高三物理第二轮复习－交变电流 课件.ppt

交变电流 知识要点 一 正弦交流电的产生及变化规律二 表征交流电的物理量三 变压器四 远距离送电 一 正弦交流电的产生及变化规律 1 正弦交流电的产生用矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动 则在线圈中产生正弦交流电 2 正弦交流电的变化规律 其中 3 交流电的图象 二 表征交流电的物理量 1 最大值 2 角频率 周期和频率 角频率 对于简单的发电机 相当于线圈转动的角速度 周期t 交流电完成一次周期性变化所需的时间 频率f 交流电在1秒的时间内完成周期性变化的次数 显然同期与频率互为倒数 3 初相角与相角中性面 线圈在匀强磁场中旋转 当线圈平面与磁感线垂直时 各边都不切割磁感线 线圈中没有感应电动势 这个位置叫做中性面 4 有效值交流电的有效值是根据电流的热效应耒规定的 即在同一时间内 跟某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值 叫该交流的有效值 正弦交流电的有效值与最大值的关系是 证明 同理亦可证明 三 变压器 变压器是交流电能输送中改变电压的装置 它的主要构造是把输入线圈与输出线圈绕在同一闭合铁芯上 它的工作原理是电磁感应 对于理想变压器 磁通量全部集中在铁芯上 变压器本身不损耗能量 理想变压器的基本关系式为 四 远距离送电 1 输电线上的功率损失2 输电效率 典型例题 例1如图所示 正方形线圈abcd绕对称轴oo 在匀强磁场中匀速转动 图中的位置是初始位置 转数n 120r min 若已知ab bc 20cm 匝数n 20 磁感应强度b 0 2t 试求 1 瞬时感应电动势的表达式 2 从图示位置转过90 过程中的平均感应电动势 3 设线圈是闭合的 总电阻r 10 线圈所受磁力矩的瞬时值表达式 分析 根据导线切割磁力线产生感应电动势的公式可计算瞬时感应电动势 e blvsin 根据通电导线在磁场中受安培力的公式f bilsin 可推导并计算线圈所受磁力矩的瞬时值表达式 根据磁通量的平均变化率计算公式可计算平均感应电动势 解 1 n匝线圈从图示位置在磁场中匀速转动 感应电动势的瞬时值为 由 式得 2 从图示位置转过90 的过程中 线圈中发生的磁通量变化 3 由于电流不是恒定电流 通电线圈所受安培力矩受两个因素的影响 一是安培力随电流发生变化 一是力臂随线圈的位置发生变化 由 两式得线圈受磁力矩的瞬时值表达式为 答 瞬时感应电动势e 2 01cos4 tv 从图示位置转过90 过程中的平均感应电动势为1 28v 线圈所受磁力矩的瞬时值表达式为m 说明 要掌握最大感应电动势 瞬时感应电动势 平均感应电动势的区别及各自的计算 要掌握闭合线圈在匀强磁场中匀速转动时所受的磁力矩 与线圈通过恒定电流在匀强磁场中匀速转动时所受的磁力矩是不同的 并会分别进行计算 例2有一交流电压的变化规律为u 311sin314tv 若将一辉光电压最小值是220v的氖管接上此交流电压 则在1秒钟内氖管发光的时间是多少 分析 根据氖管的发光条件 u 220v 先计算在半个周期的时间内氖管发光的时间间隔 t 再算出1秒包含的半周期数n 两者相乘即是1秒钟内氖管发光的时间 解 根据u 311sin314tv 可知周期为 在0 t 2 即0 1 100s的时间内 将u 220v代入u 311sin314tv中 可得 氖管的发光时间为 1秒钟的时间包含的半周期数为 答 1秒钟内氖管的发光时间为0 5s 说明 交流电的瞬时值反映的是不同时刻交流电的大小和方向 瞬时值是时间的函数 不同时刻瞬时值是不一样的 要求熟练掌握正弦交流电瞬时值表达式 例3 接通电键后正确结论是 分析 灯泡的亮度由它的实际功率决定 3个规格相同的灯泡 灯丝电阻都相同 实际功率与灯泡两端的实际电压的平方成正比 或与流更方便 理想变压器正常工作时 原 副线圈的电压与匝数成正比 原线圈 答 本题选项c d正确 例4图表示一个交流电随时间变化的图像 此交流电的有效值是 分析 图给出的是非正弦交流电 其周期是0 2s 此交流电在前半 定义 设想让此交流电通过一阻值为r的电阻 则在一个周期的时间内 答 此交流电的有效值为5a 选项b正确 说明 学习物理 要分清什么规律是普遍适用的规律 什么规律是特殊规律 例如 正弦交流电不同于其他交流电 它是按正弦规律变化的情况 就不能套用这个结论 但不论什么形式的交流电有效值的定义却是相同的 