交变电流章节复习课件.ppt

交变电流 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 AC 直流电流 方向不随时间变化的电流 DC 理解 方向随时间作周期性变化的电流 一 交变电流的概念 二 交变电流的产生 交流发电机模型 将立体图转化为平面图 两个特殊位置 第一特殊位置 S B 中性面特点 2 导体边不切割磁感线 1 磁通量最大 max 所以 E感 0 i感 0 即 此时线圈中无电流 中性面 特点 2 导体边垂直切割磁感线 1 磁通量为最小 0 线圈中有感应电流 方向 D C B A 3 在线圈由甲转到乙的过程中 AB边中电流向哪个方向流动 丙转到丁呢 4 线圈转到什么位置 电流最小 没有电流 线圈转到什么位置 电流最大 由a b 由b a 线圈转到甲 丙位置时线圈中没有电流 转到乙 丁位置时线圈中电流最大 过程分析 在线圈由甲转到乙的过程中 ab边中电流向哪个方向流动 由a b 在线圈由丙转到丁的过程中 ab边中电流向哪个方向流动 由b a 线圈转到什么位置 电流最小 没有电流 线圈转到什么位置 电流最大 线圈转到甲 丙位置时线圈中没有电流 线圈转到乙 丁位置时线圈中电流最大 线圈转动一周 多少次经过中性面 电流方向改变多少次 两次 1 中性面 垂直磁场方向的平面 1 线圈经过中性面时 穿过线圈的磁通量最大 BS 但 t 0最小 ab和cd边都不切割磁感线 线圈中的感应电动势为零 2 线圈经过中性面时 电流将改变方向 线圈转动一周 两次经过中性面 电流方向改变两次 2 线圈平行与磁感线时 0 t最大 感应电动势最大 思考 在线圈旋转至任何一个非特殊位置时的感应电动势如何计算 V垂直 以线圈从中性面转动为t 0时刻开始计时 经过t时间 V 1 正弦交变电流的图象 三 交变电流的图像和变化规律 三 交变电流的图像和变化规律 2 交变电流的变化规律 1 感应电动势 2 感应电流 3 外电路电阻两端的电压 e nBs sin t Emsin t 从中性面开始计时 i nBs R sin t Imsin t 从中性面开始计时 u Umsin t 从中性面开始计时 e nBs cos t Emcos t 从B S开始计时 i nBs R cos t Imcos t 从从B S开始计时 u Umcos t 从从B S开始计时 三 交变电流的图像和变化规律 3 交变电流的种类 1 正弦交流电 2 示波器中的锯齿波扫描电压 3 电子计算机中的矩形脉冲 4 激光通信中的尖脉冲 四 交流发电机 1 构造 2 种类 用来产生感应电动势的线圈 叫电枢 用来产生磁场的磁极 旋转电枢式发电机 电枢动磁极不动 旋转磁极式发电机 磁极动电枢不动 无论哪种发电机 转动的部分叫转子 不动的部分叫定子 1 在如图所示的几种电流随时间变化的图线中 属于交变电流的是 属于正弦交变电流的是 A B C D ABD A 2一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随时间的变化规律如图所示 下面说法中正确的是 T1时刻通过线圈的磁通量为零 T2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 T3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 每当e变换方向时 通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 D 复习 1 什么是交流电 2 正弦式交流电的规律 从中性面开始计时 电动势瞬时值表达式 e Emsin t电流瞬时值表达式 i Imsin t 从平行面开始计时 电动势瞬时值表达式 e Emcos t电流瞬时值表达式 i Imcos t 其中 Em NBS N m Im Em R总 以下几种情况若B N S 相同 则Em相同 2 1 如图所示 有一矩形线圈abcd在匀强磁场中分别绕O1 O2轴以同样的角速度匀速转动 那么此线圈在以O1 O2为轴分别旋转到线圈平面与磁场垂直时 所产生的感应电流之比为A 1 2B 2 1C 1 4D 4 1E 1 1 O1 5 2表征交变电流的物理量 一 描述电流变化快慢的物理量 1 周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间2 频率 1s内交变电流完成周期性变化的次数 我国工农业及生活用电的周期为0 