高二物理 交变电流.doc

高二物理高二物理 交变电流专题交变电流专题 本讲教育信息本讲教育信息 一一 教学内容教学内容 交变电流的产生和变化规律 表征交变电流的物理量 电感和电容对交变电流的影响 变压器 电能的输送 二二 重点 难点重点 难点 1 掌握描述交变流电的物理量 图像及变化规律 重点理解有效值的概念 2 理解为什么电感对交变电流有阻碍作用 知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作 用的大小 知道感抗与哪些因素有关 3 理解交变电流能通过电容器 理解为什么电容器对交变电流有阻碍作用 知道用容 抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小 知道容抗与哪些因素有关 4 知道变压器的构造 知道互感现象是变压器的工作基础 知道什么是理想变压器 掌握理想变压器的原 副线圈的电压与匝数的关系 并能应用它分析解决问题 5 掌握理想变压器中电流与匝数 功率的关系 并能应用它分析解决问题 知道常见 的几种变压器 三 知识点精析三 知识点精析 一 交变电流基本概念 一 交变电流基本概念 1 1 交变电流的产生和变化规律 交变电流的产生和变化规律 电流强度的大小和方向都做周期性的变化 这种电流叫交流电 大小改变方向不变 的电流不是交流 交变电流的变化规律矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的四个过程 线圈bc da始终在平行磁感线方向转动 因而不产生感应电动势 只起导线作用 1 线圈平面垂直于磁感线 a 图 ab cd 边此时速度方向与磁感线平行 线圈中 没有感应电动势 没有感应电流 这时线圈平面所处的位置叫中性面 中性面的特点 线 圈平面与磁感线垂直 磁通量最大 感应电动势最小为零 感应电流为零 2 当线圈平面逆时针转过 900时 b 图 即线圈平面与磁感线平行时 ab cd 边 的线速度方向都跟磁感线垂直 即两边都垂直切割磁感线 这时感应电动势最大 线圈中 的感应电流也最大 3 再转过 900时 c 图 线圈又处于中性面位置 线圈中没有感应电动势 4 当线圈再转过 900时 处于图 d 位置 ab cd 边的瞬时速度方向 跟线圈经过图 b 位置时的速度方向相反 产生的感应电动势方向也跟在 图 b 位置相反 5 再转过 900线圈处于起始位置 e 图 与 a 图位置相同 线圈中没有感应电动势 小结 垂直于磁场的平面叫中性面 线圈位于中性面时 穿过线圈的磁通量最大 但小结 垂直于磁场的平面叫中性面 线圈位于中性面时 穿过线圈的磁通量最大 但 磁通量的变化率为零 此位置线圈中的感应电动势为零 且每经过中性面一次感应电流的磁通量的变化率为零 此位置线圈中的感应电动势为零 且每经过中性面一次感应电流的 方向改变一次 线圈每转一周 两次经过中性面 感应电流的方向改变两次 方向改变一次 线圈每转一周 两次经过中性面 感应电流的方向改变两次 2 2 线圈中的感应电动势的大小如何变化呢 线圈中的感应电动势的大小如何变化呢 在场强为 B 的匀强磁场中 矩形线圈边长为 L 逆时针绕中轴匀速转动 角速度为 从中性面开始计时 经过时间 t 线圈转动的线速度为 转过的角度为 2 Lv t 此时 ab 边线速度 v 与磁感线的夹角也等于 此时 ab 边中的感应电动势为同理 cdt ab e 边切割磁感线的感应电动势为 cd e tBltBlBLveab sin 2 1 sin 2 1 2 tBltBlBLvecd sin 2 1 sin 2 1 2 就整个线圈来看 因ab cd边产生的感应电势方向相同 是串联 所以 tBStBle sinsin 2 当线圈平面跟磁感线平行时 即 这时感应电动势最大值 2 t BSEm tBStBle sinsin 2 感应电动势的瞬时表达式为tEe m sin 可见在匀强磁场中 匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的 即感 应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化 当线圈跟外电路组成闭合回路 时 设整个回路的电阻为 R 则电路的感应电流的瞬时值为表达式 t R E R e i m sin 感应电流瞬时值表达式这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流 tIi m sin 交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正比 