高中物理交變電流復(fù)習(xí)

1、交 變 電 流 復(fù) 習(xí)一、知識網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生: 線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的瞬時值: 峰值: 有效值: 平均值： 周期和頻率的關(guān)系:T=1/f圖像：正弦曲線描述交變電流電感對交變電流的作用：通直流、阻交流，通低頻、阻高頻電容對交變電流的作用：通交流、阻直流，通高頻、阻低頻原理：電磁感應(yīng) 變壓比、變流比： 變壓器應(yīng)用只有一個副線圈：有多個副線圈： 功率損失：電壓損失：遠距離輸電方式：高壓輸電；升壓變壓器、降壓變壓器電能的輸送定義：機械能是指動能和勢能的總和。轉(zhuǎn)化：動能和勢能之間相互轉(zhuǎn)化。機械能守恒：無阻力，動能和勢能之間總量不變。機械能及其轉(zhuǎn)化二、重、難點知識歸納1交變電流產(chǎn)生

2、圖17-1(1)、交變電流：大小和方向都隨時間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流。 如下圖所示（b）、（c）、（e）所示電流都屬于交流，其中按正弦規(guī)律變化的交流叫正弦交流，如圖（b）所示。 而（a）、(d)為直流，其中（a）為恒定電流。（2）、正弦交流的產(chǎn)生及變化規(guī)律。A、 產(chǎn)生：當線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生的交流是隨時間按正弦規(guī)律變化 的,即正弦交流。B、 當從中性面位置開始在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間而變的函數(shù)是正弦函數(shù)： 即 , 。 t是從該位置經(jīng)t時間線框轉(zhuǎn)過的角度也是線速度V與磁感應(yīng)強 度B的夾角，還是線框面與中性面的夾角。C、

3、 當從平行于B位置開始計時：則： ， t是線框在時間t轉(zhuǎn)過的角度； 是線框與磁感應(yīng)強度B的夾角；此時V、B間夾角為（/2一t）D、 對于單匝矩形線圈來說 Em = 2Blv = BS； 對于n匝面積為S的線圈來說Em = nBS。對于總電阻為R的閉 合電路來說。2、表征交變電流大小物理量A中性面：勻速旋轉(zhuǎn)的線圈，位于跟磁感線垂直的平面叫做中性面。對它進行以下說明： （1）此位置過線框的磁通量最多 （2）此位置磁通量的變化率為零所以 E = Em sin t=0，I Im sin t=0 （3）此位置是電流方向發(fā)生變化的位置，具體對應(yīng)圖中的t2，t4時刻，因而交流電完成一次全變化中線框兩次 過中

4、性面，電流的方向改變兩次，頻率為50Hz的交流電每秒方向改變100次B交流電的峰值：即最大的瞬時值。用大寫字母表示，、。 ， 當為N匝時， （1）是勻速轉(zhuǎn)動的角速度，其單位一定為弧度秒； （2）最大值對應(yīng)的位置與中性面垂直，即線框面與磁感應(yīng)強度B平行； （3）最大值對應(yīng)圖中的t1、t3時刻，每周中出現(xiàn)兩次。注意：線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，所產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的峰值為E= NBS，即僅由匝數(shù)N，線圈面積S，磁感強度B和角速度四個量決定。與軸的具體位置，線圈的形狀及線圈是否閉合都無關(guān)。C瞬時值：對應(yīng)某一時刻的交流的 用小寫字母x 表示，e i u 瞬時值:, ,代入時間即可求出

5、不過寫瞬時值時，不要忘記寫單位，D有效值：為了度量交流電做功情況人們引入有效值，它是根據(jù)電流的熱效應(yīng)而定的就是分別用交流電，直流 電通過相同阻值的電阻，在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同，則直流電的值為交流電的有效值。（1）有效值跟最大值的關(guān)系: ， ， 。 （2）伏特表與安培表讀數(shù)為有效值（3）用電器銘牌上標明的電壓、電流值指有效值 （4）求交流電的功、功率或電熱時必須用交流電的有效值。注意：交流的有效值是按熱效應(yīng)來定義的，對于一個確定的交流來說，其有效值是一定的。而平均值是由公式確定的，其值大小由某段時間磁通量的變化量來決定，在不同的時間段里是不相同的。如對正弦交流，其正半周或負半周的平均電動勢大

