高二物理人教选修3～2课件第五章交变电流

1、本章整合BENZHANG ZHENGHE,专题一,专题二,专题三,交变电流的“四值”问题 1.研究电容器的耐压值时,用峰值(最大值) 矩形线圈绕垂直于磁感线的轴在匀强磁场中转动时,线圈中产生正弦式交变电流,当线圈平面与磁感线平行时,线圈中感应电动势最大,最大值为Em=nBS,其中n表示线圈匝数,S表示线圈面积,Em与线圈转动时转轴的位置无关。 2.研究交变电流做功、功率及产生的热量时,用有效值 对同样的电阻,在相同时间内跟交变电流热效应相等的直流电的值为交变电流的有效值。一般交流电压表、交流电流表测出的数值是有效值,计算电功、电热时应使用有效值,其大小为 (仅适用于正弦式交变电流)。,专题一,

2、专题二,专题三,3.研究交变电流某一瞬间的电流、电压、功率等,用瞬时值 (1)当线圈平面与中性面重合时,线圈中感应电动势为零。 若从此位置开始计时,则瞬时值表达式为e=Emsin t,i=Imsin t。 (2)当线圈平面与中性面垂直时,线圈中感应电动势最大。 若从此位置开始计时,则瞬时值表达式为e=Emcos t,i=Imcos t。 4.研究交变电流通过导体截面的电荷量时,用平均值 交变电流的平均值应根据 求解,在计算交流电路中通过某段导体的电荷量时,应用平均值计算,即,专题一,专题二,专题三,【例题1】如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T,边长L=10 cm的正方形线圈abcd共

3、100匝,线圈电阻r=1 ,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,角速度为=2 rad/s,外电路电阻R=4 ,求: (1)转动过程中感应电动势的最大值。 (2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行) 转过60时的瞬时感应电动势。 (3)由图示位置转过60角的过程中产生的 平均感应电动势。 (4)交流电压表的示数。 (5)转动一周外力做的功。 (6) 周期内通过R的电荷量为多少?,专题一,专题二,专题三,解析:(1)感应电动势的最大值 Em=NBS=1000.50.122 V=3.14 V。 (2)转过60时的瞬时感应电动势 e=Emcos 60=3.140.5 V=1.57 V。 (3)转过6

4、0角过程中产生的平均感应电动势 (4)电压表示数为外电路电压的有效值 (5)转动一周外力所做的功等于电流产生的热量,专题一,专题二,专题三,答案:(1)3.14 V(2)1.57 V(3)2.6 V(4)1.78 V (5)0.99 J(6)0.087 C,专题一,专题二,专题三,变式训练1某电路两端交流电压u=Umsin 100t(V),在t=0.005 s时刻,电压u值为10 V。 (1)求接在此电路两端的电压表示数。 (2)如将阻值为R的电阻接在此交流电压上时功率为P;而改接在电压为U0的直流电压上时功率为 2 ,求U0值。 解析:(1)根据u=Umsin 100t,代入t=0.005

5、s时的电压值,有 10=Umsin 0.5得Um=10 V 而交流电压表的示数反映的是有效值 答案:(1)7.07 V(2)5 V,专题一,专题二,专题三,专题一,专题二,专题三,专题一,专题二,专题三,【例题2】 太阳能电池是个能量转换器件,将太阳能转变为电能的系统又称光伏发电系统。光伏发电系统的直流供电方式有其局限性,绝大多数光伏发电系统均采用交流供电方式。将直流电变为交变电流的装置称为逆变器。 (1)用逆变器将直流电变为交变电流进行供电有哪些好处?请简要回答。,专题一,专题二,专题三,(2)有一台内阻为1 的太阳能发电机,供给一个学校照明用电,如图所示,升压变压器匝数比为14,降压变压器

6、的匝数比为41,输电线的总电阻R=4 ,全校共22个班,每班有“220 V40 W”灯6盏,若全部电灯正常发光,则 发电机输出功率多大? 发电机电动势多大? 输电效率多少? 点拨:该题涉及发电和远距离输电,要注意结合输电的示意图,搞清电路中的各个物理量的关系,选择正确的方法进行求解。 解析:(1)可以改变电压的大小以适应不同的需要;通过升压、降压在远距离输送电中减少电能在输电线上的损耗,提高供电效率。所以用逆变器将直流电变为交变电流,可以提高发电系统的利用率。,专题一,专题二,专题三,答案:(1)见解析(2)5 424 W250 V97%,专题一,专题二,专题三,专题一,专题二,专题三,变式训

7、练2导学号01150096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 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,专题一,专题二,专题三,专题一,专题二,专题三,变压器与分压器的比较 变压器和分压器都是用来改变电压的设备,在改变电压时,它们既有相同点也有区别。 1.变压器的

8、工作原理及用途 如图甲所示,变压器只能工作在交流电路中,且其电压之比等于匝数之比。同一个变压器既可以当升压变压器也可以当降压变压器使用,副线圈两端的电压可以比原线圈的大,也可以比原线圈的小或相等。,专题一,专题二,专题三,2.分压器的工作原理及用途 分压器的工作原理是利用串联电路的分压原理,如图乙所示,它是滑动变阻器的分压接法,既可应用于直流电路,又可应用于交流电路。,专题一,专题二,专题三,【例题3】 如图甲、乙所示的电路中,当A、B接10 V 交流电压时,C、D间电压为4 V;当M、N接10 V直流电压时,P、Q间电压为4 V。现把C、D接4 V交流电压,P、Q接4 V直流电压,则A、B间

9、和M、N间的电压分别是() A.10 V,10 VB.10 V,4 V C.4 V,10 VD.10 V,0,专题一,专题二,专题三,解析:题图甲是一个自耦变压器,当A、B作为输入端,C、D作为输出端时,是一个降压变压器,两边的电压之比等于两边线圈的匝数之比;当C、D作为输入端,A、B作为输出端时,是一个升压变压器,电压比也等于匝数比,所以C、D接4 V交流时,A、B间将得到10 V交流。题图乙是一个分压电路,当M、N作为输入端时,上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正比。 但是当把电压加在P、Q两端时,电流只经过下面那个电阻,上面的电阻中没有电流,M、P两端也就没有电势差,即M、P两点的电势相等。所以当P、Q接4 V直流时,M、N两端电压也是4 V。 顺便指出,如果M、N或P、Q换成接交流电压,上述关系仍然成立,因为在交流纯电阻电路中欧姆定律照样适用。 答案:B,专题一,专题二,专题三,变式训练3导学号01150097理想变压器的原、副线圈匝数之比n1n2=n1,加在理想变压器原线圈上的交流电源电动势为E,内阻为r,副线圈的负载电阻是R,如图所示。求: (1)变压器正常工作时,a、b间的等效电阻是多少? (2)当负载电