当线圈在匀强磁场 中匀速转动时 线圈磁通量也是按正弦 或余弦 规律变化的 若从中性面开始计时 t 0 时 磁通量最大 应为余弦函数 此刻变化率为零 切线斜率为零 时 磁通量 4 T t 为零 此刻变化率最大 切线斜率最大 因此从中性面开始计时 感应电动势的瞬时表达 式是正弦函数 如图 a b 所示分别是和 t m cos tEe m sin 3 3 交流电的图像 交流电的图像 交流电的变化规律还可以用图像来表示 由前面的甲图中线圈转动过程中电动势和电 流变化情况 在直角坐标系中 横轴表示线圈平面跟中性面的夹角 或者表示线圈转动经 过的时间 t 纵坐标表示感应电动势 e 感应电流 i 如图所示 b c e 所示电流都属于交流 其中按正弦规律变化的交流叫正弦交 流 如图 b 所示 而 a d 为直流 其中 a 为恒定电流 二 交变电流基本概念 二 交变电流基本概念 1 1 表征交变电流大小物理量 表征交变电流大小物理量 1 1 瞬时值 瞬时值 对应某一时刻的交流的值 用小写字母表示 表示电压 表eui 示电流 2 2 最大值 最大值 即最大的瞬时值 用大写字母表示 如 m U m I m E nsBEm REI mm 注意 注意 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时 所产生感应电动势的 峰值为 即仅由匝数 N 线圈面积 S 磁感强度和角速度四个量决定 NBSEm B 与轴的具体位置 线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的 3 3 有效值 有效值 物理意义 描述交流电做功或热效应的物理量物理意义 描述交流电做功或热效应的物理量 定义 跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值 正弦交流的有效值与峰值之间的关系是 2 m E E 2 m I I 2 m U U 注意 注意 正弦交流的有效值和峰值之间具有 的关系 非正 2 m E E 2 2 mm I I U U 弦 或余弦 交流无此关系 但可按有效值的定义进行推导 如对于正负半周最大值相等 的方波电流 其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的 因而其有效值即等于其最 大值 即 m II 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 对于交流电若没有特殊说明的指有效值 在求交流电的功 功率或电热时必须用交流电的有效值 在求交流电的功 功率或电热时必须用交流电的有效值 4 4 瞬时值 峰值 最大值 瞬时值 峰值 最大值 有效值 平均值 有效值 平均值在应用上的区别 瞬时值指交流电某一时刻的值 常用来计算线圈某时刻的受力情况 峰值是交流变化中的某一瞬时值 对纯电阻电路来说 没有什么应用意义 若对含电 容电路 在判断电容器是否会被击穿时 则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值 交流的有效值是按热效应来定义的 对于一个确定的交流来说 其有效值是一定的 交流的有效值是按热效应来定义的 对于一个确定的交流来说 其有效值是一定的 而平均值是由公式确定的 其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定 在不 t nE 同的时间段里是不相同的 如对正弦交流 其正半周或负半周的平均电动势大小为 而一周期内的平均电动势却为零 在计算交流通过电阻产生的热 nBs T Bsn E 2 2 2 功率时 只能用有效值 而不能用平均值 在计算通过导体的电量时 只能用平均值 而 不能用有效值 在实际应用中 交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值 交流电流 表和交流电压表指示的电流 电压也是有效值 解题中 若题示不加特别说明 提到的电 流 电压 电动势时 都是指有效值 2 2 表征交变电流变化快慢的物理量 表征交变电流变化快慢的物理量 周期 电流完成一次周期性变化所用的时间 单位 s T 频率 一秒内完成周期性变化的次数 单位 f Z H 角频率 就是线圈在匀强磁场中转动的角速度 单位 srad 角速度 频率 周期的关系 T f 2 2 例 1 如图所示 交流发电机的矩形线圈 abcd 中 ab cd 50cm bc ad 30cm 匝 数 