交變電流知識(shí)點(diǎn)(word文檔物超所值)

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1、. 交變電流知識(shí)點(diǎn) 一、交變電流的產(chǎn)生 1、原理：電磁感應(yīng) 2、中性面：線圈平面與磁感線垂直的平面。 3、兩個(gè)特殊位置的比較 ①線圈平面與中性面重合時(shí)（ S⊥ B），磁通量 Φ 最大， =0， e=0， i=0 ，感應(yīng)電流的 t 方向?qū)l(fā)生改變。 ②線圈平面平行與磁感線時(shí)（ S∥ B），Φ =0， 最大， e 最大， i 最大，電流方向不變。 t 4、 穿過線圈的磁通量與產(chǎn)生的感應(yīng)電

2、動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系總是互余的： 取中性面為計(jì)時(shí)平面： 函數(shù) 圖象 磁通量 電動(dòng)勢(shì) 電壓 .. . 電流 注：對(duì)中性面的理解 交流電瞬時(shí)值表達(dá)式的具體形式是由開始計(jì)時(shí)的時(shí)刻和正方向的規(guī)定共同決定的。若從中性面開始計(jì)時(shí)，雖然該時(shí)刻穿過線圈的磁通量最大，但線圈兩邊的運(yùn)動(dòng)方向恰與磁場(chǎng)方向平行，不 切割磁感線，電動(dòng)勢(shì)為零，故其表達(dá)式為 ；但若

3、從線圈平面和磁場(chǎng)平行時(shí)開始 計(jì)時(shí)，雖然該時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零，但由于此時(shí)線圈兩邊的速度方向和磁場(chǎng)方向垂直， 電動(dòng)勢(shì)最大，故其表達(dá)式為 。 例：矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)且在線框平面的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了交變電流，下列說法 正確的是（ ） A ．當(dāng)線框位于中性面時(shí)，線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 B ．當(dāng)穿過線框的磁通量為零時(shí)，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 C ．每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流方向就改變一次 D ．線框經(jīng)過中性面時(shí)，各邊切割磁感線的速度為零 答案： CD 【變式訓(xùn)練】一單匝閉合線框在

4、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程 中，線框中的最大磁通量為 m ，最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 Em ，則下列說法中正確的是（ ） A . 當(dāng)穿過線框的磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零 B . 當(dāng)穿過線框的磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在增大 C . 當(dāng)穿過線框的磁通量等于 0.5 m 時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于 0.5Em D . 線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 Em / m 【變式訓(xùn)練】如圖所示，矩形線圈 abcd 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸 P1 和 P2 以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí) ( )

5、 .. . A. 線圈繞 P1 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞 P 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流 B. 線圈繞 P1 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于繞 P2 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì) C.線圈繞 P1 和 P2 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是 a→b→c→d D.線圈繞 P1 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) dc 邊受到的安培力大于繞 P2 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) dc 邊受到的安培力 答案： BD A 二、對(duì)交變電流圖像的理解 交變電流的圖像包括 φ -t

6、 、e-t、 i-t 、u-t 等，具體圖像見上頁，現(xiàn)只研究 e-t 圖像 從圖像上可得到信息： 1、 線圈平面與中性面平行時(shí)為計(jì)時(shí)平面 2、 電流最大值 3、 周期 T 和頻率 f 4、 不同時(shí)刻交流電的瞬時(shí)值 5、 線圈處于中性面和電流最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)刻 6、 任意時(shí)刻線圈的位置和磁場(chǎng)的夾角 周期和頻率的計(jì)算公式： 完成一次周期性變化所 物理意義：表示交變電流變化快 周期 用的時(shí)間 慢的物理量 1s 內(nèi)完成周期性變化的 我國民用交變電流： T=0. 02

7、頻率 s， f=50 Hz ， 次數(shù) .. . 例： 如圖 a 所示，一矩形線圈 abcd 放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并繞過 ab、 cd 中點(diǎn)的軸 OO′以 角速度 ω 逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場(chǎng)夾角 θ=45 時(shí)（如圖 b）為計(jì)時(shí)起 點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自 a 流向 b 時(shí)電流方向?yàn)檎?。則下列四幅圖中正確的是：（ ） 答案： D 【變式訓(xùn)練】在勻強(qiáng)磁 場(chǎng)中，一矩形金屬線框

8、 繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 1 所示， 產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖 象如圖 2 所示，則 A． t =0.005s 時(shí)線框的磁通量變化率為零 B． t =0.01s 時(shí)線框平面與中性面重合 C．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為 311V D．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的頻率為 100Hz 答案： B 三、表征交變電流的物理量 1、瞬時(shí)值、峰值（最大值）、有效值、平均值的比較 ..

