高二物理人教版选修3-2课件：第五章 交变电流

1、第五章 交变电流 学案7 章末总结 专题整合自我检测网络构建 网络构建 交变电流 交变 电流 的产 生 产生 线圈在匀强磁场中绕 匀 速转动 特殊位置 线圈平面与 中性面重合 磁通量 感应电动势为 电流改变方向 线圈平面与 中性面垂直 磁通量为零 感应电动势 最大 垂直于磁场的轴 零 最大 交变 电流 的产 生 表达式：eEm (中性面开始计时)，其中Em 表征交变电 流的物理量 最大值：EmnBS 有效值：根据 定义，正弦 交流电E有效 周期T与频率f的关系：T 或f 平均值： sin tnBS 电流的热效应 E 交变 电流 电感：通直流，阻 ；通低频，阻 电容：通交流，隔 ；通高频，阻 理

2、想变压器 原理： 现象 基本规律 I1n1 P1P2 电能输送 功率损失：P损 电压损失：U损 交流高频 直流低频 互感 I2n2 I2r Ir 一、交变电流“四值”的计算和应用 专题整合 1.最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转 动所产生的交变电流最大值EmnBS，在考虑电容器的 耐压值时应根据交流电的最大值. 2.有效值：正弦式交流电的有效值I ，其他交变电流 的有效值应根据有效值的定义计算，求电功、电功率， 确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明 时，交流电的电流、电压、电动势指有效值，交流电表 的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、 额定电流是有效值. 3

3、.瞬时值：当线圈平面处于中性面时开始计时，瞬时电 动势的表达式为eEmsin t.瞬时值对应某一时刻的电压、 电流值. 例1如图1所示，交流发电机的矩形线圈abcd中，ab cd50 cm，bcad30 cm，匝数n100匝，线圈电阻r 0.2 ，外电阻R4.8 .线圈在磁感应强度B0.05 T的 匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO匀速转动，角速度 100 rad/s. 图1 (1)求产生感应电动势的最大值. 解析设abl1，bcl2，则交流电动势的最大值Em nBl1l2235.5 V 答案235.5 V (2)若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的 函数表达式. 在题图所示位置时，电

4、流有最大值，则电流的瞬时值表 达式为iImcos t，代入数值得i47.1cos (100t) A 答案i47.1cos (100t) A (3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少？ 路端电压的有效值为UIR160 V 即电压表的示数为160 V，电流表的示数为33.3 A. 答案160 V33.3 A (4)此发电机的功率为多少？ 解析电动势的有效值为 则发电机的功率为PIE5 544 W 答案5 544 W (5)从图示位置起，转过90过程中，平均电动势为多少？ 通过线圈截面的电荷量为多少？ 解析平均电动势为 通过线圈截面的电荷量 答案150 V0.15 C 二、交变电流图象的应用 交流

5、电的图象反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征， 对正弦式交流电来说，我们可以从图象中获取如下信息： 1.交流电的周期(T) 2.交流电的最大值(Em、Im) 图象上的峰值，知道了最大值，便可计算出交变电动势 (交变电流)的有效值. 3.任意时刻交流电的瞬时值 图象上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值. 例2如图2所示是某正弦式交变电压的波形图，由图可 确定该电压的 () A.周期是0.01 s B.最大值是311 V C.有效值是220 V D.表达式为u220sin t(V) 图2 答案BC 三、变压器电路的动态问题分析 处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变 压器中各物理量

6、之间的联系和相互制约关系，大致有两 种情况： (1)负载电阻、原线圈电压不变，副线圈的电压、原、副 线圈的电流、功率随匝数变化而变化. (2)匝数比、原线圈电压不变，原、副线圈的电流、功率 随负载电阻的变化而变化. 动态分析该类问题的思路可表示为： 例3用一理想变压器给负载供电，变压器输入端 的电压不变，如图3所示.开始时开关S是断开的.现 将开关S闭合，则图中所有交流电表的示数以及输 入功率的变化情况是 () A.V1、V2的示数不变，A1的示数增大，A2的示数减小，P入增大 B.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数增大，P入增大 C.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数减小，P入减小

7、D.V1的示数不变，V2的示数增大，A1的示数减小，A2的示数增 大，P入减小 图3 解析电压表V1的示数由输入电压决定；电压表V2的示 数由输入电压U1(大小等于电压表V1的示数)和匝数比 n1/n2决定；电流表A2的示数由输出电压U2(大小等于电 压表V2的示数)和负载电阻R负决定； 电流表A1的示数即I1由变压器的匝数比n2/n1和输出电流 I2决定； P入随P出而变化，由P出决定.因输入电压不变，所以电压 表V1的示数不变.据公式U2n2U1/n1，可知U2也不变， 即电压表V2的示数不变.又据I2U2/R负知，S闭合后R负 减小，故I2增大，电流表A2的示数增大； 输入电流I1随输出

8、电流I2的增大而增大，故电流表A1的示 数增大.因P出U2I2，故P出增大.P入随P出变化而变化，故 P入也增大.故选B. 答案B 四、远距离输电线路的分析与计算 解决远距离输电问题要注意以下两点： 2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理 量之间的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电 线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用 电路知识分析电压关系和功率关系. 例4发电机输出功率为40 kW，输出电压400 V，用变压比 (原、副线圈匝数比)为15的变压器升压后向远处供电，输 电线的总电阻为5 ，到达用户后再用变压器降为220 V，求： (1)输电线上损失的电功率是多少？

9、 解析输电线路如图所示 答案2103 W (2)降压变压器的变压比是多少？ 解析输电线上的电压损失UIR205 V100 V 答案9511 自我检测 自我检测 1.(变压器电路的动态分析问题)如图4所示，是 通过街头变压器降压给用户供电的示意图.输入电压是市 区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动.输 出电压通过输电线输送给用户，每条输电线总电阻用R0 表示.当负载增加时，则 () 图4 A.电压表 的示数减小 B.电流表 的示数减小 C.电流表 的示数减小 D.电压表 、 的示数之差增大 由于输电导线与负载串联，随着负载阻值的减小电流增大， 输电导线上的电压U02I2R0增大，所以负

10、载两端的电压U载 U2U0减小，即电压表 的示数减小，A正确； 电压表 与电压表 的示数之差为输电线上的电压， 即U0变大，D正确. 答案AD 2.(交变电流“四值”的应用和计算)如图5 所示，匀强磁场的磁感应强度B0.5 T， 边长L10 cm的正方形线圈abcd共100匝， 线圈电阻r1 ，线圈绕垂直于磁感线的 对称轴OO匀速转动，角速度2 rad/s， 外电路电阻R4 ，求： 图5 (1)转动过程中感应电动势的最大值； 解析感应电动势的最大值为 EmnBS3.14 V 答案3.14 V (2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60角时的瞬 时感应电动势； 解析转过60时的瞬时感应电动势为 eEmcos 603.140.5 V1.57 V. 答案1.57 V (3)由图示位置转过60角的过程中产生的平均感应电动势； 解析转过60角过程中产生的平均感应电动势为 答案2.6 V (4)交流电压表的示数； 解析电压表示数为外电路电压的有效值 答案1.78 V (5)线圈转动一周外力所做的功； 解析线圈转动一周外力所做的功等于电流产生的热量 答案0.99 J 答案0.086 6 C 3.(远距离输电线路的分析与计算)图6为远距离输电示意 图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器 的匝数均不变，且n1n2n4n3.当用户消耗的功率增大