高三一轮物理复习第十三讲交变电流.ppt

1 交变电流 高三第一轮复习 2 考纲要求 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 最大值 瞬时值 有效值 周期 频率 交流电路 电感 电容的作用 变压器 远距离输电 3 l2 第一课时交变电流的产生和描述 一 交变电流 1 交变电流 大小和方向都随时间做周期性变化的电流 简称交流电 2 正弦交流电 随时间按正弦规律变化的电流 其图象为正弦或余弦曲线 二 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 nb s 4 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 正弦交流电的图象 从中性面开始计时 交流电路中电动势 电流 路端电压随时间变化如图 5 三 描述交变电流的物理量 1 瞬时值 反映不同时刻交流电的大小和方向 表达式 e emsin ti imsin tu umsin t 我国生活中用的市电电压为220v 其最大值为频率为50hz 电压的瞬时表达式 u 311sin314t v 有一正弦交流电源 电压有效值u 120v 频率为f 50hz向一霓虹灯供电 若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为u0 60v 试估算在一个小时内 霓虹灯发光时间有多长 为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象 2 最大值 也叫峰值 它是瞬时值的最大者 它反映的是交流电大小的变化范围 当线圈平面跟磁感线平行时 交流电动势最大 em nb s 把一电容器c接在220v的交流电路中 为了保证电容不被击穿 电容器c的耐压值是多少 6 3 平均值 不能用算术平均法即 e e1 e2 2来计算 在计算感应电量时必须要用平均值 平均值不等于有效值 如图所示 求线圈由图示位置转过60 角的过程中 通过线圈某一横截面的电量 4 有效值 有效值是根据电流的热效应规定的 让交流和直流通过相同阻值的电阻 如果它们在相同的时间内产生的热量相等 就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值 正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是 通常所说的交流电压 电流值 交流电表的测量值 用电器铭牌上所标数值 计算交流电通过导体产生的热量 发热功率 保险丝的熔断电流等 都指的是有效值 7 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右 求该交流电的有效值i 交流发电机转子有n匝线圈 每匝线圈所围面积为s 匀强磁场的磁感应强度为b 匀速转动的角速度为 线圈内电阻为r 外电路电阻为r 当线圈由图中位置匀速转动60 求 此时发电机的电动势为多少 电路中的电流为多少 r两端的电压为多少 在此过程中通过r的电荷量q为多少 r上产生电热qr为多少 外力做的功w为多少 发电机的输出功率为多少 8 四 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 左右两个电路都是从左端输入信号 从右端输出信号 左图中输入的是高频 低频混合的交流信号 要求只输出低频信号 右图中输入的是直流和低频交流的混合信号 要求只输出低频交流信号 那么c1 c2中哪个该用大电容 哪个该用小电容 9 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 10 第二课时变压器 远距离输电 一 理想变压器 1 理想变压器的构造 作用 原理及特征 构造 两组线圈 原 副线圈 绕在同一个闭合铁芯上构成变压器 作用 在输送电能的过程中改变电压 原理 利用了电磁感应现象 特征 变压器只能改变交变电压 2 理想变压器的理想化条件及其规律 原线圈两端加交变电压u1 电磁感应 忽略原 副线圈内阻 铜损 忽略铁芯中的漏磁 铁损 u1 e1 u2 e2 11 对理想变压器有 p入 p出 即 只有一只副线圈时i1u1 i2u2 存在多只副线圈时i1u1 i2u2 i3u3 n1i1 n2i2 n3i3 注意 变压器的输出电压由输入电压决定 变压器的输入功率由输出功率决定 副线圈中所接电阻常称为负载电阻 负载 则为电阻消耗的功率 12 理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1 