9、 物理量 物理含義 瞬時(shí)值 交變電流某一時(shí)刻的值 最大值 最大的瞬時(shí)值 跟交變電流的熱效應(yīng)等 有效值 效的恒定電流值 交變電流圖像中圖線與平均值 時(shí)間軸所夾的面積與時(shí) 間的比值 . 重要關(guān)系 適用情況及說明 計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況或力 矩的瞬時(shí)值 討論電容器的擊穿電壓（耐壓值） 對(duì)正

10、（余）弦交流電 （ 1）計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的 量（如功、功率、熱量）等 有： （ 2）電氣設(shè)備 “ 銘牌 ” 上所標(biāo)的一般是有效值 （ 3）保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值 __ E n t 計(jì)算通過電路截面的電荷量 交流電的平均值是指一段時(shí)間內(nèi)交流電瞬時(shí)值的平均值。平均值是由公式 確定。 它表現(xiàn)為交流圖象中波形與橫軸（ t 軸）所圍的 “ 面積 ”對(duì)時(shí)間的比值，其值大小與所取 時(shí)間間隔有關(guān)。如正弦式交流電，其正半周期或負(fù)半周期的平均電動(dòng)勢(shì)大小為 ， 而一個(gè)周期內(nèi)的平均電動(dòng)勢(shì)卻為零．而技術(shù)上應(yīng)

11、用的交流電的平均值是指一個(gè)周期交流電 的絕對(duì)值的平均值，也等于交流電在正半個(gè)周期或 周期內(nèi)的平均值。同一交流電的平均 值和有效值并不相同。 不同時(shí)間內(nèi)平均值一般不同，平均值大小還和電流的方向有關(guān)，若一段時(shí)間內(nèi)電流的方向發(fā)生改變，則流過導(dǎo)線橫截面上的電荷量為兩個(gè)方向上的電荷量之差；平均值是和電荷量相關(guān)聯(lián)的，所以凡涉及計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面上電荷量的問題，應(yīng)利用平均值處理。 .. . 例：如圖所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框 abcd 全部處于磁感

12、應(yīng)強(qiáng)度為 B 的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中， 線框面積為 S，電阻為 R。線框繞與 cd 邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框 中感應(yīng)電流的有效值 I= 。線框從中性面開始轉(zhuǎn)過 2 的過程中，通過導(dǎo)線橫 截面的電荷量 q= 解析：電動(dòng)勢(shì)的最大值 Em BS ，電動(dòng)勢(shì)的有效值 E Em ，電流的有效值 2 E 2BS t E t t BS 。 I ； q I R t R 2R R R

13、R 答案： （ 1） 2BS ， BS 2R R 如圖所示，有一單匝矩形線圈，面積為 S，內(nèi)阻為 r ，外電路電阻為 R，電流表為理想電表， 線圈繞垂直磁感線的對(duì)稱軸 以角速度 ω 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置轉(zhuǎn) 900 的過程中，下列 說法正確的是 A．通過電阻 R 的電量為 B．通過電流表的最大電流為 C．電路消耗的總功率為 D．從圖示位置開始計(jì)時(shí)， R兩端電壓變化的規(guī)律為 u=BSωcosωt 答案 C 如圖所示，一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞 OO′軸勻速轉(zhuǎn)

14、動(dòng)，磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直。線圈的長(zhǎng) l 1 = 0.50 m ，寬 l 2 = 0.40m ，匝數(shù) N = 20 匝，線圈總電阻 r = 0.10 Ω。磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度 B = 0.10T 。線圈繞 OO′ 軸以 ω = 50rad ／ s 的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈兩端外接一個(gè) R = 9.9 Ω 的電阻和一塊內(nèi)阻不計(jì)的交流電流表。求： .. . （ 1）線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值； （ 2）電流表的讀數(shù)；

