第十四章 交变电流 电磁场和电磁波(何祥生)(魏改).doc

201博思教育 第十四章 交变电流 第十四章 交变电流 考纲解读 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第一课时 交变电流的产生和描述概念规律1 正弦交变电流的产生及变化规律 交变电流的定义：大小和_都随时间作周期性变化的电流叫交变电流交变电流的波形有正余弦波、锯齿波、方波、脉冲波等等 正弦交变电流的定义：随时间按_变化的电流叫正弦交变电流我国市用的交流电都是正弦交流电 正弦交变电流的产生：将一个矩形线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴做_时，线圈中就产生正弦交流电(不论线圈形状，也不论转轴是否在线圈中央)EmteEmO图141 正弦交流电的变化规律：线圈平面在匀强磁场中匀速旋转，当线圈平面垂直于磁感线时，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从中性面开始计时有eEmsint_sint，波形如图141所示2描述交变电流的物理量 最大值：表示交变电流的强弱,数值:应用：电容器的耐压值与交变电流的_对应 有效值：表示交流电所产生的效果，从热效应角度定义即让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果在相等的时间里，它们产生的_相等，那么，这一交流电的有效值就与该直流电的_相等正弦交流电的有效值与最大值的关系为：注意：不同规律的交变电流，其有效值与最大值关系不同应用：电器铭牌上的额定电流、额定电压、交流电表的读数、熔断丝的读数等都是_，凡是涉及热量、热功率的都用有效值 平均值：它表示交变电流图像中波形对横轴(t轴)所围“面积”对时间的比值其值与所取时间间隔有关(指一段时间内交流电瞬时值的平均值)如正弦交流电正半周(或负半周)平均电动势为，一个周期内平均值为_应用：从知，用可计算一段时间内通过导线横载面的电量_ 角速度(圆频率)，周期T和频率f是表示交变电流变化快慢的物理量，且方法技巧1在写交流电的瞬时表示式时，应明确线圈从什么位置开始计时中性面有如下特点：(1)线圈转到中性面位置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(2)线圈转一周，2次经过中性面，线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次2若外电路为纯电阻电路，则交流电的最大值间、有效值间、瞬时值间满足欧姆定律例题剖析【例1】 一个矩形线框的面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，转速为n转/秒，则A线框交变电动势的最大值为nBSB线框交变电动势的有效值为nBSC经过1/4周期，线框中的平均感应电动势为2nBSD感应电动势瞬时值为e 2nBSsin2nt/si/A【例2】 某正弦交流电经过整流器处理后，得到的电流波形刚好去掉半周，如图142所示，则它的有效值为 A2AB C1A D【例3】 一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图143所示的交变电动势图象，试根据图象求出(1) 线圈转动的角速度；(2) 电动势的有效值；(3) 电动势的瞬时表示式；图143020-20t/102se/V369(4) t1.0102s时，线圈平面和磁场方向的夹角好题精练图1441如图14-4所示，单匝矩形线圈的一半放在理想边界的匀强磁场中，转动轴OO与磁场的边界重合，线圈按图示方向(俯视逆时针)匀速转动，开始计时的时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方向，则线圈中感应电流随时间变化的图象在图145中是图1452单匝闭合线框在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在转动的过程中，穿过线框中的最大磁通量为m，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是A当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势也为零B当穿过线框的磁通量减小时，线框中感应电动势在增大C当穿过线框的磁通量等于0.5m时，线框中感应电动势不等于0.5EmD线框转动的角速度等于Em/m3下面是交变电流的有关数值，指有效值的是A交流电压的示数 B保险丝的熔断电流C电容器的击穿电压 