甘肃省天水市太京中学高中物理 交变电流复习课件 新人教版选修32.ppt

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 emsin t i imsin t u umsin t 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 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 t 0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 emsin t电动势峰值em nblv nbs i imsin t电流峰值im em ru umsin t路端电压峰值um imr 3 交流电的有效值概念 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 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 311sin100 tv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 110vb 156vc 220vd 311v b 三 感抗和容抗 1 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 u 220v 频率f 50hz时 三只灯a b c的亮度相同 l无直流电阻 1 将交流电源的频率变为f 100hz 则 2 将电源改为u 220v的直流电源 则 a a灯比原来亮b b灯比原来亮c c灯和原来一样亮d c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 a 1 2两灯均变亮 3灯变暗b 1灯变亮 2 3两灯均变暗c 1 2灯均变暗 3灯亮度不变d 1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 u1 u2 n1 n2 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n2 n1时 u2 u1 变压器使电压升高 这种变压器叫做升压变压器 当n2 n1时 u2 u1 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1 10 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 a 60vb 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 i2u2 由u1 u2 n1 n2 i1 i2 n2 n1 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 1b 1 5c 4 1d 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 i2r 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 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 abc 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 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 5000w p i22r 电流为i2 25a 线路上的电压为u i2r 200v u2 p i2 100000 25 4000v n1 n2 u1 u2 1 4 u3 u2 u 3800v u4 220v n3 n4 u3 u4 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 sin100 t v 下列说法正确的是a 电流频率为100hzb v的读数为24vc a的读数为0 5ad 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 2emsin t 2 c e emsin 2 t d e 2emsin 2 t 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 a 400v 0 02sb 200v 0 02sc 400v 0 08sd 200v 0 08s 解 从图中看出 该交流电的最大值和周期分别是 em 100v t 0 04s 而最大值em nbs 周期t 2 当线圈转速加倍时 2 故em 2em 200v t t 2 0 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t 0 02s 在t 0 0025s t 8时 电流为14 14a 而t t 8时线圈从中性面转过的角度为45 由电流表达式i imsin t得 14 14 imsin45 im 14 14 sin45 20a 2 t 314rad s 故此电流的瞬时表达式为i 20sin314t 4 如图表示一交流的电流随时间变化的图像 此交变电流的有效值是多大 解析 交流的有效值等于热效应与此交流等效的直流电的值 为分析方便 可选交流电的一个周期进行研究 设此交变电流的有效值为i 根据交流有效值的定义 有 所以 5 图中两交变电流通过相同的电阻r 求 1 分别写出它们的有效值 周期和频率 2 计算它们在r上产生的功率之比 解析 1 图甲为正弦交流电 其有效值i1 im 3 55a 周期t1 0 4s 频率f1 2 5hz 图乙为方波交流电 电流的大小不变 方向作周期变化 由于热效应与电流方向无关 因而它的有效值为5a 周期t2 0 4s 频率f2 2 5hz 2 由公式p i2r得 p甲 p乙 i12r i22r i1 i2 2 1 2 6 如图所示 矩形线圈的匝数为n 线圈面积为s 线圈内阻为r 在磁感应强度为b的匀强磁场中绕oo 轴以角速度 匀速转动 外电路电阻为r 在线圈由图示位置转过90 的过程中 求 1 通过电阻r的电量q 解析 在此过程中 穿过线圈磁通量变化 所用时间 产生的平均电动势为 平均电流为 通过r的电量 2 电阻r上产生的焦耳热q 在此过程中电阻r上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的1 4 7 边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为b的匀强磁