15、 （ 3）線圈轉(zhuǎn)過一周的過程中，整個(gè)回路中產(chǎn)生的焦耳熱。 答案 （1）由 E = NBω l 1 l 2 解得 E = 20（ V） （2）由 解得 I m=2.0 （ A） 由 解得 I=1. 4 （A） （3）（ 5 分）由 Q = I 2 ( R+r ) T 解得 Q =2.5J 四、電感和電容對(duì)交變電流的作用 1．電感對(duì)交變電流的阻礙作用 電感對(duì)交變電流有阻礙作用，電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小，用感抗 表示，

16、。 電感對(duì)交變電流有阻礙作用的原因是：當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，在線圈本身中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙線圈中電流的變化。 扼流圈有兩種，一種叫低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù) L 很大，作用是阻交流，通直流； 另一種叫高頻扼流圈，線圈的自感系數(shù) L 很小，作用是阻高頻，通低頻。 .. . 2．電容對(duì)交變電流的作用 （ 1）交變電流能夠通過電容器，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交流 “ 通過 ” 了電容器，實(shí)際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的電介質(zhì)。 （ 2）電容器對(duì)交變電流的阻礙作用：電容器

17、對(duì)交變電流有阻礙作用，電容器對(duì)交變電流 阻礙作用的大小，用容抗 表示， 。 電容器的作用 “ 通高頻、阻低頻 ” 或“ 通交流，隔直流 ” 。 電感 電容 直流電不能通過電容器，交流電能通過 對(duì)電流的作用 只對(duì)交變電流有阻礙作用 但有阻礙作用 自感系數(shù)越大，交流電頻率越大，阻 電容越大，交流電頻率越大，阻礙作用 影響因素 礙作用越大，即感抗越大 越小，即容抗越小 低頻扼流圈：通直流、阻交流 隔直電容：通交流、隔直流 應(yīng)用 高頻扼流圈：通低頻、阻高頻 旁路電容：通高頻、阻低頻 例：如圖所示電路中， L 為電感線圈，

18、 R 為燈泡，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大， 交流電源的電壓 V。若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為 100 Hz ，下列說法中正確的有（ ） A ．電流表示數(shù)增大 B ．電壓表示數(shù)增大 C ．燈泡變暗 D ．燈泡變亮 答案： BC 解析： 由 ，可得電源原來的頻率為 f=50 Hz 。 當(dāng)電源頻率由原來的 50 Hz 增為 100 Hz 時(shí)，線圈的感抗增大；在電壓不變的情況下，電路中的電流減小，選項(xiàng) A 錯(cuò)誤。 燈泡的電阻 R 是一定的，電流減小時(shí)，實(shí)際消耗的電功率變小，燈泡變暗，選項(xiàng) C 正確， D錯(cuò)誤。

19、 電壓表與電感線圈并聯(lián)，其示數(shù)為線圈兩端的電壓 ；設(shè)燈泡兩端電壓為 ．則電 源電壓的有效值為 ．因 ，故電流 I 減小時(shí)， 減小，因電源電壓 有效值保持不變，故 增大，選項(xiàng) B 正確。 【變式訓(xùn)練】 如圖所示，當(dāng)交流電源的電壓有效值為 220 V，頻率為 50 Hz 時(shí)，三只電燈 的亮度相同，當(dāng)電源電壓不變只將交流電源的頻率改為 100 Hz 時(shí)，則各燈亮度變化情況為： a 燈 ，b 燈 ，c 燈 （填 “ 變亮 ”“ 變暗 ” 或 “ 不變 ” ）。 .. .

20、 答案： 變亮 變暗 不變 三、變壓器： 1、原理：原、副線圈中的互感現(xiàn)象，原、副線圈中的 磁通量的變化率 相等。 U 1 n1 I1 n2 1 2 U 2 n2 I 2 n1 t1 t 2 P1=P2 2、變壓器只變換交流，不變換直流，更不變頻。 原、副線圈中交流電的頻率一樣： f 1=f 2 高壓線圈匝數(shù)多、電流小，導(dǎo)線較細(xì)；低壓線圈匝數(shù)少、電流大，導(dǎo)線較粗。 3、如左圖： U1： U2：U 3=n1： n2： n3 n1 I 1=n2