D220V正弦交流电压4交流发电机在工作时的电动势为eE0sint，若将其电枢的转速提高一倍，其他条件不变，则其电动势变为ABCDte0t1t2t3t4t5图1465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的变化规律如图146所示，则下列说法正确的是At1时刻通过线圈的磁通量为零Bt2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大Ct3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D每当e的方向变化时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大图147RVAu6如图147所示电路中，已知交流电源电压u200sin100t(V)，电阻R100则电流表和电压表的读数分别为A1.41A，200V B1.41A，141VC2A，200V D2A，141V图1487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148中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求：通过R的电荷量q为多少？R上产生电热QR为多少？第二课时 交变电路概念规律1外电路为纯电阻的交变电路电源为交流发电机，符合交变电流的产生和变化规律；外电路为电阻、_、_等，符合恒定电路计算规律；部分电路上交流电的最大值间、_间、_间满足欧姆定律，全电路符合闭合电路欧姆定律2外电路含电感和电容的交变电路 感抗含义：表示电感线圈对交变电流阻碍作用的大小成因：线圈中自感电动势对原电流的_大小：(了解，不要求记忆)作用：通直流、阻交流(低频扼流圈)，_、_(高频扼流圈) 容抗含义：表示电容器对交变电流阻碍作用的大小成因：电容器在交变电流变化过程中，两极板上形成了与电源极性_的电压，导致对交变电源所产生电流的_大小：(了解，不要求记忆)作用：通交流，隔直流，_，_方法技巧1对外电路为纯电阻的电路：运用交变电流的产生和变化规律结合恒定电路规律求解注意计算交流电通过导体产生的热量、热功率时用有效值；计算交流通过导体的电量时用平均值2对外电路含电感和电容的交变电路：利用电感和电容在交变电路中的特性进行分析例题剖析【例1】 完全相同的电热器，分别通过如图149所示的电流峰值相等的方波形交变电流和正弦式交变电流，则这两个电热器的电功率之比为_图149tiitOOImImImIm图1410甲扬声器乙扬声器CLab【例2】 “二分频”音箱内有高频、低频两个扬声器。音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低两个频段分离出来，送往相应的扬声器。图1410为音箱的简化电路图，高低频混合电流由a、b端输入，L是自感线圈，C是电容器。则下列判断中正确的是A甲扬声器是低频扬声器 BC的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器CL的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器 D乙扬声器中的电流的最大值一定比甲中的大图1411adbcR【例3】 一矩形线圈，面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为2，外接电阻为R8，线圈在磁感应强度为T的匀强磁场中以300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图1411所示，若从中性面开始计时，求：(1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式。(2)线圈从开始计时经1/30s时，线圈中电流的瞬时值。(3)外电路电阻R两端电压的瞬时值表达式。好题精练1已知加在某负载电阻上的交变电流的电压(V)通过负载电阻的电流由此可知A交变电压的有效数值约为311VB负载电阻的阻值为110C交变电流的频率是100HzD负载电阻消耗的功率为220 W2交流电流通过一段长直导线时，电流强度为I，如果把这根长直导线绕成线圈，再接入原电路，通过线圈的电流强度为I，则AI I BI I CI I D无法比较图14123如图1412所示，平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上，灯泡正常发光，则A将介质板插入电容器中，灯泡将变暗B增大交变电流的频率，灯泡将变暗C把电容器极板间距拉开一些，灯泡将变暗D把电容器两极板错开一些，灯泡将变暗图1413LARV4如图1413所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压U220sin100t(V).