优品课件之交流电

1、优品课件 交流电 交流电、电磁振荡电磁波 类型：复习课 交流电的产生及变化规律 一、 交变电流的产生1 .交变电流的定义：大小和方向都随时间作周期性 变化的电流，叫做交变电流。2.正弦交变电流：按正弦规律变化的 交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场中，绕垂直于 磁场方向的轴匀速转动的线圈里，正弦交变电流的图象是正弦函数曲 线.线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。3.产生方法：将 一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴做匀速转 动，线圈中就会产生出正（余）弦交变电流. 注意：只有线圈在匀强 磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时才能产生正（余）弦交变电 流.二.正弦交流

2、电的变化规律 线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的 轴匀速转动.1 .当从图122即中性面位置开始在匀强磁场中匀速 转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数： 3 t是从该位置经t时间线框转过的角度；3 t也是线速度V与磁感 应强度B的夹角；。是线框面与中性面的夹角2 .当从图121位置 开始计时：贝S： e= mcos t , i = Imcos w t 31是线框在时间t 转过的角度；是线框与磁感应强度B的夹角；此时V、B间夹角为（n /2 一 w t）. 3 .对于单匝矩形线圈来说 Em=2Blv=BSb ;对于n匝面积 为S的线圈来说Em=nB3。对于总电阻为R的闭合电路来说

3、Im= 三.几个物理量1 .中性面：与磁场方向垂直的平面叫中性面.如图 122所示的位置为中性面，对它进行以下说明：中性面的特点： （1）此位置穿过线框的磁通量最多.（2）但此位置磁通量的变化率 为零.感应电动势为零.所以 e= e msi n w t=0 , i = Ims in w t=0 （3） 此位置是电流方向发生变化的位置，具体对应图12- 3中的t2 , t4 时刻，线圈转动一周，2次经过中性面.电流的方向改变两次，频率 为50Hz的交流电每秒方向改变100次.2 .交流电的最大值：e m =Bw S当为N匝时（1） w是匀速转动的角速度，其单位一定为弧 度/秒，nad/s （2）

4、 最大值对应的位置与中性面垂直，即线框面与磁 感应强度B在同一直线上.（3）最大值对应图12-3中的t1、t2时 刻，每周中出现两次.3 .瞬时值 交变电流某一时刻的值，瞬时值 是时间的函数，不同时刻，瞬时值不同 e= e ms in w t , i = Imsi n w t 当变压器有多个 副绕组时U1/n1=U2/n2=U3/n3= 解题思路2功率思路.理想变压 器的输入、输出功率为P入二P出，即P1=P2当变压器有多个副绕组 时P仁P2+P3+ 解题思路3电流思路.由I=P/U知，对只有一个副 绕组的变压器有11/12二n 2/n1;当变压器有多个副绕组时 nil 1=n2I2+n3I3

5、+ 解题思路4 （变压器动态问题）制约思路.（1） 电压制约：当变压器原、畐线圈的匝数比（n 1/n2 ） 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” .（2） 电流制约：当变压器原、畐U线圈的匝数比（n 1/n2 ） 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” .（3）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，I2二P2/U2 ;总功率 P总=P线+P2.动态分析问题的思路程序可表示为：U

6、1 P1解题思路 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,此式 适用于交流电或电压（电流）变化的直流电，但不适用于稳压或恒定 电流的情况. 二、远距离输电 电磁振荡 电磁波 基础知识 一、电磁振荡 在振荡电路里产生振荡电 流的过程中，由容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和 电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化的现象，叫做电磁振荡。 1.LC振荡电路 由自感线圈和电容器组成的电路就是最简单的振荡电 路，简称LC回路。在LC回路里，产生的大小和方向都做周期性变 化的电流，叫做振荡电流。 如图所示，先将电键

7、S和1接触，电键 闭合后电源给电容器C充电，然后S和2接触，在LC回路中就出现 了振荡电流。大小与方向都做同期性变化的电流叫振荡电流.2 .电 磁振荡 在产生振荡电流的过程中，电容器上极板上的电荷 q,电路 中的电流i，电容器内电场强度E,线圈中磁感应强度B都发生周期 性的变化，这种现象叫做电磁振荡.（1）从振荡的表象上看：LC 振荡过程实际上是通过线圈L对电容器C充、放电的过程。（2）从 物理本质上看：LC振荡过程实质上是磁场能和电场能之间通过充、 放电的形式相互转化的过程。3 .振荡的周期和频率 电磁振荡完成 一次周期性变化需要的时间叫做周期。一秒钟内完成的周期性变化的 次数叫做频率。在电

8、磁振荡发生时，如果不存在能量损失，也不受外 界其它因素的影响，这时的振荡周期和频率叫做振荡电路的固有周期 和固有频率，简称振荡电路的周期和频率。理论研究表明，周期T和 频率f跟自感系数L和电容C的关系：注意：当电路定了，该电 路的周期与频率就是定值，与电路中电流的大小，电容器上带电量多 少无关.4 . LC振荡过程中规律的表达。（1）定性表达。在LC振 荡过程中，磁场能及与磁场能相磁的物理量（如线圈中电流强度、线 圈电流周围的磁场的磁感强度、 穿过线圈的磁通量等）和电场能及与 电场能相关的物理量（如电容器的极板间电压、极板间电场的电场强 度、极板上电量等）都随时间做周期相同的周期性变化。这两组