1760匝 n2 288匝 n3 8000匝 电源电压为u1 220v n2上连接的灯泡的实际功率为36w 测得初级线圈的电流为i1 0 3a 求通过n3的负载r的电流i3 在变电站里 经常要用交流电表去监测电网上的强电流 所用的器材叫电流互感器 如下所示的四个图中 能正确反应其工作原理的是 13 3 解决变压器问题的常用方法 变压器原 副线圈的电压之比为u1 u2 n1 n2 当变压器有多个副绕组时u1 n1 u2 n2 u3 n3 思路1 电压思路 思路2 功率思路 理想变压器的输入 输出功率为p入 p出 即p1 p2 当变压器有多个副绕组时p1 p2 p3 思路3 电流思路 由i p u知 对只有一个副绕组的变压器有i1 i2 n2 n1 当变压器有多个副绕组时n1i1 n2i2 n3i3 14 思路4 变压器动态问题 制约思路 电压制约 当变压器原 副线圈的匝数比 n1 n2 一定时 输出电压u2由输入电压决定 即u2 n2u1 n1 可简述为 原制约副 电流制约 当变压器原 副线圈的匝数比 n1 n2 一定 且输入电压u1确定时 原线圈中的电流i1由副线圈中的输出电流i2决定 即i1 n2i2 n1 可简述为 副制约原 负载制约 变压器副线圈中的功率p2由用户负载决定 p2 p负1 p负2 变压器副线圈中的电流i2由用户负载及电压u2确定 i2 p2 u2 总功率p总 p线 p2 15 动态分析问题的思路程序 思路5 原理思路 变压器原线圈中磁通量发生变化 铁芯中 t相等 当遇到 型变压器时有 1 t 2 t 3 t 16 17 二 远距离输电 发电机输出功率为100kw 输出电压是250v 用户需要的电压是220v 输电线电阻为10 若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4 试求 在输电线路中设置的升 降压变压器原副线圈的匝数比 画出此输电线路的示意图 用户得到的电功率是多少 18 第三课时电磁场 电磁波 一 麦克斯韦的电磁场理论 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场 1 变化的磁场 电场 能够在周围空间产生电场 磁场 2 均匀变化的磁场 电场 能够在周围空间产生稳定的电场 磁场 3 振荡的磁场 电场 能够在周围空间产生同频率的振荡电场 磁场 二 电磁场 变化的电场和磁场相互联系 所形成的一个不可分离的统一场 1 电磁场不是电场与磁场的简单相加 2 在电磁场示意图中 电场e矢量和磁场b矢量 在空间相互激发时 相互垂直 19 三 电磁波 变化的电场和磁场从产生区域由近及远向周围空间传播 形成电磁波 1 有效地发射电磁波的条件 频率足够高 单位时间内辐射出的能量p f4 形成开放电路 把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去 2 电磁波的特点 电磁波是横波 场强e和磁感应强度b均与传播方向垂直且随时间变化 电磁波的传播不需要介质 在真空中也能传播 在真空中的波速为c 3 0 108m s 电磁波的周期与频率 波速和波长 频率的关系 c f 麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速c 后由赫兹用实验证实了电磁波的存在 20 3 电磁波和机械波有本质的不同 四 无线电波的发射和接收 1 无线电波的发射 如图所示 调制 使电磁波随各种信号而改变 调幅和调频 2 无线电波的接收 电谐振 当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时 接收电路中产生的振荡电流最强 这种现象叫做电谐振 检波 从接收到的高频振荡中 检 出所携带的信号 调谐 使接收电路产生电谐振的过程 调谐电路如图所示 通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率 五 电磁波的应用 广播 电视 雷达 无线通信等都是电磁波的具体应用 21 2 下列关于电磁波的叙述中 正确的是 a 电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播b 电磁波由真空进入介质传播时 波长将变长c 电磁波不能产生干涉 衍射现象d 雷达是利用自身发射的电磁波来对目标进行定位的 22 一台收音机 把它的调谐电路中的可变电容器的动片从完全旋入到完全旋出 仍然收不到某一较高频率的电台信号 要想收到该电台信号 应该 增大还是减小 电感线圈的匝数 如图所示