n 100 线圈电阻 外电阻 线圈在磁感强度 B 0 05T 的匀强磁场 2 0 r 8 4 R 中绕垂直于磁场的转轴匀速转动 角速度 O O srad 100 1 求产生感应电动势的最大值 2 若从图示位置开始计时 写出感应电流随时间变化的函数表达式 3 交流电压表和交流电流表的示数各为多少 4 此发电机的功率为多少 5 从图示位置起 转过 90 过程中 平均电动势多大 通过线框截面电量多大 6 从图示位置起 转过 90 过程中 外力做功多少 线框上产生的焦尔热为多少 分析 分析 本题涉及到交流电的最大值 瞬时值和有效值及平均值 解题时要注意不要混 淆概念 要选择好相应的公式 电表上的示数应是外电路的电压和电流的有效值 功率及 功 能的计算也要用有效值 解 解 1 设 ab l1 bc l2 则交流电动势的最大值为 EnBl lV m 1 2 2355 2 根据闭合电路欧姆定律 电流的最大值 I E Rr A m m 471 在图示位置时 电流有最大值 则电流的瞬时值表达式为 代入数值得tIi m cos itA 471100 cos 3 电流的有效值为AII m 3 33 2 2 路端电压的有效值为 U IR 160V 这样 电压表的示数为 160V 电流表的示数为 33 3A 4 电动势的有效值为VEE m 167 2 2 则发电机的功率为 P IE 5561W 平均电动势5 0 22 150 1 2 En t n BS n Bl l V 通过线框截面电量qI t E Rr tn tRr tn Rr n Bl l Rr C 1 15 1 2 6 外力通过克服安培力做功 将其它形式能转化为电能 WEIEtIEJ 电 2 278 线框上产生焦尔热QI rtI rJ 22 2 111 例 2 如图所示 在匀强磁场中有一个 形导线框可绕 AB 轴转动 已知匀强 磁场的磁感强度 线框的 CD 边长为 20cm CE DF 长均为 10cm 转速为TB 25 50r s 若从图示位置开始计时 1 写出线框中感应电动势的瞬时值表达式 2 若线框 电阻 r 3 再将 AB 两端接 6V 12W 灯泡 小灯泡能否正常发光 若不能 小灯泡实际 功率多大 解析 解析 1 注意到图示位置磁感线与线圈平面平行 瞬时值表达式应为余弦函数 先 求出最大值和角频率 sradn 1002 2101001 02 0 25 VBSEm 所以电动势瞬时表达式应为 100cos210Vte 2 小灯泡是纯电阻电路 其电阻为 3 12 62 2 额 额 p u R 首先求出交流电动势有效值此后即可看成恒定电流电路 如图所示 10 2 V E E m 显然由于 小于额定电压 不能正常发光 其实际功率是rR 5V 2 E 灯 U 3 8 3 25 3 52 2 W R U P 例 3 如图表示一交流随时间变化的图像 求此交流的有效值 解析 解析 此题所给交流正负半周的最大值不相同 许多同学对交流电有效值的意义理解 不深 只知道机械地套用正弦交流电的最大值是有效值的倍的关系 直接得出有效值 2 而对此题由于正负半周最大值不同 就无从下手 应该注意到在一个周期内前半周期和后 半周期的有效值是可求的 再根据有效值的定义 选择一个周期的时间 利用在相同时间 内通过相同的电阻所产生的热量相同 从焦耳定律求得 即 22 2 2 2 1 2 T RI T RIRtI 2 1 2 4 2 1 2 2 222 I 解得 I A5 跟踪训练 跟踪训练 如图所示 表示一交流电的电流随时间而变化的图象 此交变电流的有效 值是 AABACADA 5 2535 235 例 4 如图中两交变电流分别通过相同电阻 R 1 分别写出它们的有效值 周期 频率 2 计算它们在R上产生的功率之比 解析 解析 1 图甲为正弦交流其有效值 周期 T1 0 4s 频率A I I m 54 3 2 1 f1 2 5Hz 图乙为方波交流电 电流的大小不变 方向作周期性变化 由于热效应与电流 方向无关 因而它的有效值 I2 5A 周期 T2 0 4s 频率 f2 2 5Hz 2 由公式 P I2R 得 P 甲 P乙 1 2 点评 点评 对于非正弦交流电 在计算其有效值时 一定要根据有效值的定义 利用热效 应关系求解 例 5 电路两端的交流电压是 u Umsin314tV 在 t 0 005s 时电压的值为 10V 则接在电路两端的电压表读数为多少 解析 解析 交流电表的读数应是交流电的有效值 由瞬时值求出最大值 再求有效值 答案答案 7 07V 三 电感和电容对交变电流的影响 三 电感和电容对交变电流的影响 1 对感抗的理解 