21、 I2+ n3 I 3 P1=P2+P3 四、電能輸送的中途損失： 1 U （ 1）功率關(guān)系： P1=P2，P3=P4，P2=P損+P3 （2）輸電導(dǎo)線損失的電壓： U 損=U2-U3=I 線 R 線 P2 （3）輸電導(dǎo)線損耗的電功率： P 損=P3-P2=I 線 U 損=I 線 )2R 線 2R 線=( U 2 由以上公式可知，當(dāng)輸送的電能一定時(shí)，輸電電壓增大到原來的 n 倍， 輸電導(dǎo)線上損耗的功率就減少到原來的 。 P

22、 r 線 =U 電源 —U 用戶 1 U=Ir 線= U∝U U P=I2 r 線= ( P )2 r 線 =P 電源 — P 用戶 P∝ 1 2 U U .. . 例： 如圖所示電路，變壓器初級(jí)線圈匝數(shù) =1 000 匝，次級(jí)有兩個(gè)線圈，匝數(shù)分別為 = 500 匝， =200 匝，分別接一個(gè) R=55Ω 的電阻，在初級(jí)線圈上接入 =220 V 交流 電。求： （ 1）兩次級(jí)線圈輸出電功率之比； （ 2）初級(jí)線圈中的電

23、流。 解析： （ 1）對(duì)兩個(gè)次級(jí)線圈有 、 所以 又 ，所以 （ 2）由歐姆定律得 A， A 對(duì)有兩個(gè)次級(jí)線圈的變壓器有 所以 1.16 A 。 注：理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題，大致有兩種情況： 一類是負(fù)載電阻不變，原副線圈的電壓 ，電流 ，輸入和輸出功率 隨匝數(shù)比變化而變化的情況。 另一類是匝數(shù)比不變，上述各量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況。 不論哪種情況都要

24、注意： （ 1）根據(jù)題意弄清變量與不變量。 （ 2）要弄清 “誰決定于誰 ”的制約關(guān)系，即理想變壓器各物理量變化的決定因素。動(dòng)態(tài)分析問題的思路程序可表示為： .. . 例： 如圖所示電路中的變壓器為理想變壓器， S 為單刀雙擲開關(guān)。 P 是滑動(dòng)變阻器 R 的滑 動(dòng)觸頭， 為加在原線圈兩端的交變電壓， 、 分別為原 線圈和副線圈中的電流。下列說法正確的是（ ） A ．保持 P 的位置及 不變， S 由 b 切換到 a，則 R上消耗 的功率減小 B

25、．保持 P 的位置及 不變， S 由 a 切換到 b，則 減小 C ．保持 P 的位置及 不變， S 由 b 切換到 a，則 增大 D ．保持 不變， S 接在 b 端，將 P 向上滑動(dòng)，則 減小 解析： S 由 b 切換 a 時(shí)，副線圈匝數(shù)增多，則輸出電壓 增大， R消耗的功率增大， 由變壓器功率關(guān)系可知，其輸入功率也增大，故 增大，所以 A 錯(cuò) C 對(duì)； S 由 a 切換 b 時(shí)， 副線圈匝數(shù)減少，則輸出電壓 減小， 減小， B 對(duì)； P 向上滑動(dòng)時(shí)， R減小， 增大， 由電流與匝數(shù)的關(guān)系可

26、知， 增大， D 錯(cuò)。 答案： BC 【變式訓(xùn)練】 發(fā)電站通過升壓變壓器、輸電導(dǎo)線和降壓變壓器把電能輸送到用戶，如果升 壓變壓器和降壓變壓器都可視為理想變壓器。發(fā)電機(jī)的輸出功率是 100 kW，輸出電壓是 250 V，升壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為 1:25 ，輸電導(dǎo)線中的電功率損失為輸入功率 的 4％。 （ 1）畫出上述輸電全過程的線路圖。 （ 2）求升壓變壓器的輸出電壓和輸電導(dǎo)線中的電流。 （ 3）求輸電導(dǎo)線的總電阻和降壓變壓器原線圈兩端的電壓。 （ 4）計(jì)算降壓變壓器的輸出功率。

27、 .. . 答案 （ 1）輸電過程線路圖，如圖所示。 （ 2）對(duì)升壓變壓器，據(jù)公式 ，有 V=6 250 V A=16A （ 3）因?yàn)? 所以 因?yàn)? V=6 000 V （ 4） W=96 000 W=96 KW。 ..