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1、交流電定義:大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞定義:大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)中性面:,時(shí),兩個(gè)特殊位置產(chǎn)生最大值:從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí) 從開(kāi)始計(jì)時(shí) 瞬時(shí)值表達(dá)式有效值:對(duì)正弦交流電 平均值:周期和頻率:變化快慢角速度,頻率f,周期T,= f=2/ T電感L“通流、阻流”,“通頻、阻頻”電容C“隔流、通流”,“通頻,阻頻”感抗和容抗表征的物理量結(jié)構(gòu)原理:電磁感應(yīng)升壓變壓器降壓變壓器自耦變壓器電流互感器電壓互感器常見(jiàn)的變壓器基本公式(如有多個(gè)副線圈則有 )理想變壓器遠(yuǎn)距離輸電:為減少電能和電壓損失,通過(guò)提高輸電電壓減小輸電電流交變
2、電流知識(shí)點(diǎn)一:正弦交變電流的變化規(guī)律正弦交變電流的電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流隨時(shí)間變化的規(guī)律可用下列各式表示: 對(duì)以上三個(gè)關(guān)系式,應(yīng)注意:(1)最大值Em與線圈的匝數(shù)、線圈的面積、磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度及線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度有關(guān),關(guān)系式為Em= 。(2)正弦交變電流的變化規(guī)律與線圈的形狀 關(guān),轉(zhuǎn)動(dòng)軸通常與磁感線 。(3)我們說(shuō)線圈處于中性面位置,就是說(shuō)線圈平面跟磁感線 。該時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量最 ,而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 ,因?yàn)檫@時(shí)穿過(guò)線圈磁通量的變化率為 ,線圈每經(jīng)過(guò)一次中性面,交流電的電流方向改變 次。知識(shí)點(diǎn)二:正弦交變電流的圖象正弦交變電流隨時(shí)間的變化情況可以從圖象上表示出來(lái),圖象描述的是交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律
3、,它是一條正弦曲線,如圖所示,從圖中我們可以找出正弦交變電流的最大值 、周期 ,也可以根據(jù)線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為零、感應(yīng)電流i為零、線圈中的磁通量最大的特點(diǎn),找出線圈旋轉(zhuǎn)到中性面的時(shí)刻,即線圈中磁通量最大的時(shí)刻是 時(shí)刻、 時(shí)刻和 時(shí)刻。也可以根據(jù)線圈旋轉(zhuǎn)至平行于磁感線時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大、線圈中感應(yīng)電流最大和磁通量為零的特點(diǎn),找出線圈平行于磁感線的時(shí)刻是 時(shí)刻和 時(shí)刻。知識(shí)點(diǎn)三:最大值、有效值和平均值的應(yīng)用(1)求電功、電功率、焦耳熱以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流等物理量時(shí),要用 值計(jì)算,正弦交流電的有效值為。其他交變電流的有效值只能根據(jù)有效值的定義來(lái)計(jì)算。(2)求一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷
4、量時(shí)要用 值,平均值的計(jì)算須用和計(jì)算,切記,平均值不等于有效值。(3)在考慮電容器的耐壓值問(wèn)題時(shí),則應(yīng)根據(jù)交流電的 值。(4)有效值與平均值的含義不同:有效值是對(duì)能的平均結(jié)果,平均值是對(duì)時(shí)間的平均值。知識(shí)點(diǎn)四:電感和電容對(duì)交流電的作用電感是“通 流、阻 流,通 頻、阻 頻”。電容是“通 流、隔 流,通 頻、阻 頻”。(1)電感對(duì)直流的阻礙作用很小所以是“通直流”,而對(duì)交流都有阻礙作用,所以“阻交流”;而交流頻率越高,電感阻礙作用越 ,而對(duì)低頻阻礙作用較?。ㄈ绺哳l扼流圈),所以“通低頻,阻高頻”。(2)電容對(duì)直流來(lái)說(shuō)是 路,而交流可以通過(guò)對(duì)電容器充放電,使電路中有電流,故表面為交流“通過(guò)”了電容
