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1、甘肃省天水市太京中学 高二物理选修3-2 交变电流复习课件,知 识 网 络,交变电流,交变电流的产生及其变化规律,描述交变电流的物理量,峰值,瞬时值,有效值、平均值,周期、频率,交流电路,电感、电容的作用,变压器,远距离输电,L2,一、交变电流的产生,1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生,线圈平面与磁感线垂直位置开始计时,e=Emsint,i=Imsint,u=Umsint,Em=NBS,2、中性面：,与磁场方向垂直的平面,特点：,线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；,线圈平面每次转过中性面时
2、，线圈中感应电流方向改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次,3、交变电流的图象,变化规律：(t0时，线圈在中性面位置)如下表,我国市电的频率是50Hz,T,我国市电的周期是0.02s,1、交流电的周期和频率：,二、描述正弦交流电的几个物理量（周期，频率，峰值，有效值，平均值）,作一次周期性变化所需的时间。 单位：秒,在1秒内完成周期性变化的次数。 单位：赫兹,T,2、交流电的峰值和瞬时值公式：,Em,瞬时值,Em,峰值,e=Emsint 电动势峰值Em=NBLV=NBS i=Imsint 电流峰值Im=Em/R u=Umsint 路端电压峰值Um=ImR,3、交流
3、电的有效值概念,I,有效值概念：让交流电流和直流电流通过相同的电阻，在相等时间内产生的热量Q相等，就把这个直流电流的数值I（或电压U）叫做这一交流电的有效值。,电流的热效应等效,正弦交流电的有效值公式：,通常所说的交流电的电压、电流的数值都是指交流电的有效值。,交流电压表、电流表测量的电压、电流的数值也都是交流电的有效值。,如果不是正弦（或余弦）交流电，不能按照这样计算，只能按照热等效定义计算（常取1个周期发热量计算）,说明1、 交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。保险丝的熔断值为有效值，电容器的击穿电压为峰值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值
4、。,说明2、 在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 求电量用平均值。,说明3、 交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。,4、平均值,不能用算术平均法即：E=（E1+E2）/2来计算,在计算感应电荷时必须要用平均值,平均值不等于有效值,1、闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中产生的交变电动势的瞬时值表达式为e=311sin(314t)V。则此交流电的峰值为 ，有效值为 ，周期为 ，频率为 。,311V,220V,0.02s,50Hz,典型练习,2、闭合线圈在匀
5、强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n，每匝面积为S，线圈转动的角速度为，求线圈中产生的交变电动势的最大值。,3. 如图所示：匝数为N、面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为，求线圈从图示位置转过180度时间内交变电压的平均值。若线圈总电阻为R，通过线圈的电荷量是多少？,4.如图1所示，为电热毯的电路图，电热丝接在u=311sin100t V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P 使输入电压变为图2所示波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是 ( ) A、110V B、156V C、220V D、311V,B,三、感抗和容抗,1.
6、感抗表示电感对交变电流的阻碍作用 。,特点：,“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”,2容抗表示电容对交变电流的阻碍作用 。,特点 ：,“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”,1、如图所示，从ab端输入的交流含有高频和低频成分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采用图示电路，其L的作用是_，C的作用是_。,解析：因L有“通低频、阻高频”的特点，因此L的作用是阻挡高频成分；而通过L后还有少量的高频成分，利用C“通高频、阻低频”的特点，因此C的作用是使高频成分流过。,典型练习,2、如图所示，当交流电源的电压（有效值）U220V、频率f50Hz时，三只灯A、B、C的亮度相同（L无直流电阻）。,（1）
7、将交流电源的频率变为f100Hz， 则 （ ） （2）将电源改为U220V的直流电源， 则 （ ） AA灯比原来亮 BB灯比原来亮 CC灯和原来一样亮 DC灯比原来亮,AC,BC,3.在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大，1、2和3灯的亮度变化情况是（ ） A1、2两灯均变亮，3灯变暗 B1灯变亮，2、3两灯均变暗 C1、2灯均变暗，3灯亮度不变 D1灯变暗，2灯变亮，3灯亮度不变,1. 变压器原理 （1）. 变压器的构造: 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）两个线圈都是用绝缘导线绕制成
8、的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成,四 变压器原理和远距离输电,（2）.变压器的变压比:,U1U2 =n 1n2,U1 n1 = U2 n2= U3 n3 =k,理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比.,当n2n1时，U2U1，变压器使电压升 高， 这种变压器叫做升压变压器,当n2n1时，U2U1，变压器使电压降低， 这种变压器叫做降压变压器,思考题：理想变压器原、副线圈的匝数比为110，当原线圈接在6V的蓄电池两端以后，则副线圈的输出电压为 【 】 A60V B C D以上答案都不对,D,（3）. 变压器的变流比:,理想变压器的输入的电功率I1U1等于输出的电功率I2U2，,即 I1U1=
