專題交變電流教案B

1、專題 交變電流一、正弦交流電產(chǎn)生及規(guī)律1、交變電流1）定義：方向隨時間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流。2）產(chǎn)生：能夠產(chǎn)生交變電流的發(fā)電機(jī)是交流發(fā)電機(jī)；其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流，正弦式電流產(chǎn)生于在勻強(qiáng)電場中，繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動的線圈里，線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。2、正弦交變電流的規(guī)律1）當(dāng)線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場的磁感線做勻速圓周運(yùn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電流就是正弦式交流電。2）線圈感應(yīng)電動勢瞬時值表達(dá)式為：e=Emsint說明：式中Em是電動勢的最大值，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=nBS3）線圈中感應(yīng)電流瞬時值表

2、達(dá)式為：i=Imsint說明：式中Im是電流的最大值，對于總電阻為R的閉合電路來說Im=Em/R4）電路中某段電壓瞬時值表達(dá)式為：u=Umsint說明：式中Um=ImR，R是該段電路的電阻值?！纠?】某線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示,由圖中信息可以判斷（ ）A、在A和C時刻線圈處于中性面位置B、在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C、從AD時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為2 D、若從OD時刻歷時0.02s,則在1s內(nèi)交變電流的方向改變100次3、正弦交流電的圖像正弦交流電的電動勢、電流、電壓圖像都是正弦(或余弦)曲線。圖像能夠反映出表征交流電的物理量，如周期、頻率和最大

3、值等。 如圖所示，如果計時時刻發(fā)生變化，比如滯后T/4開始計時，交流電的圖像就成為余弦曲線了?！纠?】如圖所示,為某交變電動勢隨時間變化的圖象,從圖象中可知交變電動勢的峰值為 V,周期T是 s,交變電動勢變化最快的時刻是 ,穿過產(chǎn)生此電動勢的線圈的磁通量變化最快的時刻是 ,若此交流線圈共100匝,則穿過此線圈的最大磁通量是 Wb。4、表征正弦交流電的物理量瞬時值： 交流電某一時刻的數(shù)值。最大值： 最大瞬時值，又叫峰值，通常用Em、Im、Um來表示。有效值： 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流(即直流)的值叫做交流電的有效值，通常用E, I, U來表示。 對于正(余)弦式交流電的有效值和最大值的關(guān)

4、系為：E= 、I=、U=。周期和頻率： 交變電流完成一次周期性變化所用的時間，叫做交變電流的周期，通常用T表示。 交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，叫做交變電流的頻率，通常用f表示。 T和f互為倒數(shù)關(guān)系，T=1/f【例3】如圖所示,交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有n匝線圈,每匝線圈所圍面積為S,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度為,線圈內(nèi)阻為r,外電路電阻為R.當(dāng)線圈由圖中實(shí)線位置勻速轉(zhuǎn)動90到達(dá)虛線位置過程中,求:（1）通過R的電荷量q為多少？（2）R上產(chǎn)生的電熱QR為多少？（3）外力做的功W為多少？5、有效值與平均值的區(qū)別：交流電的有效值是按熱效應(yīng)定義的，對于一個確定的交流電，其交流電的

5、有效值是確定的，與時間無關(guān)。 而平均值是由公式E=nQ/t來計算的，它的大小與時間有關(guān)，在一個周期內(nèi)的前半個周期內(nèi)感應(yīng)電動勢的平均值為最大值的2/倍，而一個周期內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢為零。 在計算交流電通過電阻放的熱和熱功率時，用有效值，在計算通過導(dǎo)體截面電量時，用平均值?！纠?】如圖所示表示交變電流的電流隨時間變化的圖象,此交變電流的有效值是（ ）A、5A B.5A C、3.5A D、3.5A練1：一個邊長為6cm的正方形金屬線框置于勻強(qiáng)磁場中,線框平面與磁場垂直,電阻為0.36.磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化關(guān)系如圖所示,則線框中感應(yīng)電流的有效值為（ ）A、10-5A B、10-5AC、10-5A

6、 D、10-5A二、電阻、電感和電容對交流電流的作用 感抗和容抗1、電感對交變電流的阻礙作用在交流電路中，電感線圈除本身的電阻對電流有阻礙作用以外，由于自感現(xiàn)象，對電流起著阻礙作用。如果線圈電阻很小，可忽略不計，那么此時電感對交變電流阻礙作用的大小，用感抗(XL)來表示。線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，電感對交變電流的作用就越大，感抗就越大。電感線圈又叫扼流圈，扼流圈有兩種：一種是阻直流、通交流的低頻扼流圈；另一種是通低頻、阻高頻的主頻扼流圈。2、電容器對交變電流的阻礙作用 電容器的電容越大，交變電流的頻率越高，電容對電流的阻礙作用越小，容抗也就越小。由于電容大的電容器對頻率高的交流電

7、流有很好的通過作用，因而可以做成高頻旁路電容器，通高頻、阻低頻；利用電容器對直流的阻止作用，可以做成隔直電容器，通交流、阻直流。電阻對交流電流和直流電流一樣有阻礙作用，電流通過電阻時做功而產(chǎn)生熱效應(yīng)；電感對交流電流有阻礙作用，大小用感抗來表示，感抗的大小與電感線圈及交變電流的頻率有關(guān)；電容對交流電流有阻礙作用，大小用容抗來表示，容抗的大小與電容及交變電流的頻率有關(guān)?！纠?】如圖所示,三個燈泡是相同的,而且耐壓足夠,電源內(nèi)阻忽略.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S接A時, 三個燈亮度相同,那S接B時（ ）A、三個燈亮度相同 B、甲燈最亮,丙燈不亮C、甲燈和乙燈亮度相同,丙燈不亮 D、只有丙燈不亮,乙燈最亮【例6】

