優(yōu)品課件之交流電

1、優(yōu)品課件 交流電 交流電、電磁振蕩電磁波 類型：復(fù)習(xí)課 交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律 一、 交變電流的產(chǎn)生1 .交變電流的定義：大小和方向都隨時(shí)間作周期性 變化的電流，叫做交變電流。2.正弦交變電流：按正弦規(guī)律變化的 交變電流叫正弦式電流，正弦式電流產(chǎn)生于在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，繞垂直于 磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈里，正弦交變電流的圖象是正弦函數(shù)曲 線.線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，感應(yīng)電流的方向改變兩次。3.產(chǎn)生方法：將 一個(gè)平面線圈置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并使它繞垂直于磁感線的軸做勻速轉(zhuǎn) 動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生出正（余）弦交變電流. 注意：只有線圈在勻強(qiáng) 磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才能產(chǎn)生正（余）弦交變電 流.二.正弦交流

2、電的變化規(guī)律 線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的 軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng).1 .當(dāng)從圖122即中性面位置開始在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間而變的函數(shù)是正弦函數(shù)： 3 t是從該位置經(jīng)t時(shí)間線框轉(zhuǎn)過(guò)的角度；3 t也是線速度V與磁感 應(yīng)強(qiáng)度B的夾角；。是線框面與中性面的夾角2 .當(dāng)從圖121位置 開始計(jì)時(shí)：貝S： e= mcos t , i = Imcos w t 31是線框在時(shí)間t 轉(zhuǎn)過(guò)的角度；是線框與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的夾角；此時(shí)V、B間夾角為（n /2 一 w t）. 3 .對(duì)于單匝矩形線圈來(lái)說(shuō) Em=2Blv=BSb ;對(duì)于n匝面積 為S的線圈來(lái)說(shuō)Em=nB3。對(duì)于總電阻為R的閉合電路來(lái)說(shuō)

3、Im= 三.幾個(gè)物理量1 .中性面：與磁場(chǎng)方向垂直的平面叫中性面.如圖 122所示的位置為中性面，對(duì)它進(jìn)行以下說(shuō)明：中性面的特點(diǎn)： （1）此位置穿過(guò)線框的磁通量最多.（2）但此位置磁通量的變化率 為零.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零.所以 e= e msi n w t=0 , i = Ims in w t=0 （3） 此位置是電流方向發(fā)生變化的位置，具體對(duì)應(yīng)圖12- 3中的t2 , t4 時(shí)刻，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，2次經(jīng)過(guò)中性面.電流的方向改變兩次，頻率 為50Hz的交流電每秒方向改變100次.2 .交流電的最大值：e m =Bw S當(dāng)為N匝時(shí)（1） w是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，其單位一定為弧 度/秒，nad/s （2）

4、 最大值對(duì)應(yīng)的位置與中性面垂直，即線框面與磁 感應(yīng)強(qiáng)度B在同一直線上.（3）最大值對(duì)應(yīng)圖12-3中的t1、t2時(shí) 刻，每周中出現(xiàn)兩次.3 .瞬時(shí)值 交變電流某一時(shí)刻的值，瞬時(shí)值 是時(shí)間的函數(shù)，不同時(shí)刻，瞬時(shí)值不同 e= e ms in w t , i = Imsi n w t 當(dāng)變壓器有多個(gè) 副繞組時(shí)U1/n1=U2/n2=U3/n3= 解題思路2功率思路.理想變壓 器的輸入、輸出功率為P入二P出，即P1=P2當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組 時(shí)P仁P2+P3+ 解題思路3電流思路.由I=P/U知，對(duì)只有一個(gè)副 繞組的變壓器有11/12二n 2/n1;當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí) nil 1=n2I2+n3I3

5、+ 解題思路4 （變壓器動(dòng)態(tài)問題）制約思路.（1） 電壓制約：當(dāng)變壓器原、畐線圈的匝數(shù)比（n 1/n2 ） 定時(shí)，輸出電 壓U2由輸入電壓決定，即U2=n2U1/n1,可簡(jiǎn)述為“原制約副” .（2） 電流制約：當(dāng)變壓器原、畐U線圈的匝數(shù)比（n 1/n2 ） 定，且輸入電 壓U1確定時(shí)，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定， 即I1= n2I2/n1，可簡(jiǎn)述為“副制約原” .（3）負(fù)載制約：變壓器 副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，P2=P負(fù)1+P負(fù)2+；變壓器 副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2確定，I2二P2/U2 ;總功率 P總=P線+P2.動(dòng)態(tài)分析問題的思路程序可表示為：U