6、小為，而一周期內(nèi)的平均電動勢卻為零。在計算交流通過電阻產(chǎn)生的熱功率時，只能用有效值。在計算通過導(dǎo)體的電量時，只能用平均值。E表征交變電流變化快慢的物理量 （1）周期T：電流完成一次周期性變化所用的時間。單位：s . （2）頻率f：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位：Z. （3）角頻率：就是線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動的角速度。單位：rad/s. （4）角速度、頻率、周期，的關(guān)系: =2f=3、變壓器 （1）變壓器的構(gòu)造：原線圈、副線圈、鐵芯 （2）變壓器的工作原理：在原、副線圈上由于有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象，互感現(xiàn)象是 變壓器工作的基礎(chǔ)。 （3）理想變壓器：磁通量全部集中在鐵芯內(nèi)，變

7、壓器沒有能量損失，輸入功率等于輸出功率。 （4）理想變壓器電壓跟匝數(shù)的關(guān)系：。說明：對理想變壓器各線圈上電壓與匝數(shù)成正比的關(guān)系，不 僅適用于原、副圈只有一個的情況，而且適用于多個副線圈的情況。即有=， 或者。這是因為理想變壓器的磁通量全部集中在鐵心內(nèi)。因此穿過每匝線 圈的磁通量的變化率是相同的，每匝線圈產(chǎn)生相同的電動勢，因此每組線圈的電動勢與匝數(shù)成正比。在線 圈內(nèi)阻不計的情況下，每組線圈兩端的電壓即等于電動勢，故每組電壓都與匝數(shù)成正比。 （5）理想變壓器電流跟匝數(shù)的關(guān)系：（適用于只有一個副線圈的變壓器）。說明：原副線圈電流和匝數(shù) 成反比的關(guān)系只適用于原副線圈各有一個的情況，一旦有多個副線圈時，

8、反比關(guān)系即不適用了，可根據(jù)輸入功率與輸出功率相等的關(guān)系推導(dǎo)出：U1I1= U2I2+ U3I3+U4I4+再根據(jù)U2=U1 U3=U1 U4= U4可得出：n1I1=n2I2+ n3I3+ n4I4+ （6）理想變壓器功率之間的關(guān)系：（適用于只有一個副線圈的變壓器）。有多個副線圈時， （7）注意事項：當變壓器原副線圈匝數(shù)比()確定以后,其輸出電壓U2是由輸入電壓U1決定的(即U2=U1)但若副線圈上沒有負載 , 副線圈電流為零輸出功率為零 , 則輸入功率為零,原線圈電流也為零,只有副線圈接入一定負載,有了一定的電流,即有了一定的輸出功率，原線圈上才有了相應(yīng)的電流（I1=I2），同時有了相等的輸

9、入功率，（P入=P出）所以說：變壓器上的電壓是由原線圈決定的，而電流和功率是由副線圈上的負載來決定的。D1 r D2U1 U1´ U r U2 U2´ Rn1 n1´ n2 n2´發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器用戶輸電線4、 電能的輸送 (1) 輸送電能的過程: (2) 高壓輸電的道理：功率之間的關(guān)系是：P1 = P1´，P2 = P2´，P1´= Pr + P2 ； 電壓之間的關(guān)系是：； 電流之間的關(guān)系是：。三、典型例題例1、交流發(fā)電機在工作時產(chǎn)生的電壓流表示式為，保持其他條件不變，使該線圈的轉(zhuǎn)速和匝數(shù)同時增加一倍，則此時電壓

10、流的變化規(guī)律變?yōu)椋?）ABCD解析：線圈的轉(zhuǎn)速和匝數(shù)同時增加一倍，則Um增加4倍，線圈的轉(zhuǎn)速增加一倍，則為原來的兩倍。答案為B。小試身手：關(guān)于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電流，以下說法正確的是（ ）A線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流方向就改變一次，感應(yīng)電動勢方向不變B線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流方向就改變一次C線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向都要改變一次D線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向都要改變一次例2、如圖17-4表示一交流隨時間變化的圖像，求此交流的有效值。圖17-4解析：此題所給交流正負半周的最大值不相同，許多同學(xué)對交流電有效值的意義理解不深，只知道機械地套用正弦交流