感抗是表示电感对交变电流阻碍作用大小的物理量 感抗的大小与 自身的自感系数 交变电流的频率有关 可用公式2 L XfL 表示 不作计算要求 单位 是欧姆 可见 交流电的频率越大 线圈的自感系数越大 感抗就越大 2 电感对交变电流的阻碍作用 交变电流通过线圈时 电流的大小和方向都不断变化 线圈中就必然会产生自感电动势 自感电动势的作用就是阻碍引起自感电动势的电流的变 化 这样就形成了对交变电流的阻碍作用 3 电感在交流电路中的作用 据电感线圈匝数的不同 可分为两种 1 低频扼流圈 构造 线圈绕在闭合铁芯闭合铁芯上 线圈匝数多 自感系数很大 作用 对低频交变电流有很大的阻碍作用 即 通直流 阻交流 2 高频扼流圈 构造 线圈绕在铁氧体芯铁氧体芯上 线圈匝数少 自感系数小 作用 对低频交变电流阻碍小 对高频交变电流阻碍大 即 通低频 阻高频 四 电容器对交变电流的影响 四 电容器对交变电流的影响 1 交变电流是怎样通过电容器的 将电容器的两极接在电压恒定的直流电源两端 电路中没有持续的电流 这是由于电 容器两极间充有绝缘的电介质 但如果把电容器接在交变电流两端 则电路里会有持续的 电流 好像交变电流 通过 了电容器 这里特别要注意 在这种情况下电路中的自由电 荷也并没有通过电容器两极间的绝缘电介质 而是在交变电压的作用下 当电源电压升高 时 电容器充电 电路中形成充电电流 当电源电压降低时 电容器放电 电路中形成放 电电流 在交变电源的一周期内 电容器要交替进行充电 放电 反向充电 反向放电 电路中就有了持续的交变电流 就好像电流通过了电容器 2 1 对容抗的理解 容抗是表示电容对交变电流阻碍作用大小的物理量 容抗的大 小与自身的电容 交变电流的频率有关 可用 1 2 C X fC 来表示 不要求计算 单位是 欧姆 2 电容对交变电流的阻碍作用 电容对交变电流产生阻碍的原因是 对导线中形成 电流的自由电荷来说 当电源的电压推动它们向某一方向做定向移动的时候 电容器两极 板上积累的电荷却反抗它们向这个方向做定向移动 这就产生了对交变电流的阻碍 3 电容器在交流电路中的作用 隔直电容器 通交流 隔直流 旁路电容器 通高 频 阻低频 例例 1 如图所示交流电源的电压有效值跟直流的电压相等 当将双刀双掷开关接到直流 电源上时 灯泡的实际功率为 1 P 而将双刀双掷开关接在交流电源上时 灯泡的实际功率 为 2 P 则 A 1 P 2 PB 1 P 2 PC 1 P 2 P 特别提示 特别提示 电感线圈在交流电路中的作用是 通直流 阻交流 通低频 阻高频 例例 2 如图所示 电路中完全相同的三只灯泡 a b c 分别与电阻 R 电感 L 电容 C 串联 然后再并联到 220V 50Hz 的交流电路上 三只灯泡亮度恰好相同 若保持交变电 压不变 将交变电流的频率增大到 60Hz 则发生的现象是 A 三灯亮度不变 B 三灯均变亮 C a 不变 b 变亮 c 变暗D a 不变 b 变暗 c 变亮 解析 解析 此题考查电容 电感对交变电流的影响 也就是容抗 感抗与交变电流的关 系 当交变电流的频率变大时 线圈的感抗变大 电容器的容抗变小 因此 c 变亮 b 变 暗 又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用 故 a 灯亮度不变 所以选 D 特别提示 特别提示 在交流电路中一定要弄清感抗与容抗与哪些因素有关 1 1 电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示 线圈的自感系数越大 交变电 电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示 线圈的自感系数越大 交变电 流的频率越高 电感对交变电流的阻碍作用就越大 感抗也越大 流的频率越高 电感对交变电流的阻碍作用就越大 感抗也越大 2 2 电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示 电容器的电容越大 交变电流 电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示 电容器的电容越大 交变电流 的频率越高 电容对交变电流的阻碍作用就越小 容抗也越小 的频率越高 电容对交变电流的阻碍作用就越小 容抗也越小 五 变压器的原理 五 变压器的原理 1 变压器的构造变压器的构造 如图所示为变压器的结构图 原线圈接电源 副线圈接负载 两个线圈都绕在叠合而 成的硅钢片上 硅钢片都涂有绝缘漆 原线圈 副线圈 铁芯 2 