9、量中， 一组最大时，另一组恰最小；一组增大时，另一组正减小。这一特征 正是能的转化和守恒定律所决定的。（2）定量表达。在LC振荡过 程中，尽管磁场能和电场能的变化曲线都比较复杂，但与之相关的其 他物理量和变化情况却都可以用简单的正 （余）弱曲线给出定量表达。 以LC振荡过程中线圈L中的振荡电流i （与磁场能相关）和电容器C 的极板间交流电压u （与电场能相关）为例，其变化曲线分别如图中 所示。注意：分析电磁振荡要掌握以下三个要点（突出能量守恒的 观点）：理想的LC回路中电场能E电和磁场能E磁在转化过程中 的总和不变。回路中电流越大，L中的磁场能越大（磁通量越大）。 极板上电荷量越大，C中电场能

10、越大（板间场强越大、两板间电压 越高、磁通量变化率越大）。因此LC回路中的电流图象和电荷图象 总是互为余函数。5 . LC振荡过程的阶段分析和特殊状态 如图所示， 在O t2、t4时刻，线圈中振荡电流i为0磁场能最小，而电容器 极板间电压u恰好达到最大值，电场能最多，在t1、t3时刻则正相 反，振荡电流、磁场能均达到最大值，而电压为 0,电场能最少。在 t1和t2 F3阶段，电流增强，磁场能增多，而电压降低，电场 能减小，这是电容器放电把电场能转化为磁场能的阶段；在t1 it2 和t3 it4阶段，电流减弱，磁场能减小，而电压升高，电场能增多， 这是电容器充电把磁场能转化为电场能的阶段。振荡电

11、路的状态 时刻t=0 t= t= t= T T 极板上的电量 最大 零 最大 零 最大 振荡 电流i i=0 正向最大i=0反向最大1=0电场能最大零最大零 最大 磁场能 零 最大 零 最大 零 二.电磁场、电磁波1 .麦克斯韦电磁场理论的要点：（1）变化的 磁（电）场将产生电（磁）场。 （2）变化的磁（电）场所产生的电 （磁）场取决于磁（电）场的变化率。具体地说，均匀变化的磁（电） 场将产生恒定的电（磁）场，非均匀变化的磁（电）场将产生变化的 电（磁）场，周期性变化的磁（电）场将产生周期相同的周期性变化 的电（磁）场。（3）变化的磁场和变化的电场互相联系着，形成一 个不可分离的统一体电磁场。

12、变化的电场，其周围产生磁场， 变化的磁场其周围产生电场.注意：均匀变化的电场（或磁场）其 周围产生稳定的磁场（或电场）.2 .电磁场：变化的电场磁场形成 一个不可分割的统一体叫电磁场.3 .电磁波 电磁波是怎样产生 的：如果在空间某处发生了周期性变化的电场，就会在空间引起周 期性变化的磁场，这个周期性变化的磁场又会在较远的空间引起新的 周期性变化的电场，新的周期性变化的电场又会在更远的空间引起新 的周期性变化的磁场这样，电磁场就由近及远向周围空间传播开 去，形成了电磁波。电磁波的特点：a.电磁波的传播不需要介质， 但可以在介质中传播。b.电磁波是横波。E与B的方向彼此垂直， 而且都跟波的传播方

13、向垂直，因此电磁波是横波。电磁波的传播不需 要靠别的物质作介质，在真空中也能传播。C.电磁波的波速等于光 速，实际上，光就是特定频率范围内的电磁波。电磁波的波长、频 率、波速三者之间的关系是：入二C/f。此式为真空中传播的电磁波 各物理量之间的关系式。d .场是能量贮存的场所，电磁波贮存电磁 能.e .赫兹用实验证明了电磁波的存在，还测定了电磁波的波长和 频率，得到了电磁波的传播速度.注意：要深刻理解和应用麦克 斯韦电磁场理论的两大支柱：变化的磁场产生电场，变化的电场产生 磁场。可以证明：振荡电场产生同频率的振荡磁场；振荡磁场产生同 频率的振荡电场。 按照麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场和磁

14、场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。 电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现。4.无线电波的 发射和接收 无线电技术中使用的电磁波叫做无线电波。无线电波的 波长从几毫米到几十千米。根据波长（或频率），通常将无线电波分 成几个波段，每个波段的无线电波分别有不同的用途。无线电波 的发射：无线电波的发射必须采用开放电路，如图所示，开放电 路由振荡器、互感线圈、天线、地线等几部分组成。说明：有效地 发射电磁波的条件是：频率足够高（单位时间内辐射出的能量 Pxf 4）;形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间离里去）。 在发射用于通信等无线电波时，必须让电磁波随各种信号而改变， 这 一过程叫调制。 使高频振荡的振幅随信号而改变叫做调幅，使高频 振荡的频率随信号而改变叫做调频。无线电波的接收： 无线电波 的接收必须采用调谐电路，如图所示，调谐电路由可变电容器、电 感线圈、天线、地线等几部分组成。当接收电路的固有频率跟接收 到的电磁波的频率相同时，接收电路产生的振荡电流最强，这种现象 叫电谐振。使接收电路产生电