专题复习----交变电流专题复习.doc

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1、专题复习-交变电流专题复习32:交变电流专题知识网络 第一部分 交变电流的产生和描述 知识梳理1交变电流的定义 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流。2正弦交变电流 随时间按正弦规律变化的交变电流叫做正弦交变电流,正弦交变电流的图象是正弦曲线.3交变电流的产生 （1)产生方法：将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动，线圈中就会产生正(余）弦交流电。 (2）中性面:与磁场方向垂直的平面叫中性面,当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0，感应电动势为0,线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过一次中性面,电流的方向就改变一次。4交变电

2、流的变化规律 正弦交流电的电动势随时间的变化规律为，其中， t=0时，线圈在中性面的位置.线圈所在的计时位置不同，产生的交变电流的正、余弦函数的规律表达式不同。 例1:矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流,下列说法正确的是（ ) A当线框位于中性面时,线框中感应电动势最大 B当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零 C每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次 D线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零知识点二表征交变电流的物理量 知识梳理1交变电流的四值 （1）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。 (2

3、）最大值 ,当线圈平面与磁感线平行时、交变电流的电动势最大，交变电流的最大值反映的是交变电流大小的变化范围。 最大值可以用来表示交变电流的强弱或电压的高低，但不适于用来表示交流电产生的热量。最大值在实际中有一定的指导意义，所有使用交变电流的用电器，其最大耐压值应大于其使用的交变电压的最大值，电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许施加电压的最大值。 （3）有效值 正弦交流电的有效值是根据热效应来规定的，让交流和直流通过相同阻值的电阻,如果它们在相同的时间内产生的热量相同，就把这一直流的数值,叫做该交变电流的有效值,用E、I表示正弦（余弦）交变电流的有效值，有效值与最大值之间的关系为。 我们通常

4、说家庭电路的电压是220 V,是指其有效值，各种使用交变电流的电器设备上所标的额定电压和额定电流都是有效值,一般交流电流表和交流电压表测量的数值也是有效值。 （4）平均值 交变电流的平均值是交变电流图象中波形与横轴(t轴)所围的面积跟时间的比值，其值可用 计算.2交变电流的周期和频率 （1）周期T：交变电流完成一次周期性变化（线圈转一周）所需的时间. （2）频率f：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数。 （3）周期和频率的关系：。 疑难导析一、描述交变电流的物理量的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值计算线圈某时刻的受力情况或力矩的瞬时值最大值最大的瞬时值讨论电

5、容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正(余）弦交流电有： （1)计算与电流的热效应有关的量（如功、功率、热量）等（2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值（3）保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图像中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值计算通过电路截面的电荷量周期完成一次周期性变化所用的时间物理意义:表示交变电流变化快慢的物理量频率1s内完成周期性变化的次数我国民用交变电流:T=0。 02 s，f=50 Hz,二、几种典型交流电的有效值 1正弦式的交流电,其有效值与最大值的关系是：。 2正弦半波交流电的有效值 例：一矩形线圈在匀强磁场中以角速度rad/s匀速转动,产生的交

6、变电动势的图象如图所示，则（ ） A交变电流的频率是Hz B当t=0时，线圈平面与磁感线平行 C当t=0.5 s时，e有最大值 D交变电流的周期是0.5 s知识点三电感和电容对交变电流的作用 知识梳理1电感对交变电流的阻碍作用 电感对交变电流有阻碍作用，电感对交变电流阻碍作用的大小,用感抗表示，。 电感对交变电流有阻碍作用的原因是:当线圈中电流发生变化时，在线圈本身中产生自感电动势，自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化。2电容对交变电流的作用 (1）交变电流能够通过电容器，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的电介质. (

7、2）电容器对交变电流的阻碍作用：电容器对交变电流有阻碍作用，电容器对交变电流阻碍作用的大小，用容抗表示，。 电容器的作用“通高频、阻低频或“通交流,隔直流”。典型例题透析题型一交变电流的产生及变化规律 1产生：在匀强磁场里,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦交变电流. 2规律： （1）函数形式：若N匝面积为S的线圈以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为，用表示电动势最大值，则有。其电流大小为。 (2）图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如图所示。 例1、某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图中信息可以判断（

8、） A在A和C时刻线圈处于中性面位置 B在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C从AD时刻线圈转过的角度为27r D若从OD时刻历时0。02 s，则在1s内交变电流的方向改变100次举一反三 【变式】如图所示，单匝矩形线圈的一半放在有界匀强磁场中,中心轴线与磁场边界重合，线圈绕中心轴线按图示方向（从上向下看逆时针方向）匀速转动， t=0时线圈平面与磁场方向垂直，规定电流方向沿abcd为正方向，则下图中能表示线圈内感应电流随时间变化规律的是（ ） 题型二 交变电流的有效值的计算 (1）在计算有效值时“相同时间”至少取一个周期或周期的整数倍，公式有和。让交流和直流通过相同的电阻而产生的电热相等，从而求