若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的有A电流表示数增大B电压表示数增大C灯泡变暗D灯泡变亮ABC123ab图14145如图1414所示，在a、b间接上交流电源，保持电压值不变，使其频率增大，发现各灯的亮度变化情况是：灯1变暗；灯2变亮；灯3不变，则黑箱A、B、C中所接元件可能是 AA为电阻，B为电容器，C为电感线圈 BA为电阻，B为电感线圈，C为电容器 CA为电容器，B为电感线圈，C为电阻 DA为电感线圈，B为电容器，C为电阻6有一个小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n100，穿过每匝线圈的磁通量随时间按正弦规律变化，如图1415所示，发电机内阻r5.0，外电阻R95，已知感应电动势的最大值Emnm，其中m为穿过每匝线圈磁通量的最大值，求串联在外电路中的交变电流表(内阻不计)的读数图1415/1102Wbt/1021.001.01.573.144.717如图1416所示，半径为r的金属环绕通过其直径的轴，以角速度做匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B从金属环的平面与磁场方向重合时开始计时，则在转过30o角的过程中，环中产生的平均感应电动势多大? 如果组成金属环材料单位长度的电阻值为R0，则在转过300角的过程中，流过金属环的电量是多少?图1416OOB第三课时 变压器和电能的输送概念规律1变压器 作用：改变交变电压的设备 主要构件：闭合铁芯、绕在铁芯上的原、_线圈 工作原理：利用互感原理(电磁感应原理)，所以变压器不能改变_电流的电压 理想变压器特点：功率关系 _电压关系 电流关系 (一原一副) (一原多副)改写成(5)几种常见的变压器自耦变压器电流互感器和_互感器2远距离送电 目的：输送电能 关键：减少输电线上的电能的_ 方法：减少输电导线的_(如采用电阻率小的材料；加大导线的横截面积)提高输电电压，减少输电_前一方法的作用十分有限，代价较高，一般采用后一种方法 远距离高压输电示意图如图1417所示图1417U1U4I2I1U3I3I4负载n3 n4n1 n2U2R线理想变压器 方法技巧1对于理想变压器，先确定电压关系，再根据功率相等，确定电流关系2对于远距离送电问题： 画出供电线路图；以变压器铁芯为界划分各个回路各回路可独立运用欧姆定律，分析回路中的电压、电流和功率等参数各回路间可通过变压器的电压比、电流比和初、次级功率相同的关系相联系例题剖析图1418RN2VAN1【例1】 如图1418所示，理想变压器的原线圈接有正弦交流电，原线圈上的电压表示数为100V，电流表示数为0.4A，副线圈所接的电阻是40，则下列说法正确的是：A副线圈中电流的最大值是1AB原副线圈的匝数比为5:2C副线圈中电流的有效值是1AD电阻R两端电压的最大值是40V图1419【例2】 如图1419所示，理想变压器原线圈两端接正弦交变电压，副线圈两端通过输电线接一只灯泡和一只滑动变阻器，输电线的电阻不计，在图示状态，当滑动片P向上滑动过程中，下列判断正确的是A灯泡变亮B流过滑动变阻器的电流变小C流过变压器原线圈的电流变小D滑动变阻器上得到的功率变大【例3】 一台发电机的输出电压为220V，输出功率为44KW，每条输电线电阻为0.2，求用户得到的电压和电功率各是多少？如果发电机先用变压比为1:10的升压变压器将电压升高，经同样输电线后经10:1的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？好题精练1正常工作的理想变压器原、副线圈中(原、副线圈共铁芯)，物理量一定相同的是A交流电的频率B交流电的功率C交流电的最大值D磁通量的变化率2(04天津卷)一台理想降压变压器从10kV的线路中降压并提供200A的负载电流。已知两个线圈的匝数比为401，则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是A5A，250V，50kWB5A，10KV，50KWC200A，250V，50KWD200A，10KV，2103kW3在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原、副线圈匝数分别为n1600，n2120，电源电压U1220 V，原线圈中串联一个0.2 A的保险丝，为保证保险丝不被烧毁，则A负载功率不能超过44 W B副线圈电流最大值不能超过1 AC副线圈电流有效值不能超过1 A D副线圈电流有效值不能超过0.2 A4钳形电流表的外形和结构如图1420所示。图(a)中电流表的读数为1.2A 。