2022年專(zhuān)題交變電流教案

1、專(zhuān)題 交變電流一、 正弦交流電產(chǎn)生及規(guī)律1、交變電流1）定義： 方向隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱(chēng)交流。2）產(chǎn)生： 能夠產(chǎn)生交變電流的發(fā)電機(jī)是交流發(fā)電機(jī)；其中按正弦規(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(xiàn)圈里，線(xiàn)圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周 ，感應(yīng)電流的方向改變兩次 。2、正弦交變電流的規(guī)律1）當(dāng)線(xiàn)圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流就是正弦式交流電。2）線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為：e=Emsin t 說(shuō)明：式中 Em 是電動(dòng)勢(shì)的最大值，對(duì)于單匝矩形線(xiàn)圈來(lái)說(shuō) Em=2 Blv= BS ；對(duì)于 n 匝面積為 S 的線(xiàn)圈來(lái)說(shuō)E

2、m= nBS3）線(xiàn)圈中感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式為：i =I msin t說(shuō)明：式中 I m 是電流的最大值，對(duì)于總電阻為 R 的閉合電路來(lái)說(shuō) I m=E m/R 4）電路中某段電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為：u= Umsin t說(shuō)明：式中 Um= ImR ， R 是該段電路的電阻值?！纠?1】 某線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) , 產(chǎn)生交變電流的圖象如圖所示 , 由圖中信息可以判斷（）A、在 A 和 C時(shí)刻線(xiàn)圈處于中性面位置B、在 B 和 D時(shí)刻穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零C、從 AD時(shí)刻線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為 2 D、若從 OD時(shí)刻歷時(shí) 0.02 s, 則在 1s 內(nèi)交變電流的方向改變 100 次3、正弦交流

3、電的圖像正弦交流電的電動(dòng)勢(shì)、電流、電壓圖像都是正弦(或余弦 )曲線(xiàn)。圖像能夠反映出表征交流電的物理量，如周期、頻率和最大值等。如圖所示，如果計(jì)時(shí)時(shí)刻發(fā)生變化，比如滯后 T/4 開(kāi)始計(jì)時(shí)，交流電的圖像就成為余弦曲線(xiàn)了?！纠?】如圖所示 , 為某交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象, 從圖象中可知交變電動(dòng)勢(shì)的峰值為V, 周期T 是s, 交 變 電 動(dòng) 勢(shì) 變 化 最 快 的 時(shí) 刻 是, 穿 過(guò) 產(chǎn) 生 此 電 動(dòng) 勢(shì) 的 線(xiàn) 圈 的 磁 通 量 變 化 最 快 的 時(shí) 刻是 ,若此交流線(xiàn)圈共100 匝, 則穿過(guò)此線(xiàn)圈的最大磁通量是Wb。4、表征正弦交流電的物理量瞬時(shí)值：交流電某一時(shí)刻的數(shù)值。最大值：最大瞬

4、時(shí)值，又叫峰值，通常用 Em、I m、Um 來(lái)表示。有效值：跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流 (即直流 )的值叫做交流電的有效值，通常用 E, I, U 來(lái)表示。E m I m U m對(duì)于正 (余)弦式交流電的有效值和最大值的關(guān)系為：E= 2、 I= 2、U= 2。周期和頻率：交變電流完成一次周期性變化所用的時(shí)間，叫做交變電流的周期，通常用 T 表示。交變電流在 1 s 內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，叫做交變電流的頻率，通常用 f 表示。T 和 f 互為倒數(shù)關(guān)系，T=1/f 【例 3】 如圖所示 , 交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有 n 匝線(xiàn)圈 , 每匝線(xiàn)圈所圍面積為 S, 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B, 線(xiàn)圈勻速轉(zhuǎn)