9、出有效值. （2)交流电流表，交流电压表的示数均为有效值。 （3）在求解交流电的电功、电热、电功率时，要按照有效值的定义求解。 例2、多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的,缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的.如图所示为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压,即在正弦交流电的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去。调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压。那么现在电灯上的电压为多少? 举一反三 【变式】两个相同的电阻，分别通以如图所示的正弦交变电流和方波形交变电流

10、，两种交变电流的最大值相等,周期相等则在一个周期内，正弦式交流电在电阻上产生的焦耳热与方波式交流电在电阻上产生的焦耳热之比等于（ ) A3：1 B1：2 C2：1 D4:3题型三-交变电流的“四值”问题 “四值的使用前提 (1）在研究电容器的耐压值时，应采用最大值. （2)在研究某一时刻通有交流电的导体所受安培力(或安培力矩)时应采用瞬时值。 (3)在研究交流电通过导体产生的电功、电热、电功率及确定保险丝的熔断电流时，应采用有效值。 （4）在研究交变电流通过导体横截面的电量时，应采用平均值。 例3、如图所示，匀强磁场B=0.1 T,所用矩形线圈的匝数N=100，边长ab= 0.2 m,bc =

11、 0.5 m，以角速度rad/s绕轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时,试求: (1）线圈产生的感应电动势的峰值； （2）线圈中感应电动势的瞬时值表达式; （3）由至过程中的平均电动势值。 举一反三 【变式】如图所示,一个边长L=10 cm,匝数N=100匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动,磁感应强度B = 0.50 T，角速度rad/s，外电路电阻R=4。 0，线圈内阻r=1。 0. （1）求线圈转动的周期和感应电动势的最大值; （2)写出线圈由图中所示位置开始计时时，感应电动势的瞬时表达式； (4）求交流电压表的示数。 题型四-电感、电容对交流电的影响

12、例4、如图所示，当交流电源的电压有效值为220 V，频率为50 Hz时，三只电灯的亮度相同，当电源电压不变只将交流电源的频率改为100 Hz时，则各灯亮度变化情况为：a灯 ，b灯 ，c灯 （填“变亮”“变暗或“不变”）。 举一反三 【变式】如图所示，在电路两端加上交流电,保持电压不变且使频率增大,发现各灯的亮暗情况是：灯1变暗、灯2变亮、灯3不变，则M、N、L中所接元件可能是( ) AM为电阻,N为电容器，L为电感线圈 BM为电感线圈,N为电容器，L为电阻 CM为电容器，N为电感线圈，L为电阻 DM为电阻，N为电感线圈，L为电容器 题型五-交变电流综合问题的分析 在解决交流电流综合问题时,应注

13、意以下几点： （1)由于交变电流的大小和方向、电压的大小和正负都随时间周期性变化，这就引起磁场、电场的强弱和方向周期性变化。因此,在研究带电体在场中受力时，一定要细微地进行动态受力分析. （2）分析具体问题时，要在研究分析物体在整个过程中各个阶段的运动性质，建立起动态的物理图象上下功夫，不能简单地认为物体受力方向改变时，物体一定同时改变运动方向，要根据物体的初始状态和受力条件这两个决定因素来确定物体的运动性质. （3）分析时还应注意由于交流电的周期性变化引起的分析结果出现多解的可能。 例5、如图甲所示，M、N为中心有小孔的平行板电容器的两极，相距D=1 m,其右侧为垂直纸面向里的匀强磁场,磁感

14、应强度B=1T，磁场区域足够长，宽为d=0. 01 m；在极板MN间加有如图乙所示的交变电压（设N板电势高于M板时，电压为正）,现有带负电的粒子不断从M板中央小孔处射入电容器内（粒子的初速可视为零，重力不计），取其比荷C/kg，试求: （1）在交变电压第一个周期内哪些时刻进入电容器内的粒子能从磁场的右侧射出。 (2）若上述交变电压的周期可以变化，则其周期满足什么条件时，才能保证有带电粒子从磁场右侧射出来. 举一反三 【变式】A、B表示真空中相距为d的平行金属板，长为L，加上电压后,其间电场可认为是匀强电场，在t=0 时，将图乙中的方形波的交变电压加在AB上，此时恰有一带电微粒沿两板中央飞入电场

15、，如图甲所示，微粒质量为m，带电荷量为q，速度大小为v，离开电场时恰能以平行于金属板飞出，求所加交变电压的取值范围（重力不计）. 第二部分 变压器 知识梳理1主要构造：由闭合铁芯、原线圈和副线圈组成.2工作原理:互感现象是变压器工作的基础。3理想变压器:输入功率和输出功率相等。 理想变压器的基本关系式: （1）电压关系: (2）电流关系： （3）功率关系： 4几种常见的变压器 （1）自藕变压器调压变压器 （2)互感器 电压互感器 电流互感器 四、理想变压器各物理量变化的决定因素 当理想变压器的原、副线圈的匝数不变时，如果变压器的负载发生变化，怎样确定其他有关物理量的变化,可依据以下原则判定。参

