高中物理選修3-2交變電流精講說課材料

1、述有效值:i=i/2精品文檔一、知識網(wǎng)絡交變電流交變電流、電磁學第一部分（理論知識點、重點）產(chǎn)生:線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動而產(chǎn)生的瞬時值:i=imsint峰值:im=nsb/r描m周期和頻率的關系:t=1/f圖像：正弦曲線電感對交變電流的作用：通直流、阻交流，通低頻、阻高頻電容對交變電流的作用：通交流、阻直流，通高頻、阻低頻應用變原理：電磁感應變壓比：u1/u2=n1/n2壓只有一個副線圈：i1/i2=n2/n1功率損失：p=（）2r電能的輸送uu線器變流比：有多個副線圈：i1n1=i2n2=i3n3=p損線p電壓損失：u=r損遠距離輸電方式：高壓輸電二、重、難點知識歸納1

2、交變電流產(chǎn)生(一)、交變電流：大小和方向都隨時間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡稱交流。如圖17-1所示（b）、ba（c）、（e）所示電流都屬于交流，其中按正弦規(guī)律變化的交流叫正弦交流。如圖（）所示。而（）、(d)iiiiitottdoo(a)(b)o(c)1圖17-1圖51to(d)(e)t為直流其中（a）為恒定電流。精品文檔精品文檔（二）、正弦交流的產(chǎn)生及變化規(guī)律。(1)、產(chǎn)生：當線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動時，線圈中產(chǎn)生的交流是隨時間按正弦規(guī)律變化的。即正弦交流。(2)、中性面：勻速旋轉的線圈，位于跟磁感線垂直的平面叫做中性面。這一位置穿過線圈的磁通量最大，但切割邊都未

3、切割磁感線，或者說這時線圈的磁通量變化率為零，線圈中無感應電動勢。=msint=isint，電壓u=usint。rr(3)、規(guī)律：從中性面開始計時，則e=nbssint。用ee電路中,電流i=mmm表示峰值nbs則e=msint在純電阻2、表征交變電流大小物理量(1)瞬時值：對應某一時刻的交流的值用小寫字母x表示，eiu(2)峰值：即最大的瞬時值。大寫字母表示，ummmm=nsbm=m/r注意：線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉動時，所產(chǎn)生感應電動勢的峰值為m=nbs，即僅由匝數(shù)n，線圈面積s，磁感強度b和角速度四個量決定。與軸的具體位置，線圈的形狀及線圈是否閉合都是無關的。(3)有

4、效值：a、意義：描述交流電做功或熱效應的物理量b、定義：跟交流熱效應相等的恒定電流的值叫做交流的有效值。c、正弦交流的有效值與峰值之間的關系是=em2i=im2u=um2。注意：正弦交流的有效值和峰值之間具有=，u=i=的關系，非正弦（或余弦）交應和與其最大值相等的恒定電流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即i=i。euimmm222流無此關系，但可按有效值的定義進行推導，如對于正負半周最大值相等的方波電流，其熱效me、交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值；交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值。對于交流電若沒有特殊說明的均指有效值。f、在求交流電的功、功率或電熱時必須用交流電的有效值

5、。(4)峰值、有效值、平均值在應用上的區(qū)別。精品文檔精品文檔峰值是交流變化中的某一瞬時值，對純電阻電路來說，沒有什么應用意義。若對含電容電路，在判斷電容器是否會被擊穿時，則需考慮交流的峰值是否超過電容器的耐壓值。交流的有效值是按熱效應來定義的，對于一個確定的交流來說，其有效值是一定的。而平均值是由公式e=ndfdt確定的，其值大小由某段時間磁通量的變化量來決定，在不同的時間段里是不相同的。如對正弦交流，其正半周或負半周的平均電動勢大小為e=n2bs2nbsw=tp，而一周期內(nèi)的平均電動勢卻為零。在計算交流通過電阻產(chǎn)生的熱功率時，2只能用有效值，而不能用平均值。在計算通過導體的電量時，只能用平均