5、動(dòng)的角速度為 , 線(xiàn)圈內(nèi)阻為 r , 外電路電阻為 R. 當(dāng)線(xiàn)圈由圖中實(shí)線(xiàn)位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 90 到達(dá)虛線(xiàn)位置過(guò)程中 , 求: （1）通過(guò) R的電荷量 q 為多少？（2） R上產(chǎn)生的電熱 QR為多少？（3）外力做的功 W為多少？5、有效值與平均值的區(qū)別：交流電的有效值是按熱效應(yīng)定義的，對(duì)于一個(gè)確定的交流電，其交流電的有效值是確定的，與時(shí)間無(wú)關(guān)。而平均值是由公式 E=n Q/ t 來(lái)計(jì)算的，它的大小與時(shí)間有關(guān)，在一個(gè)周期內(nèi)的前半個(gè)周期內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值為最大值的 2/ 倍，而一個(gè)周期內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。在計(jì)算交流電通過(guò)電阻放的熱和熱功率時(shí)，用有效值，在計(jì)算通過(guò)導(dǎo)體截面電量時(shí)，用平均值?！纠?4

6、】如圖所示表示交變電流的電流隨時(shí)間變化的圖象, 此交變電流的有效值是（）A、52 A B.5 A C、3.5 2 A D、3.5 A 練 1：一個(gè)邊長(zhǎng)為6cm的正方形金屬線(xiàn)框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, 線(xiàn)框平面與磁場(chǎng)垂直, 電阻為 0.36 . 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 隨時(shí)間 t 的變化關(guān)系如圖所示, 則線(xiàn)框中感應(yīng)電流的有效值為（）A、2 10-5A B、6 10-5 A 232C、2 10-5A D、2 10-5A二、 電阻、電感和電容對(duì)交流電流的作用感抗和容抗1、電感對(duì)交變電流的阻礙作用在交流電路中，電感線(xiàn)圈除本身的電阻對(duì)電流有阻礙作用以外，由于自感現(xiàn)象，對(duì)電流起著阻礙作用。如果線(xiàn)圈電阻很小，可忽略不計(jì)，那么

7、此時(shí)電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小，用感抗 (XL)來(lái)表示。線(xiàn)圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，電感對(duì)交變電流的作用就越大，感抗就越大。電感線(xiàn)圈又叫扼流圈，扼流圈有兩種：一種是阻直流、通交流的低頻扼流圈；另一種是通低頻、阻高頻的主頻扼流圈。2、電容器對(duì)交變電流的阻礙作用電容器的電容越大，交變電流的頻率越高，電容對(duì)電流的阻礙作用越小，容抗也就越小。由于電容大的電容器對(duì)頻率高的交流電流有很好的通過(guò)作用，因而可以做成高頻旁路電容器，通高頻、阻低頻；利用電容器對(duì)直流的阻止作用，可以做成隔直電容器，通交流、阻直流。電阻對(duì)交流電流和直流電流一樣有阻礙作用，電流通過(guò)電阻時(shí)做功而產(chǎn)生熱效應(yīng)；電感對(duì)交流電流有

8、阻礙作用，大小用感抗來(lái)表示，感抗的大小與電感線(xiàn)圈及交變電流的頻率有關(guān)；電容對(duì)交流電流有阻礙作用，大小用容抗來(lái)表示，容抗的大小與電容及交變電流的頻率有關(guān)。【例 5】如圖所示 , 三個(gè)燈泡是相同的, 而且耐壓足夠 , 電源內(nèi)阻忽略 . 當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S 接 A 時(shí), 三個(gè)燈亮度相同, 那 S 接 B 時(shí)（）A、三個(gè)燈亮度相同B、甲燈最亮 , 丙燈不亮C、甲燈和乙燈亮度相同 , 丙燈不亮D、只有丙燈不亮 , 乙燈最亮【例 6】如圖線(xiàn)圈面積為 0.05 m 2, 共 100 匝, 總電阻為 r =1 ；外電阻 R=9 , 線(xiàn) 圈 處 于B=2T/ 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 . 當(dāng)線(xiàn)圈繞 OO 以轉(zhuǎn)速 n=300r