02s 频率为50Hz 电流方向每秒改变100次 二 描述交变电流大小的物理量 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时 电动势最大值 2 最大值 峰值 1 瞬时值 甲 乙图中电炉烧水 设壶材料相同 水质量相等 水的初温相同 若直流电源用10分钟把水烧开 而第二次用交流电时也用10分钟把水烧开 3 有效值 我的电流是恒定的3A 我10分钟把水烧开 我10分钟也把水烧开 我的电流是变化的 我的电流有效值是3A 3 有效值 1 定义 使交变电流和直流通过相同阻值的电阻 如果它们在相等时间内产生的热量相等 就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值 热效应相同 2 说明 交变电流的有效植根据电流的热效应来规定 与电流的方向无关 计算电功和热量必须用有效值 有效值一般与所取时间的长短有关 在无特别说明时是以一个周期的时间来确定有效值的 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 注意 电容器的耐压值是交流的最大值 4 一般用电器上标注的额定值是有效值 而电容器上标注的是最大值 4 平均值 计算通过某导体截面的电量一定要用平均值 3 正弦 或余弦 交变电流有效值与最大值之间的关系 课堂练习 1 下列说法正确的是 A 电流在一个周期内电流方向改变两次 B 电流的有效值是最大值的倍 C 因为有效值表示交流产生的平均效果 所以有效值与平均值相同 D 若正弦交变电流的最大值是10A 则它的最小值是 10A AB 2 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 B 3 一个电阻接在10V的直流电源上 它的发热功率是P 当接到电压为u 10sin tV的交流电源上 它的发热功率 A 0 25PB 0 5PC PD 2P B 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 5A 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 7 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 2 电阻R上产生的焦耳热Q 6 如图所示 线圈的面积是0 05 共有100匝 线圈电阻为1 外接电阻R 9 匀强磁场的磁感应强度为B 1 T 当线圈以300r min的转速匀速旋转时 求 1 若从线圈处于中性面开始计时 写出线圈中感应电动势的瞬时表达式 2 线圈转过1 30s时电动势的瞬时值多大 当t 1 30s时 电动势的瞬时值 3 电路中电压表和电流表示数各是多少 电动势的有效值为 电流表的示数 电压表的示数 4 线圈每转过一周 外力所做的功 例1 某交流电压随时间的变化规律如图所示 则此交流电的频率是 Hz 交流电压的有效值等于 V 例2 图为一交流随时间变化的图像 求此交流的有效值 例3 电路两端的交流电压u Umsin314t V 在t 0 005s时的电压为10V 则此时接在电路两端的电压表读数是 V 例4 一交流电压u 15sin100 t V 将该交流电压加在一电阻上时 产生的电功率为25W 求该电阻R的阻值 有效值 E I U 5 3电感和电容对交变电流的影响 一 电感对交变电流的阻碍作用 1 演示实验 现象 2 感抗 1 反映电感对交变电流阻碍作用的大小 2 影响感抗大小的因素 接直流的亮些 接交流的暗些 结论 电感对直流电没有阻碍作用对交流电却有 自感系数越大 交流的频率越高 线圈的感抗越大 具体关系 交变电流频率越高 灯越暗 4 应用 a 低频扼流圈 b 高频扼流圈 3 特性 通直流 阻交流 通低频 阻高频 低频扼流圈和高频扼流圈 A 构造 线圈绕在铁芯上 匝数多 B 作用 通直流 阻交流 A 构造 线圈绕在铁氧体芯上 匝数少 B 作用 通直流 通低频 阻高频 2 容抗 1 反映电容对交流的阻碍作用 2 影响容抗大小的因素 电容越大 交流的频率越高 电容器对交流的阻碍作用就越小 容抗越小 3 应用 1 隔直电容 隔直流 通交流 2 高频旁路电容 让高频交流信号通过电容 而将低频信号送到下一级 作用 通高频 阻低频 公式 通交流 隔直流 通高频 阻低频 小结 通直流 阻交流通低频 阻高频 电容对交变电流的作用 通交流 隔直流通高频 阻低频 