专题 交变电流.doc

专题十四 交变电流高考解读交变电流内容要求说明82.交流发电机及其产生正弦式电流的原理.正弦式电流的图象和三角函数表达式.最大值与有效值，周期与频率.83.电阻、电感和电容对交变电流的作用84.变压器的原理.电压比和电流比85.电能的输送 只要求讨论单相理想变压器本专题主要包括：交变电流的产生及其表达式；电阻、电感和电容对交变电流的作用；变压器的原理和电能输送问题的计算方法.考点清单 1 交变电流的产生和描述一、交变电流1.交变电流：电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交变电流，简称交流电.如图14-11所示.图14-112.交变电电流的产生和变化规律（1）产生：在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈产生的是正弦交变电流.（2）规律：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.线圈经过中性面时，电流方向发生改变.变化规律：（交变电流瞬时值的表达式）电动势：电压：电流：正弦交变电流的图象（如图14-12）图14-12例 一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图14-13所示，下面说法正确的是（ ）图14-13A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t1时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D.每当电动势e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大解析 应把交变电流的图象与线圈转动位置对应起来，线圈平面垂直于磁感线的位置为中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，感应电流为零，恰是电流改变方向的时刻，对应图象中的t1、t3时刻；线圈平面与磁感线平行时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，对应图象中的t2、t4时刻，因此正确的选项是BD.二、描述交变电流的物理量1. 交变电流的最大值：（1）交变电流的最大值（）与线圈的形状、转动轴的位置无关，但是转动轴应与磁感线垂直.（2）某些电学元件（电容器、晶体管等）的击穿电压指的是交变电压的最大值.2.交变电流的有效值：（1）有效值是利用电流的热效应定义的.（即如果交流电通过电阻时产生的热量与直流电通过同一电阻在相同时间内产生的热量相等，则直流电的数值就是该交流电的有效值.）（2）正弦交变电流的有效值： （3）通常说的交变电流的电压、电流强度以及交流电表的读数、保险丝的熔断电流的值，都是指交变电流的有效值.此外求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进行计算.3.交变电流的周期、频率、角速度：（1）周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间.（2）频率f：1s内完成周期性变化的次数.（3）角速度：1s内转过的角度.（4）三者关系：我国民用交变电流的周期T=0.02s、频率f=50Hz、角速度=100rad/s.4.交变电流平均值：（1）交变电流图象中图象与t轴所围成的面积与时间的比值叫做交变电流的平均值.（2）平均值是利用来进行计算的，计算电量时只能用平均值.例 如图14-14所示，边长为L的正方形线圈abcd的匝数为n，线圈电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，现在线圈以OO为轴，以角速度匀速转动，求：图14-14闭合电路中电流瞬时值的表达式线圈从图示位置转过90的过程中电阻R上产生的热量通过R的电荷量电阻R上的最大电压解析 线圈转动时，总有一条边切割磁感线，且ac边和bd边转动的线速度大小相等，当线框平行于磁场时，产生的感应电动势最大，为：由闭合电路欧姆定律可知，当以图示为计时起点时，流过R的电流表达式为：在线框由图示位置匀速转动90的过程中，用有效值来计算电阻R产生的热量在转过90的过程中感应电动势的平均值为：流过R的平均电流所以流过R的电量由部分电阻欧姆定律可知电阻R上的最大电压三、电感和电容对交流的作用电感是“通直流、阻交流、通低频、阻高频”.电容是“通交流、隔直流、通高频、阻低频”.说明 1.电感对直流的阻碍作用很小，所以是“通直流”，而对交流都有阻碍作用，所以“阻交流”；而交流频率越高，电感阻碍作用越大，而对低频阻碍作用较小（对高频扼流圈），所以“通低频，阻高频”.2.电容对直流来说是断路，而交流可以通过对电容充放电，使电路中有电流，故表现为交流“通过”了电容器，故有“通交流，隔直流”，电容器对交流的阻碍作用与交流的频率有关，频率越高，容抗越小，越易“通过”电容器，而对低频容抗较大，故有“通高频，阻低频”.2 变压器、远距离输电一、变压器1.变压器的构造（如图14-15）图14-152.变压器的工作原理在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础.3.理想变压器磁通量全部集中在铁芯内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率.（1）电压跟匝数的关系：（2）功率关系：（3）电流关系：说明 原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈时，反比关系就不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出：再根据 可得出：根据以上关系：匝数比一定时，U2由U1决定.输入电流由输出电流决定.输入功率由输出功率决定.例 如图14-16为理想变压器，其初级线圈在交流电源上，次级线圈接有一标有“12V，100W”灯泡，已知变压器初、次级线圈的匝数比为181，那么小灯泡正常工作时，图中的电压表的读数为 V，电流表的读数为 A.图14-16解析 从图上可知，两电表的读数均为初级线圈的电压值和电流值.由公式得V由公式得A答案 电压表读数为216V，电流表读数为0.46A.二、远距离输电远距离输电时，由于输电线路上存在电阻，根据电流热效应，总有一部分电能损失在输电线路上，减小线路上的电能损失，有两种方法：一是减少导线上的电阻；二是减少输电线上通过的电流.根据可知，通过减小输电线路的电流，可减少线路的能量损失，即采用高压输电，这是减少线路电能损失的有效方法（如图14-17）.图14-17两个关系1.输电过程的电压关系：2.输电过程功率的关系：例 发电机的端电压220V，输出电功率为44kW，输电导线的电阻为0.2，如果用初、次级匝数之比为110的升压变压器升压，经输电线路后，再用初、次级匝数比为101的降压变压器降压供给用户.（1）画出全过程的线路图.（2）求用户得到的电压和功率.（3）若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压.解析 该题是输电线路的分析和计算问题，结合电路结构和输电过程中的电压关系和电流关系可解此题.（1）线路图如图14-18所示：（2）升压变压器次级的输出电压 V升压变压器次级输出电