9、/min 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) , 求:（ 1）若從線(xiàn)圈處于中性面開(kāi)始計(jì)時(shí) , 寫(xiě)出電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式 . （2）兩電表的示數(shù) . （3）線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò) 180 的過(guò)程中 , 通過(guò)電阻的電荷量。（4）線(xiàn)圈勻速轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生的總熱量。四、變壓器的工作原理：在原、副線(xiàn)圈上由于有交變電流而發(fā)生的互相感應(yīng)現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象，互感現(xiàn)象是 變壓器工作的基礎(chǔ)。幾種常見(jiàn)的變壓器：按電壓變化分類(lèi)：當(dāng) n2n1時(shí)， u2u1，叫升壓變壓器；當(dāng) n2n1 時(shí)， u2IR。220V 40W” 。當(dāng)燈【例7】 如圖所示, 理想變壓器鐵芯上繞有A、 B、 C 三個(gè)線(xiàn)圈，匝數(shù)比為nA:n B:n C=4:2:1,在線(xiàn)圈 B 和 C 的兩端各接

10、一個(gè)相同的電阻R，當(dāng)線(xiàn)圈A 與交流電源 連 通 時(shí) ， 交 流 電 流 表A2 的 示 數(shù) 為I0 ， 則 交 流 電 表A 1 的 讀 數(shù) 為_(kāi)I 0?！纠?9】如圖所示，為四種亮度可調(diào)的臺(tái)燈的示意圖。它們所用的白熾燈泡相同，且都是“泡所消耗的功率都調(diào)至20W 時(shí)，哪種臺(tái)燈消耗的功率最小? A 與副線(xiàn)圈回路中的負(fù)載電阻B【例 10】如圖理想變壓器的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比n1:n2=4:1，原線(xiàn)圈回路中的電阻的阻值相等。a、 b 端接一定交流電壓后，兩電阻消耗的電功率之比 PA ： PB=_ ，兩電阻兩端電壓之比U A:UB=_。練 1：如圖所示 , 變壓器輸入 交變電壓 U 一定 , 兩個(gè)副線(xiàn)圈的

11、匝數(shù)為 n2 和 n3, 當(dāng)把一電阻先后接在 a,b 間和 c,d 間時(shí) , 安培表的示數(shù)分別為 I 和 I ，則 I ：I 為（）A .n 2 2 :n 3 2 B . n 2 : n 3C . n 2 :n 3D . n 3 2 :n 2 2 練 2：有一個(gè)理想變壓器 , 原線(xiàn)圈 1200 匝 , 副線(xiàn)圈 400 匝, 現(xiàn)在副線(xiàn)圈上接一個(gè)變阻器 R,如圖所示 , 則下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A . 安培表 A1 與 A2 的示數(shù)之比為3:1 , 若 B、C、D、 E 都能正常發(fā)光，則AB . 伏特表 V1 與 V2的示數(shù)之比為3:1 C . 當(dāng)變阻器滑動(dòng)頭向下移動(dòng)時(shí), 原線(xiàn)圈的輸入功率將

12、增加D . 原、副線(xiàn)圈的功率之比為3:1 練 3 ：如圖 , 一理想變壓器原副線(xiàn)圈匝數(shù)比為4:1, 圖中五只電燈完全相同燈（）A . 一定能正常發(fā)光B . 比正常發(fā)光暗C . 比正常發(fā)光亮D . 一定被燒壞練 4：在某交流電路中 , 有一正在工作的變壓器 , 原副線(xiàn)圈匝數(shù)分別為 n1=600,n 2=120, 電源電壓 U1=220V，原線(xiàn)圈中串聯(lián)一個(gè) 0.2A 的保險(xiǎn)絲 , 為了保證保險(xiǎn)絲不被燒壞 , 則( ) A . 負(fù)載功率不超過(guò) 44w B . 副線(xiàn)圈電流最大值不能超過(guò) 1A C . 副線(xiàn)圈電流有效值不能超過(guò) 1A D . 副線(xiàn)圈電流有效值不能超過(guò) 0.2A 練 5：如圖所示 , 理想