图(b)中用同一电缆线绕了3匝，则图（a）A铁芯图（b）图1420A这种电流表能测直流电流，图(b)的读数为2.4AB这种电流表能测交流电流，图(b)的读数为0.4AC这种电流表能测交流电流，图(b)的读数为3.6AD这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图(b)的读数为3.6A 5如图1421所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1：n24：1，当导体棒向右匀速切割磁感时，电流表A1的读数是12mA，则副线圈中的电流应该为图1421n1n2RA1A3mAB48mA C0D与R阻值有关6如图1422所示，甲图是接有灯泡L的和交流电表的理想变压器，乙图是输出电压U2的图象，已知变压器原、副线圈的匝数比为101，电流表的示数为2.0A，则图1422AV2V1甲乙U2/Vt/102s1228.228.20A电压表V1的示数为220VB电压表V2的示数为20VC变压器原线圈电流的最大值为0.28A D灯泡实际消耗功率为40W7水电站给远处山村送电的输出功率是100KW，用2000V电压输电，线路上损失的功率是2.5104W，如果改用20000V高压输电，线路上损失的功率是_W8如图1423所示，有一台内阻为1的发电机，通过匝数比为1:4的升压变压器和匝数比为4:1的降压变压器向电户供电，输电线总电阻为4，用户共有“220V，40W”的灯泡132盏，要保证它们全部正常发光，发电机的输出功率和电动势应为多大？图1423U1U4I2I1U3I3I4负载n3 n4n1 n2U2R线单 元 测 试一、选择题1下列关于电磁场和电磁波的叙述正确的是A变化的磁场一定能产生变化的电场 B电磁波由真空进入玻璃后频率变小C广播电台、电视台发射无线电波时需要进行调制D电磁波是一种物质2线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为(V)，则下列说法中正确的是At0时，线圈平面位于中性面Bt0时，穿过线圈的磁通量最大Ct0时，导线切割磁感线的有效速度最大Dt0.4s时，e有最大值V3关于正弦交变电流的有效值，下列说法中正确的是A有效值就是交流电在一个周期内的平均值B交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的C在交流电路中，交流电流表和交流电压表的示数都是有效值D对于正弦交变电流，最大值的平方等于有效值平方的2倍4图1424为电热毯的电路图，电热丝接在u311sin100t(V)的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为图(b)所示波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是电热丝VPu31100.010.020.030.04t/s(a)(b)图1424U/VA110VB156V C220VD311V5 一个电热器接在10V的直流电源上，在t s产生焦耳热为Q，今将该电热器接在一交流电源上，它在2t s内产生的焦耳热为Q，则这一交流电流的电压的最大值和有效值分别为A最大值为10V，有效值为10VB最大值为10V，有效值为5VC最大值为5V，有效值为5VD最大值为20V，有效值为10V6如图1425所示为理想变压器，A1、A2为理想交流电流表，V1、V2分别为理想交流电压表，R1、R2、R3为电阻，原线圈两端接电压一定的正弦交流电源，当开关S闭合时，各交流电表的示数变化情况是图1425A1V1V2R3R2SR1A2A交流电流表A1读数变大B交流电流表A2读数变大C交流电压表V1读数变小D交流电压表V2读数变小图14267如1426图所示，两个互感器，在图中圆圈内a、b表示电表，已知电压比为100:1；电流比为10:1，电压表的示数为220V，电流表的示数为10A，则Aa为电流表，b为电压表Ba为电压表，b为电流表C线路输送电功率是2200W D线路输送电功率是2.2106W 图1427n1n2L2L1U8如图1427所示，理想变压器的初、次级分别接着完全相同的灯泡L1、L2，初、次级线圈的匝数比n1: n22:1，交流电源电压为U，则A灯L1两端的电压为U/5B灯L1两端的电压为3U/5C灯L2两端的电压为2U/5D灯L2两端的电压为U/29(05北京卷)一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36。磁感应强度B随时间t的变化关系如图1428所示，则线框中感应电流的有效值为A105At/sB/10-3T6035810图1428B105AC105A D105A10如图1429所示，展示了四种亮度可调的台灯的电路图，它们所用的白炽灯完全相同，且都是“220V，40W”规格的。当灯泡的实际功率都调至20W时，消耗总功率最小的台灯是图1429二、填空题 11雷达是用来对目标进行定位的现代化定位系统，海豚也具有完善的声纳系统，它能在黑暗中准确而快速地捕捉食物，避开敌害，远远优于现代化的无线电系统(1)海豚生活在_ ；(2)海豚定位是利用了自身发射的_；(3)雷达的定位是利用自身发射的_；AVR图