5、器,故有“通交流,隔直流”,電容器對(duì)交流的阻礙作用與交流的頻率有關(guān),頻率越高,容抗越 ,越易“通過(guò)”電容器,而對(duì)低頻容抗較大,故有“通高頻、阻低頻”。知識(shí)點(diǎn)五:變壓器的應(yīng)用(1)變壓器的構(gòu)造(如圖)(2)變壓器的工作原理:在原、副線圈上由于有交變電流而發(fā)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,叫做互感現(xiàn)象, 現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)。(3)理想變壓器:磁通量全部集中在鐵芯內(nèi),變壓器沒(méi)有能量損失,輸入功率等于輸出功率。電壓跟匝數(shù)的關(guān)系:。功率關(guān)系:。電流關(guān)系:。說(shuō)明:原、副線圈電流和匝數(shù)成反比的關(guān)系只適用于原、副線圈各有一個(gè)的情況,一旦有多個(gè)副線圈時(shí),反比關(guān)系就不適用了,可根據(jù)輸入功率與輸出功率 相等 的關(guān)系推導(dǎo)出:U
6、1I1=U2I2+U3I3+U4I4+再根據(jù),可得出 根據(jù)以上關(guān)系有:匝數(shù)比一定時(shí),U2由 決定。輸入電流由 電流決定。輸入功率由 功率決定。知識(shí)點(diǎn)六:理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析當(dāng)理想變壓器的原副線圈的匝數(shù)不變時(shí),如果變壓器的負(fù)載發(fā)生變化,怎樣確定其他有關(guān)物理量的變化,可依據(jù)以下原則判定(參照?qǐng)D所示):(1) 決定輸出電壓U2。這是因?yàn)檩敵鲭妷海?dāng)U1不變時(shí),不論負(fù)載電阻R變化與否,U2都不會(huì)改變。(2) 決定輸入電流I1,在輸入電壓U1一定的情況下,輸出電壓U2也被完全確定。當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí),I2 ,則I1相應(yīng) ;當(dāng)負(fù)載電阻R減小時(shí),I2 ,則I1相應(yīng) 。在使用變壓器時(shí),不能使變壓器次級(jí)短路。(
7、3) 決定輸入功率P1,理想變壓器的輸出功率與輸入功率相等,即P2=P1。在輸入電壓U1一定的情況下,當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí),I2 ,則變壓器輸出功率P2=I2U2 ,輸入功率P1也將相應(yīng) ;當(dāng)負(fù)載電阻R 時(shí),I2 ,變壓器的輸出功率P2=I2U2 ,則輸入功率P1也將 。知識(shí)點(diǎn)七:遠(yuǎn)距離輸電(1)遠(yuǎn)距離輸電要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是減少輸電導(dǎo)線上的電功率損失,具體方法是:提高輸電電壓,減小輸電流。(2)交流電遠(yuǎn)距離高壓輸電電路模式如圖所示:(3)遠(yuǎn)距離高壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系功率關(guān)系:P1=P2,P1=P2,P2=P2+P線。電流、電壓關(guān)系:,。輸電電流:。輸電導(dǎo)線上的損耗的電功率:。輸電效率:。類型一:
8、正弦交流電的產(chǎn)生例1如圖甲所示,一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸OO以恒定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng),從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),線圈中產(chǎn)生的交變電流按照?qǐng)D乙所示的余弦規(guī)律變化,在時(shí)刻 線圈中的電流_為零_,穿過(guò)線圈的磁通量_最大_,線圈所受的安培力_為零_ ,穿過(guò)線圈磁通量的變化率_為零_(均只需填“為零”或“最大”)類型二:正弦交流電的圖象例2一個(gè)矩形線圈在場(chǎng)強(qiáng)為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以其一條邊為軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)軸垂直,線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值和周期可由圖中讀出,則線圈面積S=_EmT/2B_;在t=T/6時(shí)刻,線圈平面與磁場(chǎng)的夾角等于_60_
9、。類型三:正弦交流電的最大值、瞬時(shí)值、有效值和平均值的應(yīng)用例3(09年天津卷) 9.(6分)(1)如圖所示,單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(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)電流的最大值I= BS 。線框從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)/6的過(guò)程中,通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量q= 0.5 BS 。類型四:理想變壓器的計(jì)算例4圖7中是電流互感器使用原理,以下說(shuō)法正確的是:( )A、圖中電流表的示數(shù)比直接接在ab間時(shí)示數(shù)小;B、圖中電流表的示數(shù)就是ab間的電流大小;C、原理圖有錯(cuò)誤,原線圈匝數(shù)應(yīng)比副線圈匝數(shù)少;D、因變壓器將電壓升高了
