高考物理必背知識手冊 交變電流講義

專題12交變電流

「、考點要求

考點內(nèi)容要求課程標準要求

交變電流C

1、通過實驗，認識交變電流。能用公式和圖像

描述交變電流的物理量C描述正弦交變電流。

2、了解變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系。

電感和電容對交變電流的影響b

知道遠距離輸電時通常采用高壓輸電的原因。

變壓器C3、了解發(fā)電機和電動機工作過程中的能量轉(zhuǎn)化。

認識電磁學(xué)在人類生活和社會發(fā)展中的作用。

電能的輸送C

卜、思維導(dǎo)圖

交變電流：大小和方向都隨時間做周期性變化的電流

正弦交流電的產(chǎn)生

及變化規(guī)律

周期和頻率

交描述

變交變周平均值：交變電流波形圖象中波形與橫軸圍成的面積與時間的比值

電電流期

有效值：交變電流在一個周期平均效果,根據(jù)電流熱效應(yīng)定義.U、I表示

流的物和

頻

理量峰值：交變電流在一個周期內(nèi)達到的最大的數(shù)值

率

瞬時值：表示電路中電壓、電流在某個瞬間的數(shù)值.用u、i表示

電感和電容對交變電流作用的比較

變壓器

遠距離高壓輸電

電能的輸送

減少電能損耗的方法

一\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.按正弦規(guī)律變化的電動勢、

電流稱為正弦交流電.

二、正弦交流電

1.產(chǎn)生：線圈繞垂直于勻強磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動.

2.函數(shù)式：e-EMsincot（其中Em=nBSco）

技巧點撥：若從線圈平面和磁場方向平行時開始計時，交變電流的變化規(guī)律為e=EMcoscot

3.兩個特殊位置的特點

①線圈平面與中性面重合時，SLB,磁通量最大，電動勢為零，磁通量的變化率為零，電流方向

將發(fā)生改變.

②線圈平面與中性面垂直時，S//B,磁通量為零，電動勢最大，磁通量的變化率最大，電流方向

不改變.

4.一個周期內(nèi)線圈中電流的方向改變兩次.

技巧點撥：從線圈在中性面位置開始計時

函數(shù)表達式圖像

中

①m

磁通量0=0mCOS3t=BScoscot

OT'

e

e=￡sin3t=NBS（vsinEm

電動勢A

cot0

-Em

三、表征交變電流的物理量

1.瞬時值:交流電某一時刻的值，常用e、u、i表示，用于計算線圈某時刻的受力情況.

技巧點撥：交變電流瞬時值表達式的書寫

p

①確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖像讀出或由公式E”=nBSco,I=—匚求出相應(yīng)峰

MR+r

值.

②明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式.如：

I、線圈在中性面位置開始計時，則/算圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)表達式為i=IMsin。九

IK線圈在垂直于中性面的位置開始計時,則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達式為

i=IMcoscot.

2.最大值：EM=nBSco,最大值CUM,/時）與線圈的形狀，以及轉(zhuǎn)動軸處于線圈平面內(nèi)哪個

位置無關(guān).在考慮電容器的耐壓值時，則應(yīng)根據(jù)交流電的最大值.

3.有效值:交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的.即在同一時間內(nèi)，跟某一交流電能使同一電

阻產(chǎn)生相等熱量的直流電的數(shù)值，叫做該交流電的有效值.

技巧點撥：

①計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量（如電功、電功率、電熱等）以及確定保險絲的熔斷電流等物理量

FIJI

時，要用有效值計算，有效值與最大值之間的關(guān)系，E=+,U=I=半只適用于正弦交流

V2V2J2

電，其他交變電流的有效值只能根據(jù)有效值的定義來計算，切不可亂套公式.

②在正弦交流電中，各種交流電器設(shè)備上“銘牌”上所標的一般是有效值，及交流電表上的測量

值都指有效值.

———A①一E

4.平均值：E=Blv,E=n—,I=-----用于計算通過電路截面的電荷量

△tR+r

5.周期和頻率

①周期T：交流電完成一次周期性變化所需的時間.在一個周期內(nèi)，交流電的方向變化兩次.

27r

②頻率f：交流電在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù).角頻率：8=g=2域.

四、電感、電容對交變電流的影響

1.電感:通直流、阻交流;通低頻、阻高頻.

