常工作时，若增加接在副线圈两端的负载，则 ABCD A副线圈中电流增大 B副线圈输出的电功率增大C原线圈中电流增大 D原线圈输入的电功率增大6一交流电流的图象如图 17-2 所示，由图可知 ABCD A用电流表测该电流其示数为 10 AB该交流电流的频率为 100 Hz

15、C该交流电流通过 10 电阻时，电阻消耗的电功率为 1 000 WD该交流电流即时值表达式为i10sin628t A27电感和电容对交变电流的阻碍作用的大小不但跟电感、电容本身有关，还跟 交流电的频率有关，下列说法正确的是( C ) A电感是通直流、阻交流，通高频、阻低频 B电容是通直流、阻交流，通高频、阻低频 C电感是通直流、阻交流，通低频、阻高频 D电容是通交 流、隔直流，通低频、阻高频 答案：C8.(2013 山西宝鸡质检)如图所示,图线 a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流 电的图像,当 调整线圈转速后,所产生的正弦交流电的图像如图线 b 所示.以下关于这两个正弦交流电的 说法中正确的是( C )A.线圈先后两次转速之比为 12 B.交流电 a 的电压瞬时值 u=10sin 0.4t(V)C.交流电 b 的电压最大值为V20 3图 17-2t/si/A01021020.01D.在图中 t=0 时刻穿过线圈的磁通量为零 解析:由题中图像可知产生的正弦交流电 a、b 的周期之比为 23,所以线圈先后两次转速 之比为 32 ,选项 A 错误