6、1 P1解題思路 5原理思路.變壓器原線圈中磁通量發(fā)生變化，鐵芯中/ t相等; 當(dāng)遇到“ ”型變壓器時(shí)有 1/ t= 2/ t+ 3/ t,此式 適用于交流電或電壓（電流）變化的直流電，但不適用于穩(wěn)壓或恒定 電流的情況. 二、遠(yuǎn)距離輸電 電磁振蕩 電磁波 基礎(chǔ)知識(shí) 一、電磁振蕩 在振蕩電路里產(chǎn)生振蕩電 流的過(guò)程中，由容器極板上的電荷，通過(guò)線圈的電流，以及跟電流和 電荷相聯(lián)系的磁場(chǎng)和電場(chǎng)都發(fā)生周期性變化的現(xiàn)象，叫做電磁振蕩。 1.LC振蕩電路 由自感線圈和電容器組成的電路就是最簡(jiǎn)單的振蕩電 路，簡(jiǎn)稱LC回路。在LC回路里，產(chǎn)生的大小和方向都做周期性變 化的電流，叫做振蕩電流。 如圖所示，先將電鍵

7、S和1接觸，電鍵 閉合后電源給電容器C充電，然后S和2接觸，在LC回路中就出現(xiàn) 了振蕩電流。大小與方向都做同期性變化的電流叫振蕩電流.2 .電 磁振蕩 在產(chǎn)生振蕩電流的過(guò)程中，電容器上極板上的電荷 q,電路 中的電流i，電容器內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度E,線圈中磁感應(yīng)強(qiáng)度B都發(fā)生周期 性的變化，這種現(xiàn)象叫做電磁振蕩.（1）從振蕩的表象上看：LC 振蕩過(guò)程實(shí)際上是通過(guò)線圈L對(duì)電容器C充、放電的過(guò)程。（2）從 物理本質(zhì)上看：LC振蕩過(guò)程實(shí)質(zhì)上是磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能之間通過(guò)充、 放電的形式相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。3 .振蕩的周期和頻率 電磁振蕩完成 一次周期性變化需要的時(shí)間叫做周期。一秒鐘內(nèi)完成的周期性變化的 次數(shù)叫做頻率。在電

8、磁振蕩發(fā)生時(shí)，如果不存在能量損失，也不受外 界其它因素的影響，這時(shí)的振蕩周期和頻率叫做振蕩電路的固有周期 和固有頻率，簡(jiǎn)稱振蕩電路的周期和頻率。理論研究表明，周期T和 頻率f跟自感系數(shù)L和電容C的關(guān)系：注意：當(dāng)電路定了，該電 路的周期與頻率就是定值，與電路中電流的大小，電容器上帶電量多 少無(wú)關(guān).4 . LC振蕩過(guò)程中規(guī)律的表達(dá)。（1）定性表達(dá)。在LC振 蕩過(guò)程中，磁場(chǎng)能及與磁場(chǎng)能相磁的物理量（如線圈中電流強(qiáng)度、線 圈電流周圍的磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度、 穿過(guò)線圈的磁通量等）和電場(chǎng)能及與 電場(chǎng)能相關(guān)的物理量（如電容器的極板間電壓、極板間電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng) 度、極板上電量等）都隨時(shí)間做周期相同的周期性變化。這兩組

9、量中， 一組最大時(shí)，另一組恰最?。灰唤M增大時(shí)，另一組正減小。這一特征 正是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律所決定的。（2）定量表達(dá)。在LC振蕩過(guò) 程中，盡管磁場(chǎng)能和電場(chǎng)能的變化曲線都比較復(fù)雜，但與之相關(guān)的其 他物理量和變化情況卻都可以用簡(jiǎn)單的正 （余）弱曲線給出定量表達(dá)。 以LC振蕩過(guò)程中線圈L中的振蕩電流i （與磁場(chǎng)能相關(guān)）和電容器C 的極板間交流電壓u （與電場(chǎng)能相關(guān)）為例，其變化曲線分別如圖中 所示。注意：分析電磁振蕩要掌握以下三個(gè)要點(diǎn)（突出能量守恒的 觀點(diǎn)）：理想的LC回路中電場(chǎng)能E電和磁場(chǎng)能E磁在轉(zhuǎn)化過(guò)程中 的總和不變?；芈分须娏髟酱?，L中的磁場(chǎng)能越大（磁通量越大）。 極板上電荷量越大，C中電場(chǎng)能

10、越大（板間場(chǎng)強(qiáng)越大、兩板間電壓 越高、磁通量變化率越大）。因此LC回路中的電流圖象和電荷圖象 總是互為余函數(shù)。5 . LC振蕩過(guò)程的階段分析和特殊狀態(tài) 如圖所示， 在O t2、t4時(shí)刻，線圈中振蕩電流i為0磁場(chǎng)能最小，而電容器 極板間電壓u恰好達(dá)到最大值，電場(chǎng)能最多，在t1、t3時(shí)刻則正相 反，振蕩電流、磁場(chǎng)能均達(dá)到最大值，而電壓為 0,電場(chǎng)能最少。在 t1和t2 F3階段，電流增強(qiáng)，磁場(chǎng)能增多，而電壓降低，電場(chǎng) 能減小，這是電容器放電把電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能的階段；在t1 it2 和t3 it4階段，電流減弱，磁場(chǎng)能減小，而電壓升高，電場(chǎng)能增多， 這是電容器充電把磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能的階段。振蕩電