13、變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為 4：1，平行金屬導(dǎo)軌與原線(xiàn)圈相連，當(dāng)導(dǎo)體 ab 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻 速 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ， 電 流 表 A1 示 數(shù) 為 12mA， 則 電 流 表 A2 示 數(shù) 為_(kāi)mA。練 6：一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律 圖 象 如 圖 甲所示。已知發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈內(nèi)阻為）5.0，則外接一只電阻的燈泡，如圖乙所示，則（A. 電壓表v 的示數(shù)為 220v B. 電路中的電流方向每秒鐘改變50 次10：1，R120 ，R230 ， C 為電容器。已知通過(guò)C.燈泡實(shí)際消耗的功率為484w D.發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J 練 7：如圖甲所示，理想變壓器原、副線(xiàn)圈的

14、匝數(shù)比為R1的正弦交流電如圖乙所示，則（）A. 交流電的頻率為0.02 Hz B. 原線(xiàn)圈輸入電壓的最大值為2002 V C.電阻 R2 的電功率約為6.67 W D.通過(guò) R3 的電流始終為零練 8：某小型水電站的電能輸送示意圖如下。發(fā)電機(jī)的輸出電壓為 200V，輸電線(xiàn)總電阻為 r ，升壓變壓器原副線(xiàn)圈匝數(shù)分別為 n，n2。降壓變壓器原副線(xiàn)匝數(shù)分別為 n3、n4（變壓器均為理想變壓器）。要使額定電壓為 220V的用電器正常工作，則（）n 2 n 3An 1 n 4n 2 n 3Bn 1 n 4C升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D升壓變壓器的輸出功率 : 小于降壓變壓器的輸入功率練

15、 9：如右圖，一理想變壓器原副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為 4：1 ，原線(xiàn)圈兩端接入一正弦交流電源；副線(xiàn)圈電路中 R為負(fù)載電阻，交流電壓表和交流電流表都是理想電表下列結(jié)論正確的是（）A若電壓表讀數(shù)為 6V，則輸入電壓的最大值為 24 2 V B若輸入電壓不變，副線(xiàn)圈匝數(shù)增加到原來(lái)的 來(lái)的一半2 倍，則電流表的讀數(shù)減小到原C若輸入電壓不變，負(fù)載電阻的阻值增加到原來(lái)的 2 倍，則輸入功率也增加到原來(lái)的 2 倍D若保持負(fù)載電阻的阻值不變輸入電壓增加到原來(lái)的 2 倍，則輸出功率增加到原來(lái)的 4 倍練 10：中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的 1000kV 特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原來(lái)用 500kV的超

16、高壓輸電，輸電線(xiàn)上的損耗電功率為 P。在保持輸送電功率和輸電線(xiàn)電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用 1000kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線(xiàn)上損耗的電功率變?yōu)椋ǎ﹑ pA. 4 B. 2 C.2P D.4P 練 11: 為探究理想變壓器原、副線(xiàn)圈電壓、電流的關(guān)系，將原線(xiàn)圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線(xiàn)圈連接相同的燈泡 L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表 V1、V2 和理想交流電流表 A1，A2，導(dǎo)線(xiàn)電阻不計(jì)，如圖所示。當(dāng)開(kāi)關(guān) S 閉合后 ( ) A. A1示數(shù)變大， A1 與 A2示數(shù)的比值不變B. A 1示數(shù)變大， A1 與 A2 示數(shù)的比值變大C. V 2示數(shù)變小， V1 與 V2 示數(shù)的比值變大 D. V2示數(shù)不變， V1 與 V2 示數(shù)的比值不變練 12：一理想變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比n1: n2=11:5 。原線(xiàn)圈與正弦交變電源連接，輸入電