电感对交变电流的作用 低频扼流圈 L大 高频扼流圈 L小 隔直电容器 高频旁路电容器 C小 例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 使绝大部分高频成分从C流过 练习1 如图所示 线圈L的自感系数和电容器的电容C都很小 如L 100 H C 100pF 此电路的主要作用是 A 阻直流 通交流 输出交流B 阻交流 通直流 输出直流C 阻低频 通高频 输出高频交变电流D 阻高频 通低频 输出低频交变电流和直流电 D 例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 送电过程 在输电过程中 电压必须进行调整 5 4变压器 变压器的结构 1 示意图 1 闭合铁芯 绝缘硅钢片叠合而成 2 原线圈 初级线圈 其匝数用n1表示与交变电源相连 3 副线圈 次级线圈 其匝数用n2表示与负载相连 4 输入电压U1输出电压U2 一 变压器的构造 原线圈 副线圈 铁芯 U1 U2 2 符号 问题 变压器副线圈和原线圈电路是否相通 变压器原副线圈不相通 那么在给原线圈接交变电压U1后 副线圈是否产生电压U2 铁芯与线圈互相绝缘 原线圈接交流电 在铁芯中产生变化的磁通量 副线圈产生感应电动势 在铁芯中产生变化的磁通量 二 变压器的工作原理 互感现象 副线圈有交流电 原线圈产生感应电动势 互感现象 变压器通过闭合铁芯 利用互感现象实现了 电能 磁场能 电能转化 U1 I1 变化的磁场 U2 I2 二 变压器的工作原理 若给原线圈接直流电压U1 副线圈电压U2 0 三 理想变压器 没有能量损失的变压器 P入 P出 输入功率等于输出功率 原 副线圈中通过的磁通量始终相同 无漏磁 因此产生的感应电动势分别是 若不考虑原副线圈的内阻有 U1 E1U2 E2 四 理想变压器的变压规律 1 n2 n1U2 U1 升压变压器 2 n2 n1U2 U1 降压变压器 理想变压器原副线圈的端电压跟它们的匝数成正比 理想变压器输入功率等于输出功率 即 U1I1 U2I2 P入 P出 五 理想变压器的变流规律 理想变压器原副线圈的电流跟它们的匝数成反比 此公式只适用于一个副线圈的变压器 1 变压器的输入功率由输出功率决定 计算输入功率和输出功率都用 此公式适用只有一个副线圈 需要特别引起注意的是2 区分负载和负载电阻值 以上功率表达式中的R表示负载电阻的阻值 而不是 负载 负载 表示副线圈所接的用电器的实际功率 在同一电压下 R越大 负载越小 R越小 负载越大 这一点在审题时要特别注意 例 远距离输电线路的示意图如图所示 若发电机的输出电压不变 在线路正常工作的情况下 当用户用电器的总功率增大时 下列判断正确的是A 升压变压器的原线圈中的电流保持不变B 降压变压器的输出电压升高C 降压变压器的输出电压降低D 输电线上损耗的电功率减小 解 这是实际用电问题 发电机输出电压 升压 降压变压器 输电线都已确定 相当于等效电路中的电源电动势 内阻不变 正常工作时内阻远小于外电阻 因此用户用电器总功率增加 一定是负载总电阻减小 引起的结果是各处电流增大 功率增大 输电线电压损失增大 降压变压器初级 次级电压都降低 选C 1 理想变压器原 副线圈的匝数比n1 n2 4 1 当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时 图中电流表A1的示数12mA 则电流表A2的示数为 A 3mAB 0C 48mAD 与负载R的值有关 B 六 课堂练习 2 一台理想变压器原线圈的匝数为4400匝 与220V的电源相连 当副线圈接入额定电压为36V的灯泡时 能够正常发光 则变压器副线圈的匝数为 A 36匝B 72匝C 720匝D 1440匝 C 3 2 如图所示 一理想变压器给负载供电 已知变压器的输入电压不变 如果负载电阻的滑动触头向上移动 则图中各交流电表的读数及输入功率P变化情况正确的是A V1 V2不变 A1增大 A2减小 P增大B V1 V2不变 A1 A2增大 P增大C V1 V2不变 A1 A2减小 P减小D V1不变 V2增大 A1减小 A2增大 P减小 u 解析 因输入电压不变 线圈匝数不变 所以变压器输出电压不变 滑动触头向上移动时 负载电阻增大 所以输出电流减小 输出功率减小 从而输入电流 输入功率也随之减小 总结 分析此类问题时要利用不变的量来确定各变量之间的关系 通常由于负载变化将引起电流的变化 功率的变化 需要注意的是