11、路的狀態(tài) 時(shí)刻t=0 t= t= t= T T 極板上的電量 最大 零 最大 零 最大 振蕩 電流i i=0 正向最大i=0反向最大1=0電場(chǎng)能最大零最大零 最大 磁場(chǎng)能 零 最大 零 最大 零 二.電磁場(chǎng)、電磁波1 .麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的要點(diǎn)：（1）變化的 磁（電）場(chǎng)將產(chǎn)生電（磁）場(chǎng)。 （2）變化的磁（電）場(chǎng)所產(chǎn)生的電 （磁）場(chǎng)取決于磁（電）場(chǎng)的變化率。具體地說(shuō)，均勻變化的磁（電） 場(chǎng)將產(chǎn)生恒定的電（磁）場(chǎng)，非均勻變化的磁（電）場(chǎng)將產(chǎn)生變化的 電（磁）場(chǎng)，周期性變化的磁（電）場(chǎng)將產(chǎn)生周期相同的周期性變化 的電（磁）場(chǎng)。（3）變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)互相聯(lián)系著，形成一 個(gè)不可分離的統(tǒng)一體電磁場(chǎng)。

12、變化的電場(chǎng)，其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)， 變化的磁場(chǎng)其周圍產(chǎn)生電場(chǎng).注意：均勻變化的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）其 周圍產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)）.2 .電磁場(chǎng)：變化的電場(chǎng)磁場(chǎng)形成 一個(gè)不可分割的統(tǒng)一體叫電磁場(chǎng).3 .電磁波 電磁波是怎樣產(chǎn)生 的：如果在空間某處發(fā)生了周期性變化的電場(chǎng)，就會(huì)在空間引起周 期性變化的磁場(chǎng)，這個(gè)周期性變化的磁場(chǎng)又會(huì)在較遠(yuǎn)的空間引起新的 周期性變化的電場(chǎng)，新的周期性變化的電場(chǎng)又會(huì)在更遠(yuǎn)的空間引起新 的周期性變化的磁場(chǎng)這樣，電磁場(chǎng)就由近及遠(yuǎn)向周圍空間傳播開 去，形成了電磁波。電磁波的特點(diǎn)：a.電磁波的傳播不需要介質(zhì)， 但可以在介質(zhì)中傳播。b.電磁波是橫波。E與B的方向彼此垂直， 而且都跟波的傳播方

13、向垂直，因此電磁波是橫波。電磁波的傳播不需 要靠別的物質(zhì)作介質(zhì)，在真空中也能傳播。C.電磁波的波速等于光 速，實(shí)際上，光就是特定頻率范圍內(nèi)的電磁波。電磁波的波長(zhǎng)、頻 率、波速三者之間的關(guān)系是：入二C/f。此式為真空中傳播的電磁波 各物理量之間的關(guān)系式。d .場(chǎng)是能量貯存的場(chǎng)所，電磁波貯存電磁 能.e .赫茲用實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在，還測(cè)定了電磁波的波長(zhǎng)和 頻率，得到了電磁波的傳播速度.注意：要深刻理解和應(yīng)用麥克 斯韋電磁場(chǎng)理論的兩大支柱：變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生 磁場(chǎng)。可以證明：振蕩電場(chǎng)產(chǎn)生同頻率的振蕩磁場(chǎng)；振蕩磁場(chǎng)產(chǎn)生同 頻率的振蕩電場(chǎng)。 按照麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，變化的電場(chǎng)和磁

14、場(chǎng)總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)。 電場(chǎng)和磁場(chǎng)只是這個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)的兩種具體表現(xiàn)。4.無(wú)線電波的 發(fā)射和接收 無(wú)線電技術(shù)中使用的電磁波叫做無(wú)線電波。無(wú)線電波的 波長(zhǎng)從幾毫米到幾十千米。根據(jù)波長(zhǎng)（或頻率），通常將無(wú)線電波分 成幾個(gè)波段，每個(gè)波段的無(wú)線電波分別有不同的用途。無(wú)線電波 的發(fā)射：無(wú)線電波的發(fā)射必須采用開放電路，如圖所示，開放電 路由振蕩器、互感線圈、天線、地線等幾部分組成。說(shuō)明：有效地 發(fā)射電磁波的條件是：頻率足夠高（單位時(shí)間內(nèi)輻射出的能量 Pxf 4）;形成開放電路（把電場(chǎng)和磁場(chǎng)分散到盡可能大的空間離里去）。 在發(fā)射用于通信等無(wú)線電波時(shí)，必須讓電磁波隨各種信號(hào)而改變， 這 一過(guò)程叫調(diào)制。 使高頻振蕩的振幅隨信號(hào)而改變叫做調(diào)幅，使高頻 振蕩的頻率隨信號(hào)而改變叫做調(diào)頻。無(wú)線電波的接收： 無(wú)線電波 的接收必須采用調(diào)諧電路，如圖所示，調(diào)諧電路由可變電容器、電 感線圈、天線、地線等幾部分組成。當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收 到的電磁波的頻率相同時(shí)，接收電路產(chǎn)生的振蕩電流最強(qiáng)，這種現(xiàn)象 叫電諧振。使接收電路產(chǎn)生電