变压器的工作原理变压器的工作原理 变压器的变压原理是电磁感应 当原线圈上加交流电压 1 U时 原线圈中就有交变电流 它在铁芯中产生交变的磁通量 在原 副线圈中都要产生感应电动势 如果副线圈是闭合 的 则副线圈中将产生交变的感应电流 它也在铁芯中产生交变磁通量 在原 副线圈中 同样要引起感应电动势 由于这种互相感应的互感现象 原 副线圈间虽然不相连 电能 却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈 其能量转换方式为 原线圈电能 磁场能 副 线圈电能 说明 说明 互感现象是变压器工作的基础 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了 电能向磁场能再到电能的转化 变压器是依据电磁感应工作的 因此只能工作在交流电路中 如果变压器接入直流 电路 原线圈中的电流不变 在铁芯中引不起磁通量的变化 没有互感现象出现 变压器 起不到变压作用 3 理想变压器的规律理想变压器的规律 理想变压器的特点 a 变压器铁芯内无漏磁 b 原副线圈不计电阻 即不产生焦耳热 电动势关系 电动势关系 由于互感现象 没有漏磁 原 副线圈中具有相同的磁通量的变化率 如图根据法拉第电磁感应定律 原线圈中 副线圈中 所 t t nE 11 t nE 22 以有 11 22 En En 电压关系 电压关系 由于不计原 副线圈的电阻 因而 11 UE 22 UE 所以 有 11 22 Un Un 这与实验探究得到的规律相同 若 12 nn 12 UU 就是升压变压器 若 12 nn 12 UU 就是降压变压器 输出电压 2 U由输入电压 1 U和 1 n 2 n共同决定 即 1 21 2 n nU U 电流关系 电流关系 由于不存在各种能量损失 所以变压器的输出功率等于输入功率 12 PP 用U I代换得 1 122 U IU I 所以有 12 21 IU IU 再由 11 22 Un Un 得 12 21 In In 这就是电流与匝数的关系 原 副线圈中的电流与匝数成反比 即 2 11 2 n nI I 电功率关系 电功率关系 输入功率 1 P由输出功率 2 P决定 负载需要多少功率 原线圈端就输入 多少功率 说明 说明 由 12 21 In In 知 对于只有一个副线圈的变压器 电流与匝数成反比 因此 变压器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 变压器的输入功率决定于输出功率 即用多少给多少 同理输入电流决定于输出电 流 若副线圈空载 输出电流为零 输出功率为零 则输入电流为零 输入功率为零 变压器能改变交流电压 交变电流 但不改变功率和交变电流的频率不改变功率和交变电流的频率 输入功率总 等于输出功率 副线圈中交变电流的频率总等于原线圈中交变电流的频率 变压器的电流关系也是有效值 或最大值 间的关系 4 当变压器有多个副线圈组成时 电压 电流与匝数关系当变压器有多个副线圈组成时 电压 电流与匝数关系 例例 3 如图所示 原线圈匝数为 n1 两个副线圈匝数分别为 n2和 n3 相应电压分别为 U1 U2和 U3 相应的电流分别为 I1 I2 I3 根据理想变压器的工作原理可得 n1 I1 I2 n2 n3 I3 2 1 2 1 n n U U 3 1 3 1 n n U U 3 2 3 2 n n U U 根据PP 入出 得 332211 UIUIUI 将 代入 式得 3 2 3322 2 1 11 n n UIUI n n UI 整理得 332211 nInInI 以上 式即为多个副线圈的理想变压器的电压与匝数的关系和电流与匝数的 关系 说明 说明 变压器的电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立 而电流关系只适用 于有一个副线圈的变压器 若为多个副线圈 电流关系要从功率关系 输入功率总等于输 出功率 得出 即 1 1223 3 U IU IU I 根据 312 123 UUU nnn 知 电流与匝数关系为 1 1223 3 n In In I 5 负载发生变化引起变压器电压 电流变化的判断方法负载发生变化引起变压器电压 电流变化的判断方法 1 负载增多 不等于电阻变大 负载增多对应用电器增多 消耗功率增大 其总电 阻减小 2 有关负载发生变化时 电流和电压如何变化的判断 先要由判断 U2是 2 1 2 1 n n U U 否变化 再根据 U2及负载电阻变大变小的情况 由欧姆定律确定线圈中的电流 I2的变化 情况 最后再由PP 