8、如圖線圈面積為0.05m2,共100匝,總電阻為r=1；外電阻R=9,線圈處于B=2T/的勻強(qiáng)磁場中.當(dāng)線圈繞OO以轉(zhuǎn)速n=300r/min勻速轉(zhuǎn)動時,求:（1）若從線圈處于中性面開始計時,寫出電動勢的瞬時表達(dá)式.（2）兩電表的示數(shù).（3）線圈轉(zhuǎn)過180的過程中,通過電阻的電荷量。（4）線圈勻速轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的總熱量。四、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)。幾種常見的變壓器：按電壓變化分類：當(dāng)n2n1時，u2u1，叫升壓變壓器；當(dāng)n2n1時，u2IR。 【例7】如圖所示,理想變壓器鐵芯上繞有A、B、C三個線圈，匝數(shù)比為nA:

9、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(dāng)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 ?！纠?】發(fā)電廠輸出的交流電壓為2.2萬伏,輸送功率為2.2106瓦,現(xiàn)在用戶處安裝一降壓變壓器,用戶的電壓為220伏,發(fā)電廠到變壓器間的輸電導(dǎo)線總電阻為22歐,求:(1)輸電導(dǎo)線上損失的電功率;(2)變壓器原副線圈匝數(shù)之比?！纠?】如圖所示，為四種亮度可調(diào)的臺燈的示意圖。它們所用的白熾燈泡相同，且都是“220V 40W”。當(dāng)燈泡所消耗的功率都調(diào)至20W時，哪種臺燈消耗的功率最小? 【例10】如圖理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比n1:n2=4:1，原線

10、圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負(fù)載電阻B的阻值相等。 a、b端接一定交流電壓后，兩電阻消耗的電功率之比PA：PB=_，兩電阻兩端電壓之比UA:UB=_。 強(qiáng)化訓(xùn)練練1：如圖所示,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(dāng)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（ ）A .n22 :n32 B .: C . n2 :n3 D . n32 :n22練2：有一個理想變壓器,原線圈1200匝,副線圈400匝,現(xiàn)在副線圈上接一個變阻器R,如圖所示,則下列說法中正確的是 ( ) A .安培表A1與A2的示數(shù)之比為3:1 B .伏特表V1與 V2的示數(shù)

11、之比為3:1C .當(dāng)變阻器滑動頭向下移動時,原線圈的輸入功率將增加D .原、副線圈的功率之比為3:1練3 ：如圖,一理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為4:1,圖中五只電燈完全相同,若B、C、D、E都能正常發(fā)光，則A燈（ ）A .一定能正常發(fā)光 B .比正常發(fā)光暗 C .比正常發(fā)光亮 D .一定被燒壞練4：在某交流電路中,有一正在工作的變壓器,原副線圈匝數(shù)分別為n1=600,n2=120,電源電壓U1=220V，原線圈中串聯(lián)一個0.2A的保險絲,為了保證保險絲不被燒壞,則( )A .負(fù)載功率不超過44w B .副線圈電流最大值不能超過1AC . 副線圈電流有效值不能超過1A D .副線圈電流有效值不能超

12、過0.2A練5：如圖所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為4：1，平行金屬導(dǎo)軌與原線圈相連，當(dāng)導(dǎo)體ab在勻強(qiáng)磁場中勻速運(yùn)動時，電流表A1示數(shù)為12mA，則電流表A2示數(shù)為_mA。練6：一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示。已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0，則外接一只電阻為95.0的燈泡，如圖乙所示，則（ ）A.電壓表 eq oac(,v)的示數(shù)為220v B.電路中的電流方向每秒鐘改變50次C.燈泡實(shí)際消耗的功率為484w D.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J練7：如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，R120 ，R230 ，C為電容器。已知通過R1的正

13、弦交流電如圖乙所示，則（ ）A.交流電的頻率為0.02 HzB.原線圈輸入電壓的最大值為200 VC.電阻R2的電功率約為6.67 WD.通過R3的電流始終為零練8：某小型水電站的電能輸送示意圖如下。發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n，n2。降壓變壓器原副線匝數(shù)分別為n3、n4（變壓器均為理想變壓器）。要使額定電壓為220V的用電器正常工作，則（ ） ABC升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率:小于降壓變壓器的輸入功率練9：如右圖，一理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4：1 ，原線圈兩端接入一正弦交流電源；副線圈電路中R為負(fù)載電

14、阻，交流電壓表和交流電流表都是理想電表下列結(jié)論正確的是（ ）A若電壓表讀數(shù)為6V，則輸入電壓的最大值為V B若輸入電壓不變，副線圈匝數(shù)增加到原來的2倍，則電流表的讀數(shù)減小到原來的一半C若輸入電壓不變，負(fù)載電阻的阻值增加到原來的2倍，則輸入功率也增加到原來的2倍D若保持負(fù)載電阻的阻值不變輸入電壓增加到原來的2倍，則輸出功率增加到原來的4倍練10：中國已投產(chǎn)運(yùn)行的1000kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原來用500kV的超高壓輸電，輸電線上的損耗電功率為P。在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率變?yōu)椋?）A. B. C.2P D.4P練11:為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1，A2，導(dǎo)線電阻不計，如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合后 ( )A. A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變B. A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大C. V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大D. V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變練12：一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1:n2=11:5。原線圈與正弦