9、I2U2,由U1 U2= n1n2, I1 I2 = n2n1,可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比,变压器的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的电流大，应用较粗的导线绕制,注意:上式只对仅有一个副线圈时适用.,若有两个及以上副线圈时,必须由输入的电功率 等于输出的电功率计算.,1.图（甲）、（乙）两电路中，当a、b两端与e、f 两端分别加上220V的交流电压时，测得c、d 间与g、h 间的电压均为110V。若分别在c、d两端与g、h 两端加上110V的交流电压，则a、b间与 e、f间的电压分别为 V和 V,若分别在c、d两端与g、h
10、 两端加上110V的恒定电压，则a、b间与 e、f间的电压分别为 V,和 V.,d,110,220,110,0,典型练习,2、如图是一个理想变压器的电路图，若A、B两点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为： A. 5 1 B. 1 5 C. 4 1 D. 1 4,解：设灯泡正常发光的电流为I，,则原、副线圈的电流分别为I和4I，如图示。,所以原、副线圈的匝数比为 4 1,减少输电中的功率损失可以有两种方法: P损=I2 R,一种方法是: 减小电阻. 在电线长度L一定的情况下，应当选用电阻率小、横截面积大的导线,另一种方法是提高输电的电压U，减小电流I减 小输电导线中
11、的电流,在导线电阻不变的条件下，电流如果减小到原来的百分之一，功率损失P=I2R 就减小到原来的万分之一,减小输电线路上的电压损失也有两种方法U损 =IR,一种是增大输电导线的截面积以减小电阻,另一种是减小输电电流在输送电功率不变的前 提下，必须提高输电电压,通过以上分析，我们看到，无论从减小输电中的功率 损失，还是从减小电压损失方面看，都要求提高输电电压，减小输电电流,2. 远距离输电:,远程高压输电电路图：,P1=P2=P,P损=I22R,P3=P-P损,P4=P3,功率关系,电压关系,发电厂输出电压 U1,升压后 U2=N2U1/N1,降压后U4=N4U3/N3,U损=I2R,U3=U2
12、-U损,电流关系,I1 / I2= N2 / N1,I2 / I4= N4 / N3,I2 = P / U2,I4 = P4 / U4,1.在远距离输电中，当输送的电功率相同时，则关于输电导线上损失的功率下列说法正确的是（ ） (A)减小输电导线的电阻可以减小损失的功率， 但此种方法很有限 (B)提高输送电压从而减小输送电流，可大大减 小损失 的功率 (C)损失的功率与输送电压的二次方成反比 (D)损失的功率与输电线上的电压降成反比,A B C,2.某发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压U=1000伏，向远距离输电的输电线总电阻R=8欧。现要求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为220伏
13、，则：画出输电线路的示意图； 求出所用的变压器的原副线圈匝数比。,解：线路上损耗的功率为P = 5000 W，,P =I2 2 R,电流为I2 =25A，,线路上的电压为U=I2 R=200V，,U2 =P/I2 =100000/25=4000V,n1n2 =U 1U2 =1 4,U3=U2 -U =3800V,U4 =220V,n3n4 =U 3U4 =190 11,【2013海南高考】通过一阻值R=100的电阻的交变电流如图所示，其周期为1s.电阻两端电压的有效值为 ( ),高考再现,【2013江苏高考】. 如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P 处于图示位置时,灯泡L
14、 能发光. 要使灯泡变亮,可以采取的方法是（ ） 向下滑动滑片P 增大交流电源的电压 C. 增大交流电源的频率 D. 减小电容器C 的电容 答案：BC,答案：B,【2013广东高考】.如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=2:1, V和A均为理想电表，灯泡电阻R1=6,AB端电压u1=sin100t（V）.下列说法正确的是 A.电流频率为100Hz B.V的读数为24V C.A的读数为0.5A D.变压器输入功率为6W 答案：D,1、交流发电机在工作时的电动势为e=Emsin(t)，若将其线圈的转速提高为原来的两倍，则其电动势表达式变为（ D ） A、e=Emsin(t/2 ) B、e=
15、2Emsin(t/2) C、e=Emsin(2t) D、e=2Emsin(2t),四、当堂检测,2、如图所示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，则下列说法中正确的是（ A ） A、t=0时刻线圈位于中性面 B、t1时刻，交流电改变方向 C、t2时刻，线圈的交流电动势最大 D、t1到 t2的时间内，线圈的交流电动势在增大,感应电动势最大，为什么？,感应电动势为零，为什么？,3.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（ ）,A400V，0.02s B200V, 0.02s C400V, 0.08s D200V, 0.08s,解：从图中看出，该交流电的最大值和周期分别是：Em100V，T0.04s，而最大值EmNBS，周期T2；当线圈转速加倍时，2，故Em2Em200V，TT20.02s.故选B。,3.如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。,解析：从图中可看出交变电流的周期T0.02s，在t0.0025sT8时，电流为14.14A，而tT8时线圈从中性面转过的角度为45。,由电流表达式iImsi