入出 判断原线圈中电流的变化情况 6 线圈串 并联的分析和计算方法线圈串 并联的分析和计算方法 对于线圈的串 并联 与电阻的串 并联相类似 一方面要判断两线圈两接头的连接 关系 另一方面还要判断两线圈的线向关系 判断方法 可假定某时刻一线圈中有某一流向的电流 例如 图中两线圈 将 b c 相 连 a d 作为输出端 假设电流从 a 端流入 则两线圈电流反向 故两线圈磁通量相抵消 故其匝数为两线圈匝数差 a b c d 7 变压器与分压器变压器与分压器 变压器 如图甲所示 和分压器 如图乙所示 都能起到改变电压的作用 但二者又 有着本质的区别 为了帮助同学们澄清对这两种仪器的模糊认识 更好地理解和应用它们 来解决实际问题 现将二者的区别简述如下 1 变压器是一种电感性仪器 是根据电磁感应原理工作的 而分压器是一种电阻性 仪器 是根据电阻串联分压原理工作的 2 变压器只能改变交流电压 不能改变直流电压 而分压器既能改变交流电压 也 可以改变直流电压 3 变压器可以使交流电压升高或降低 而分压器不能使电压升高 4 对于理想变压器 电压与线圈匝数成正比 即 21 nnUU cdab 而对于分压器 电压与其电阻成正比 即 ghefghef nnUU 5 若在 c d 间 g h 间分别接入负载电阻 R0后 对于变压器 Ucd不随 R0的变化而 变化 而对于分压器 Ugh将随 R0的增大而增大 随 R0的减小而减小 6 理想变压器工作时 穿过铁芯的磁通量是一定的 线圈两端的电压遵循法拉第电 磁感应定律 t nE 11 t nE 22 而分压器工作时 回路电流为定值 遵循欧姆定律 efef IRU ghgh IRU 7 理想变压器的输入功率随输出功率的变化而变化 即随之增大而增大 随之减小 而减小 且始终相等 PP 入出 而分压器空载时输入功率PI Ref 入 2 不变 例例 4 一台理想变压器 其原线圈 2200 匝 副线圈 440 匝 并接一个 1000 欧姆的负载 电阻 如图所示 1 当原线圈接在 44V 直流电源上时 电压表示数为 V 电流表示数为 A 2 当原线圈接在 220V 交流电源上时 电压表示数为 V 电流表示数为 A 此时输入功率为 W 变压器效率为 解析 解析 1 原线圈接在直流电源上时 由于原线圈中的电流恒定 所以穿过原 副线 圈的磁通量不发生变化 副线圈两端不产生感应电动势 故电压表示数为零 电流表示数 也为零 由得 电压表读数 电流表读数 效率 入出 2 220 440 2200 44 44 100 044 044441936 100 2 1 2 1 21 2 1 2 2 22 U U n n UU n n VV I U R AA PPI UWW 答案 答案 1 0 0 2 44 0 44 19 36 100 特别提示 特别提示 1 变压器只能改变交流电压 不能改变直流电压 2 理想变压器 效率当然是 100 3 交流电压表与电流表的示数均为有效值 4 输入功率取决于输出功率 即用多少给多少 例例 5 如图所示 一理想变压器原 副线圈匝数比为 3 1 副线圈接三个相同的灯泡 均能正常发光 若在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡 L 则 设电源有效值不变 A 灯 L 与三灯亮度相同B 灯 L 比三灯都暗 C 灯 L 将会被烧坏 D 无法判断其亮度情况 解析 解析 由于电源有效值不变 设为 U 当在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡 L 时 灯 L 与线圈分压 设原线圈两端的电压为 U1 则UUUL 1 其中 UL为灯泡 L 两端电 压 UI R LL 1 设此时接入副线圈的每只灯泡中的电流为 I 则副线圈输出电流II 2 3 据电流与匝数关系 I I n n 1 2 2 1 1 3 得I n n II 1 2 1 2 即四只灯泡中的电流相同 故亮度相 同 答案 答案 A 特别提示 特别提示 当原线圈所在电路串联入灯泡 L 后 原线圈两端的电压不再等于电源电压 而是与电灯 L 分压 此时原线圈类似于一非纯电阻用电器 其两端电压可据电源电压及串 联的用电器的分压情况计算 六 电能的输送 六 电能的输送 1 高压送电的原因 输送的功率 所以输电线上的电流强度 输输输 I UP 输输输 UPI 输电线的总电阻 为输电线的总长度 输电线上损失的功率 S l R lRI 2 输损 P 远距离送电输电线的电阻不可忽略 在导线上损失的电能不可忽略 在输电线损失的 功率是发热功率 减小电阻 选用小的 