都可以根据有效值的物理意义去计算有效值的大小 例5 的圆筒 如图所示 整个装置放在真空内 电子发射的初速度不计 沿入射方向做匀速直线运动 应加怎样的磁场 中心轴按图示方向以n 2转 秒匀速转运 试确定电子在记录纸上的轨迹形状 并画出1秒钟内所记录到的图形 分析 由于电子通过两极间的时间远远地小于交流电的周期 所以一个电子通过两板间的时间内 交流电的电压的变化可以略去不计 可视为恒定电压 电子在两板间做类似于平抛的运动 而飞离两板后沿竖直方向的分运动是匀速运动 1 加直流电压时 板间场强 方向垂直纸面向内 从飞离板到达圆筒时偏距 2 加交流电压时 a b两极间场强 电子飞离时偏距 电子飞离板时坚直速度 在记录纸上落点的总偏距 圆筒每秒转2周 故在1秒内 纸上图形如图所示 反馈练习 1 一个按正弦规律变化的交流电流 如图所示 根据图像可以知道a 该交流电流的频率是0 02hzb 该交流电流的有效值是14 1ac 该交流电流的瞬时值表示式为i 20sin0 02tad 在t t 8 t是周期 时刻 该电流的大小与其有效值相等 答案 d 转速提高1倍 其他条件不变 则其电动势变为 答案 d 3 电路如图所示 已知交流电源电压u 200sin100 tv 电阻r 100 则电流表和电压表的读数分别为a 1 41a 200vb 1 41a 141vc 2a 200vd 2a 141v 答案 b 4 如图5 22所示的 a b 两图分别表示两个交流电压 比较这两个交变电压 它们具有共同的a 有效值b 频率c 最大值d 均不一样 答案 bc 5 在图中 4个电灯的规格完全相同 而且都在正常发光 下述说法正确的有a n1 n2 1 3b n1 n2 3 1c 电源电压的有效值为一个电灯额定电压的4倍d 电源的输出能量与变压器的输出能量相等 答案 bc 6 如图5 5所示为一理想变压器 k为单刀双掷开关 p是滑动则 答案 abd 答案 c 8 远距离送电时 在输送的电功率和输电线电阻一定的条件下 输电线上损失的电功率a 与输电电压成正比b 与输电电压的平方成正比c 与输电电压成反比d 与输电电压的平方成反比 答案 d 9 电站向某地输送5000kw的电功率 输电线上损耗的电功率为100kw 如果把输电电压提高为原来的10倍 同时将输电线的截面积减为原来的一半 而输送的电功率不变 那么输电线损耗的电功率为a 0 5kwb 1 0kwc 2 0kwd 5 0kw 答案 c 10 a b是一对平行金属板 在两板间加有周期为t的交变电压子从a板小孔进入两板间的电场中 设电子的初速度和重力的影响均可以忽略 则a 若电子是在t 0时刻进入的 它将一直向b板运动b 若电子是在t t 8时刻进入的 它可能时而向b板运动 时而向a板运动 最后打在b板上c 若电子是在t 3t 8时刻进入的 它可能时而向b板运动 时而向a板运动 最后打在b板上d 若电子是在t t 2时刻进入的 它可能时而向b板运动 时而向a板运动 答案 ab 11 在磁感应强度为0 2t的匀强磁场中 有一正方形闭合线圈 边长为20cm 匝数为100匝 总电阻为0 986 绕垂直磁感线的转轴匀速转动 转速为3000r min 试求外界驱动线圈转动的功率 答案 32千瓦 12 在磁感应强度为0 8t的匀强磁场中 有一边长为20cm的10匝正方形线圈 线圈的总电阻为1 线圈外接一阻值为9 的电阻 若以某一垂直于磁场的边为轴在磁场中匀速转动 现测得电阻r上的电功率为4 5w 试求 1 线圈中感应电流的有效值 2 线圈产生感应电动势的最大值 3 线圈在磁场中匀速转动的转速 4 写出感应电动势的瞬时表达式 答案 1 0 707安 2 10伏 3 5转 秒 4 e 10sin10 t伏 13 电路如图所示 一理想变压器的原线圈跟副线圈的匝数比r时 其阻值最低不能小于多少欧 答案 55欧 14 一台发电机组输出电压为250v 输出功率为4 4kw 输电线路的电阻是2 用原 副线圈匝数比为1 8 8的变压器高压送电 再用10 1的变压器将电压降低供给用户 求用户实际得到的电压和功率各是多少 答案 219 6伏 4392瓦 15 如图 闭合的单匝线圈在匀强磁场中以 绕中心轴oo 逆时针圈的电阻值r 0 050 角速度 300rad s 磁感应强度b 0 5t 方向与oo 轴垂直 规定当线圈平面与b垂直 且ab边在纸面 即过oo 轴平行于b的平面 前开始计算转角 要维持线圈做匀角速转动 除的图线 答案