16、见图. （1)输入电压决定输出电压 (2)输出电流决定输人电流 （3)输出功率决定输入功率 例：一理想变压器原、副线圈的匝数比为，电源电压V，原线圈电路中接入一熔断电流=1A的保险丝，副线圈中接入一可变电阻R，为了使保险丝不致熔断，调节R时,其阻值最低不能小于（) A440 B。 440 C880 D。 880知识点二远距离输电1关键 ：减小输电线路上的电能损失，。2方法 （1）减小输电线的电阻，如采用电阻率小的材料,加大导线的横截面积. （2）高压输电，在输送功率一定的条件下,提高输送电压，减小输送电流。3几个常用关系式 （1)如图所示，若发电站输出电功率为P，输出电压为U，用户得到的电功率

17、为，用户的电压为,则输出电流为：。 （2）输电导线损失的电压： （3）输电导线损耗的电功率: 由以上公式可知，当输送的电能一定时,输电电压增大到原来的n倍，输电导线上损耗的功率就减少到原来的。4远距离输电过程的示意图 如图所示。理想变压器， 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，则下列叙述中正确的是（ ） A升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关 B输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定 C当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大 D升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 典型例题透析题型一理想变压器基本关系式的应用 1、如图所示

18、电路,变压器初级线圈匝数=1 000匝，次级有两个线圈,匝数分别为= 500匝，=200匝，分别接一个R=55的电阻，在初级线圈上接入=220 V交流电。求： (1）两次级线圈输出电功率之比; （2)初级线圈中的电流。 举一反三 【变式】一台理想变压器，其原线圈2 200匝,副线圈440匝，并接一个100的负载电阻，如图所示。 （1)当原线圈接在44 V直流电源上时，电压表示数为多少?电流表示数为多少？ （2)当原线圈接在220 V交变电源上时,电压表示数为多少？电流表示数为多少？此时输入功率为多大?变压器效率为多大？ 题型二 理想变压器的动态分析问题 2、如图所示电路中的变压器为理想变压器，

19、S为单刀双掷开关。P是滑动变阻器R的滑动触头，为加在原线圈两端的交变电压,、分别为原线圈和副线圈中的电流.下列说法正确的是（ ） A保持P的位置及不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小 B保持P的位置及不变，S由a切换到b，则减小 C保持P的位置及不变,S由b切换到a，则增大 D保持不变，S接在b端,将P向上滑动，则减小 举一反三 【变式】一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图所示。在副线圈输出端连接了定值电阻和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压恒为U的交流电，则 ( ） 保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大； 保持Q的位置不动

20、，将P向上滑动时,电流表的读数变小； 保持P的位置不动，将Q向上滑动时,电流表的读数变大； 保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小。 A B。 C D。题型三-远距离输电的有关计算 （1)有关远距离输电问题,应先画出远距离输电的示意图，并将已知量和待求量写在示意图的相应位置。 （2）抓住输电的两端电源和用电器；分析一条线输电线;研究两次电压变换升压和降压。 (3）以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立回路，各回路分别用欧姆定律,串、并联的特点及电功、电功率等公式进行计算、联系各回路的是原、副线圈电压、电流与匝数的关系及输入功率等于输出功率的关系。 例3、发电站通过升压变压器、输电

21、导线和降压变压器把电能输送到用户，如果升压变压器和降压变压器都可视为理想变压器.发电机的输出功率是100 kW,输出电压是250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数比为1:25，输电导线中的电功率损失为输入功率的4。 （1）画出上述输电全过程的线路图。 （2）求升压变压器的输出电压和输电导线中的电流。 (3)求输电导线的总电阻和降压变压器原线圈两端的电压。 (4）计算降压变压器的输出功率。 试题展示1。一理想变压器原、副线圈匝数比n1:n2=115.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图所示。副线圈仅接入一个10的电阻.则A流过电阻的电流是20 AB与电阻并联的电压表的示数是100VC经过1分

22、钟电阻发出的热量是6103 JD变压器的输入功率是1103W2.一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R.设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2.当R增大时AI1减小,P1增大 BI1减小，P1减小DI2增大，P2减小 DI2增大,P2增大3。如图，理想变压器原副线圈匝数之比为41原线圈接入一电压为uU0sint的交流电源，VAR副线圈接一个R27.5 的负载电阻若U0220V，100 Hz，则下述结论正确的是A副线圈中电压表的读数为55 VB副线圈中输出交流电的周期为C原线圈中电流表的读数为0。5 AD原线圈中的输入功率为4。小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动。产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示，此线圈与一个R10的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是A交变电流的周期为0。125B交变电流的频率为8HzC交变电流的有效值为AD交变电流的最大值为4A- 11 -