①影響因素：線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越邕，電感器對交變電流阻礙作用越大.

②應(yīng)用

類型

低頻扼流圈高頻扼流圈

自感系數(shù)較大較小

對交變電流的阻礙較大較小

作用通直流，阻交流通直流，通低頻，阻高頻

2.電容:通交流、隔直流;通高頻、阻低頻.

①影響因素：電容器的電容越大，交流的頻率越高，電容器對交變電流阻礙作用越小.

②作用：“通交流，隔直流；通高頻，阻低頻”.

五、變壓器

1.理想變壓器:工作時無功率損失（即無銅損、鐵損），因此，理想變壓

器原副線圈電阻均不計.

①構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈

組成的.

②原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象.

2.理想變壓器的關(guān)系式:

①電壓關(guān)系:原決定副,5=生（變壓比），即電壓與匝數(shù)成正比.

U2“2

②功率關(guān)系：副決定原，取=峪，即=U12+U3/3+U4/4+............

③電流關(guān)系:副決定原，4=%（變流比），即對只有一個副線圈的變壓器電流跟匝數(shù)成反比.

④頻率關(guān)系：f依=f入.

3.變壓器的高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細的導(dǎo)線繞制，低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大,

應(yīng)當用較粗的導(dǎo)線繞制.

六、電能的輸送

1.關(guān)鍵:減少輸電線上電能的損失：4員=

2.方法：

①減小輸電導(dǎo)線的電阻，如采用電阻率小的材料;加大導(dǎo)線的橫截面積.

②提高輸電電壓，減小輸電電流.前一方法的作用十分有限，代價較高，一般采用后一種方法.

3.遠距離輸電過程：輸電導(dǎo)線損耗的電功率：場=1寸JR線,因此，當輸送的電能一定時，輸電

電壓增大到原來的n倍，輸電導(dǎo)線上損耗的功率就減少到原來的4o

4.解有關(guān)遠距離輸電問題時，公式月員=。線/線或與=喝%不常用，其原因是在一般情況下，U線

不易求出，且易把U線和?？傁嗷煜斐慑e誤.

方法技巧

一、變壓器電路的動態(tài)分析

常見的理想變壓器的動態(tài)分析一般分匝數(shù)比不變和負載電阻不變兩種情況：

1.匝數(shù)比不變的情況（如圖所示）a

①〃不變,根據(jù)曳金\輸入電壓”決定輸出電壓區(qū)不論負載電阻R

U2n2

Ut

如何變化，員不變.

②當負載電阻發(fā)生變化時，為變化，輸出電流為決定輸入電流故zt

會不變，負載/?變化

發(fā)生變化.

③A變化引起A變化,P小,故4發(fā)生變化.

2.負載電阻不變的情況（如圖所示）

①〃不變，區(qū)發(fā)生變化，故〃變化.

②7?不變,豆變化,故A發(fā)生變化.

旨改變，負載R不變

③根據(jù)g=&發(fā)生變化,再根據(jù)a二汽,故a變化,a名人倍不

變,故71發(fā)生變化.

二、遠距離輸電

如圖所示，若發(fā)電站輸出電功率為尸，輸電電壓為U,用戶得到的電功率為P,用戶的電壓為，

輸電電流為/,輸電線總電阻為R.

PP'U-U'

1.輸電電流：I=一=—7

UU'R

2.電壓損失

①AU=U-U'

②=IR

3.功率損失

①AP=P—P

Z、2

(P\

②△尸=I2R=—R

4.減少輸電線上電能損失的方法

①減小輸電線的電阻R由R=知，可加大導(dǎo)線的橫截面積、采用電阻率小的材料做導(dǎo)線.

S

②減小輸電線中的電流.在輸電功率一定的情況下，根據(jù)尸=”,要減小電流，必須提高輸電電

壓.

5.遠距離輸電的三個易錯點:

①輸電線上損失的功率扁=力，〃應(yīng)為輸電線上損耗的電壓，而不是輸電電壓;

②當輸送功率一定時,輸電電壓增大到原來的〃倍,輸電線上損耗的功率就減小到原來的士;

rT

③電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則，而不是“送多少用多少”，說明原線圈電流由副線圈電

流決定.

技巧點撥：

①理清輸電電路圖的三個回路

電源回