11、電的最大值是有效值的倍的關(guān)系，直接得出有效值，而對此題由于正負半周最大值不同，就無從下手。應(yīng)該注意到在一個周期內(nèi)前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根據(jù)有效值的 定義，選擇一個周期的時間，利用在相同時間內(nèi)通過相同的電阻所產(chǎn)生的熱量相同，從焦耳定律求得。 IR·T=I1R·+ I2R·，即I=(·+（)·，解得 I=A小試身手：一個矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為（V），則如下說法中正確的是（ ）A此交流電的頻率是100Hz Bt=0時線圈平面恰與中性面重合C如果發(fā)電機的功率足夠大，它可使“220V100W”的燈

12、泡正常發(fā)光 D用交流電壓表測量的讀數(shù)為V2.2、一個電熱器接在10V的直流電源上，在ts內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為Q，今將該電熱器接在一交流電源上，它在2ts內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為Q，則這一交流電源的交流電壓的最大值和有效值分別是（ ）A最大值是V，有效值是10VB最大值是10V，有效值是VC最大值是V，有效值是5VD最大值是20V，有效值是V例3、如右圖,理想變壓器鐵芯上繞有A、B、C三個線圈，匝數(shù)比為nA:nB:nC=4:2:1,在線圈B和C的兩端各接一個相同的電阻R，當線圈A與交流電源連通時，交流電流表A2的示數(shù)為I0，則交流電表A1的讀數(shù)為_I0 。解析：此題如果輕易用電流強度與匝數(shù)成反比的關(guān)系來解，

13、即得出IA=0.5I0就錯了。應(yīng)該注意到變壓器副線圈有多組，電流反比關(guān)系不成立，但電壓與匝數(shù)成正比的關(guān)系還是成立的，應(yīng)先根據(jù)這一關(guān)系求出C組線圈電壓，再根據(jù)R相等的條件求出C組電流，由和，得IC=0.5I0 .此后利用關(guān)系式 nA IA=nBnB +nCnC 即 4IA=2I0+1×0.5I0 得IA=0.625I0小試身手：如圖17-8所示,變壓器輸入交變電壓U一定,兩個副線圈的匝數(shù)為n2和n3,當把一電阻先后接在a,b間和c,d 間時,安培表的示數(shù)分別為I和I，則I：I為（ ）圖17-8 A .n22 :n32 B .: C . n2 :n3 D . n32 :n22圖17-10

14、例4、將電阻R1和R2如下圖17-10甲所示接在變壓器上，變壓器原線圈接在電壓恒為U的交流電源上，R1和R2上的電功率之比為2：1，若其它條件不變，只將R1和R2改成如圖乙接法，R1和R2上的功率之比為1：8。若甲圖中原線圈電流為I1，乙圖中原線圈電流為I2，求：（1）兩組副線圈的匝數(shù)之比；（2）I1和I2之比。解析：（1）甲圖中R1和R2串聯(lián)，電流相同，功率與電阻成正比，所以有：R1=2R2（1） 設(shè)三組線圈的匝數(shù)分別是n1 ,n2 ,n3，兩組副線圈上的電壓分別是U2和U3，易得：U2=U ， U3=U 乙圖中R1和R2上的功率之比為1 : 8，即 8 （2） 聯(lián)列（1）式和（2）式解得： = （2）設(shè)甲圖中輸出功率為P1，則P1=（）2/（R1+R2） 設(shè)乙圖中輸出功率為P2，則P2=（）2/R1+（）2/R2將R1=2R2，n3=2n2代入，可得： 。由于輸入功率等于輸出功率，所以甲、乙兩圖中輸入功率之比也為，根據(jù)P=IU，電壓恒定，所以兩圖中電流之比I1：I2=2：3小試身手：1、遠距離輸電，當輸電電阻和輸送功率不變時，則（ ） A. 輸電線上損失的功率跟輸送電線上的電流的平方成正比 B輸電線上損失的電壓跟輸送電線上的電流成正比 C輸送的電壓