不可变不能无限RI 2 输损 P S l R lS 加大 只有减小输送电流 在输送功率一定时 越大 越小 损失越小 千万注意输UI 送电流 一定 越大 损失功率越小 R U P P U P I R U I 2 2 损 应是 PRU 2 远距离输电线路组成 如图所示 远距离输电线路组成如下 发电机 升压变压器 输电线 降压变压器 用户 U1 I1 n1 P1 U2 U3 U4 n2 n3 n4 I2 I3 I4 P2 P3 P4 输电线 升压变压器输入电压 输出电压表示 1 U 2 U 升压变压器输入电流 输出电流表示 1 I 2 I 升压变压器的输入功率 输出功率表示 1 P 2 P 升压变压器主线圈 副线圈 1 n 2 n 降压变压器输入电压 输出电压表示 3 U 4 U 降压变压器输入电流 输出电流表示 3 I 4 I 降压变压器的输入功率 输出功率表示 3 P 4 P 降压变压器主线圈 副线圈 3 n 4 n 有以下关系 有以下关系 1 电压之间的关系 2 1 2 1 n n U U 4 3 4 3 n n U U 32 U 线 UU 2 电流之间的关系 1 2 2 1 I I n n 3 4 4 3 I I n n 32 III 线 3 功率之间的关系 12 PP 34 PP 23 PPP 线 4 输电电流 3232 23 PUUP I UUR 线 线 5 输电导线上损耗的电功率 2 2 2 P PI UI RR U 2 线线线线线线 6 输电效率 100 P 总 用 P 100 P P 1 4 7 损耗与总功率关系 11 2 1 IU RI P P 线线线 总 损耗 P P 注意 注意 远距离输电中电流之间的关系最简单 中只要知道一个 另两个总 32 III 线 和它相等 因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口 输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的 分析和计算时都必须用 而不能用 线线线 RIP 2 线线线 RIU 线 线 线 R U 2 P 输电电压提高到原来的 n 倍 输电导电线上损失功率减为原来的 2 1 n 交变电流检测题交变电流检测题 1 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 当线圈通过中性面时 A 线圈平面与磁感线方向垂直 B 通过线圈的磁通量达到最大值 C 通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D 线圈中的电动势为零 2 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的感应电动势 e 随时间的变化关系如图所示 则下列说法中正确的是 A t1时刻通过线圈的磁通量最大 B t2时刻通过线圈的磁通量的变化率最大 C t3时刻通过线圈的磁通量为零 D 每当 e 的方向改变时 通过线圈的磁通量为零 e O t1 t2 t3 t4 t 3 矩形线圈长为 a 宽为 b 在匀强磁场中以角速度 绕中心轴匀速转动 设 t 0 时线 圈平面与磁场平行 匀强磁场的磁感应强度为 B 则线圈中感应电动势的即时值为 A Babt sin B 2Babt cos C 2Babt sin D Babt cos 4 交流发电机在工作时的电动势为eEt 0sin 若将其电枢的转速提高 1 倍 其他 条件不变 其电动势变为 A E t 0 2 sin B 2 2 0 E t sin C Et 0 2sin D 22 0 Etsin 5 一只标有 220V 100W 的灯泡接在的交流电源上 则 tVU314sin311 A 该灯泡能正常发光 B 与灯泡串联的电流表读数为 0 64A C 与灯泡并联的电压表读数为 311V D 通过灯泡的电流itA 064314 sin 6 在匀强磁场中 一正方形闭合线圈绕垂直磁感线的转轴匀速转动 要使线圈中交流电 的有效值减半 可行的方法是 A 只将转速减半 B 只将磁场的磁感应强度减半 C 只将转速减为原来的 2 2 D 将转速与磁感应强度都减为原来的 2 2 7 在电阻 R 上分别加如图 1 2 所示的交变电压u1和u2 在较长的相等时间内 内阻 R 上产生的热量相等 电阻 R 的阻值变化可以忽略 那么 A 交变电压u2的最大值Um等于 U B 交变电压u2的最大值Um等于2U C 交变电压u1的有效值等于 U D 交变电压u1的有效值等于 U 2 u1 u2 U Um 1 2 