10、,所以電流表示數(shù)比把電流表直接接到ab間時(shí)示數(shù)大; 圖7類型五:電感電容對(duì)交流電的阻礙作用例5“二分頻”音箱內(nèi)有兩個(gè)不同口徑的揚(yáng)聲器,它們的固有頻率分別處于高音、低音頻段,分別稱為高音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器。音箱要將擴(kuò)音機(jī)送來(lái)的含有不同頻率的混合音頻電流按高、低頻段分離出來(lái),送往相應(yīng)的揚(yáng)聲器,以便使電流所攜帶的音頻信息按原比例還原成高、低頻的機(jī)械振動(dòng),如圖為音箱的電路圖,高、低頻混合電流從a、b端輸入,L1和L2是線圈,C1和C2是電容器,試判斷甲揚(yáng)聲器是_低音_(填高音或低音)揚(yáng)聲器。類型六:變壓器的動(dòng)態(tài)分析例6如圖所示為一理想變壓器,S為單刀雙擲開(kāi)關(guān),P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭,U1為加在原線圈
11、兩端的電壓,I1為原線圈中的電流,則( )(1)保持U1及P的位置不變,S由a合到b時(shí),I1將_(增大或減小)(2)保持U1及P的位置不變,S由b合到a時(shí),R消耗的功率_(增大或減小)(3)保持U1不變,S合在a處,使P上滑,I1將_(增大或減小)(4)保持P的位置不變,S合在a處,若U1增大,I1將_(增大或減小)解析:1n1減少,U2增大,I2增大,P2增大,P1增大,U1不變,I1增大2 n1增大,U2減小,R消耗的功率減小3 P上滑,I2減小,I1減小4 U1增大,U2同比增大, I2同比增大,I1同比增大類型七:遠(yuǎn)距離輸電的計(jì)算例7一臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出的電功率為100 kW,輸出電壓為25
12、0 V,現(xiàn)欲向遠(yuǎn)處輸電,若升壓線圈的匝數(shù)比為1:16,要求輸電時(shí)輸電線上損失的電功率為輸送電功率的5%,并向用戶輸送220 V電壓。(1)試畫(huà)出這次輸電線路的示意圖;(2)輸電線的電阻是多少?解析:(1)見(jiàn)第4頁(yè)圖,單位都用國(guó)際單位(2)如圖I2 U2=P2=P1=100000,U2=16U1=4000=I2=25P損=100000*5%=5000 =I22R=R=8 (一)運(yùn)用電磁感應(yīng)的基本規(guī)律(楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律)去理解正弦交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律,應(yīng)用其規(guī)律來(lái)解決問(wèn)題。注意線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)兩個(gè)特殊位置(平行于磁感線和垂直于磁感線)時(shí)的特點(diǎn),如線圈 于磁感線(中性面)時(shí):磁通量最
13、 ,磁通量變化率為 ,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 ,但是感應(yīng)電流變化最 ,是交流電方向變化的位置,要特別重視理解運(yùn)用。(二)由交流電的圖象,可以直接獲得交流電的 和 ,還可以獲得交變電流大小的變化及方向等信息,用圖象求解某些物理問(wèn)題,比單純用代數(shù)的方法顯得更為直觀、簡(jiǎn)便。(三)交變電流的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化,所以要準(zhǔn)確描述交變電流的產(chǎn)生的效果,需要用到“最大值、有效值、瞬時(shí)值、平均值”四個(gè)物理量,常稱為交流電的“四值”。這四個(gè)類似但又有區(qū)別的物理量,容易造成混亂,理解好“四值”對(duì)于學(xué)習(xí)交流電有極大的幫助。各值何時(shí)應(yīng)用,對(duì)照如下情況確定:(1)在研究電容器是否被擊穿(耐壓值)時(shí),要用 值。因電容器上標(biāo)明的電壓是它在直流電源下工作時(shí)所承受的最大值;(2)在研究交變電流的功率和產(chǎn)生的熱量(即求與熱效應(yīng)有關(guān)的物理量)時(shí),只能用() 值;(3)在求解某一時(shí)刻線圈受到的磁力矩時(shí),只能用 值;(4)在求交變電流流過(guò)導(dǎo)體的過(guò)程中通過(guò)導(dǎo)體截面積的電量時(shí),要用 值。(四)理想變壓器磁通量全部集中在鐵芯內(nèi),變壓器沒(méi)有能量損失,輸入功率 輸出功率。當(dāng)原、副線圈各有一個(gè)時(shí),原、副線圈電壓和匝數(shù)成 比、電流和匝數(shù)成 比的關(guān)系。有多個(gè)副線圈
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