0 0 t t U Um 8 一电热器接在 10V 的直流电源上 发热消耗一定的功率 现将它改接在正弦交流电源 上 要使它发热消耗的功率等于原来的一半 则交流电压的最大值应是 A 5VB 7 07V C 10V D 14 1V 9 一电阻接在 20V 的直流电流上 消耗的电功率为 10W 把这一电阻接在某一交流电 源上 若该交流电源的电压 u 随时间 t 变化的图象如图所示 则这一电阻消耗的电功率为 A 5WB 7 07WC 10WD 14 1W U V 20 t s 20 O 10 交流发电机线圈的电阻为 2 感应电动势瞬时值表达式为etV 389100sin 给电阻R 8 的用电器供电 求 1 通过用电器的电流的最大值和瞬时值分别为多少 2 发电机输出端电压的最大值和瞬时值分别为多少 3 电阻 R 的热功率及 1min 产生的热量 11 有一理想变压器 原 副线圈匝数之比nn 12 21 则变压器工作时原 副线 圈 A 电压之比为 U U 1 2 2 1 B 电流之比为 I I 1 2 2 1 C 功率之比为 P P 1 2 2 1 D 频率之比为 f f 1 2 2 1 12 理想变压器副线圈通过输电线接两个相同的灯泡 L1和 L2 输电线的等效电阻为 R 开始时 开关 S 是断开的 如图所示 在 S 接通后 以下说法正确的是 A 灯泡 L1两端的电压减小 B 通过灯泡 L1的电流增大 C 原线圈中的电流增大 D 变压器的输入功率增大 13 如图所示 M 为理想变压器 电源电压不变 当变阻器的滑动头 P 向上移动时 读 数发生变化的电表是 A A1B A2C V1D V2 14 降压变压器原 副线圈匝数比为 4 1 给照明电路供电 原线圈的输入电压 Ut V 1410100sin 副线圈到照明用户的导线总电阻为10 其他线路电阻不计 照明用户所用灯泡的规格是 220V 40W 欲使灯泡都正常发光 可并联接入的灯泡个 数为 盏 15 一理想变压器 原线圈匝数n11100 匝 接在电压为 220V 的交流电源上 当它对 11 只并联的 36V 60W 的灯泡供电时 灯泡正常发光 由此可知该变压器副线圈的匝 数n2 通过原线圈的电流I1 A 16 如图所示一个变压器 原线圈接在iIt m sin 的正弦交流电上 当t T 8 时 imA 10 副线圈中交流电流表的读数为 0 3A 使额定电压为 6V 的电灯 L 正常发光 则灯 L 的功率是 W 变压器的原 副线圈匝数比nn 12 17 有一负载电阻为 R 当安接到 30V 直流恒定电源上时 消耗的功率为 P 现在有一 台理想变压器 它的输入电压UtV 300100sin 若把上述负载接到此变压器副线圈两 端 消耗的功率为 P 2 则变压器原 副线圈的匝数比为 18 理想变压器原 副线圈的匝数之比nn 12 21 且分别接有相同的电阻 R 如 图所示 若交流电源的电压为 U 则副线圈的输出电压为 A U 2 B U 3 C 2 5 UD 3 4 U 19 一台理想变压器的变压比为 3 1 图中四个完全相同的电灯 若 L2 L3 L4正常发 光 则 L1一定 A 正常发光 B 比正常发光暗一些 C 比正常发光亮 并有可能烧毁 D 条件不足 无法判定 20 用理想变压器给负载电阻 R 供电 为了使变压器的输入功率增加 在其他条件不变 的情况下 应该使 A 原线圈的匝数增加 B 负载电阻 R 阻值减少 C 负载电阻 R 的阻值增加 D 副线圈的匝数增加 21 理想变化器原线圈的匝数为 880 匝 通过原线圈的电流随时间的变化情况为 itA 06 2100 sin 变压器的副线圈与电阻为10 的电阻器组成闭合回路 用交流电 流表测出通过电阻器的电流为 2A 那么 变压器输入的电功率为 W 副线圈的 匝数为 匝 变压器副线圈输出电流的最大值是 A 22 如图所示 理想变压器的三个线圈的匝数之比为nnn 123 1051 其中 n1作为原线圈接到 220V 的交流电源上 两个副线圈分别与RR 23 和组成闭合回路 已知 通过R3的电流IA 3 2 电阻R2110 则通过R2的电流是 A 原线圈中 的电流是 A 23 如图所示 理想变压器原 副线圈匝数比为nnn 123 432 副线圈上分 别接标有 6V 12W 12V 36W 的灯泡LL 12 和 当 a b 两端接交变电源后 L1正 常发光 则变压器的输入功率为 A 16WB 40WC 48WD 不能确定 24 图中理想变压器原副线圈匝数比为 n1 n2 1 2 电源两极间电压 U 220V A 是额定 电流为 1A 的保险丝 R 是可变电阻 为了不使