6、值，而不能用有效值。在實際應用中，交流電器銘牌上標明的額定電壓或額定電流都是指有效值，交流電流表和交流電壓表指示的電流、電壓也是有效值，解題中，若題示不加特別說明，提到的電流、電壓、電動勢時，都是指有效值。(5)、表征交變電流變化快慢的物理量a、周期t：電流完成一次周期性變化所用的時間。單位：s.b、頻率f：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位：zc、角頻率：就是線圈在勻強磁場中轉動的角速度。單位：rad/s.2pd、角速度、頻率、周期，的關系=2pf=tmota(6)、疑難辨析交流電的電動勢瞬時值和穿過線圈面積的磁通量的變化率成正比。當線圈在勻強磁場中勻速轉動時，線圈磁通量也是按正弦（或余弦）規(guī)

7、律變化m()的，若從中性面開始計時，t=0時，磁通量最大，應為余弦函數(shù)，此刻變ott4圖152圖17-2化率為零（切線斜率為零），t=時，磁通量為零，此刻變化率最大（切線斜率最大），(b)因此從中性面開始計時，感應電動勢的瞬時表達式是正弦函數(shù)，如上圖17-2所示分別是=cosmt和e=msint。3、變壓器（1）變壓器的構造：原線圈、副線圈、鐵心（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)生的互相感應現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象，互感現(xiàn)象是變壓器工作的基精品文檔精品文檔礎。（3）理想變壓器：磁通量全部集中在鐵心內(nèi)，變壓器沒有能量損失，輸入功率等于輸出功率。（4）理想變壓器電壓跟匝數(shù)的關系：u1

8、/u2=n1/n2說明：對理想變壓器各線圈上電壓與匝數(shù)成正比的關系，不僅適用于原、副圈只有一個的情況，而且適用于多個副線圈的情況。即有u1=n1un2=2u3n3=。這是因為理想變壓器的磁通量全部集中在鐵心內(nèi)。因此穿過每匝線圈的磁通量的變化率是相同的，每匝線圈產(chǎn)生相同的電動勢，因此每組線圈的電動勢與匝數(shù)成正比。在線圈內(nèi)阻不計的情況下，每組線圈兩端的電壓即等于電動勢，故每組電壓都與匝數(shù)成正比。（5）理想變壓器電流跟匝數(shù)的關系i1/i2=n2/n1（適用于只有一個副線圈的變壓器）說明：原副線圈電流和匝數(shù)成反比的關系只適用于原副線圈各有一個的情況，一旦有多個副線圈時，反比關系即不適用了，可根據(jù)輸入功

9、率與輸出功率相等的關系推導出：u1i1=u2i2+u3i3+u4i4+再根據(jù)u2=u1u=3nu1u=nnn2n13n1441u4可得出：)確定以后,其輸出電壓u2是由輸入電壓u1決定的(即u2=2n1i1=n2i2+n3i3+n4i4+（6）注意事項（1）當變壓器原副線圈匝數(shù)比(n1n2nn1u1)但若副線圈上沒有負載,副線圈電流為零輸出功率為零,則輸入功率為零,原線圈電流也為零,只有副線圈接入一定負載,有了一定的電流,即有了一定的輸出功率，原線圈上才有了相應的電流（i1=n2n1i2），同時有了相等的輸入功率，（p入=p出）所以說：變壓器上的電壓是由原線圈決定的，而電流和功率是由副線圈上的

10、負載來決定的。4、電能的輸送(1)輸送電能的過程:輸送電能的過程如下所示：發(fā)電站升壓變壓器高壓輸電線降壓變壓器用電單位。(2).高壓輸電的道理思路：輸電導線（電阻）發(fā)熱損失電能減小損失。輸電要用導線，導線當然有電阻，如果導線很短，電阻很小可忽略，而遠距離輸電時，導線很長，電精品文檔精品文檔阻大不能忽略。電流通過很長的導線要發(fā)出大量的熱，所以，輸電時，必須設法減小導線發(fā)熱損失。由焦耳定律q=i2rt，減小發(fā)熱q有以下三種方法：一是減小輸電時間t，二是減小輸電線電阻r，三是減小輸電電流i。第一種方法等于停電，沒有實際價值。第二種方法從材料、長度、粗細三方面來說都有實際困難。適用的超導材料還沒有研究

11、出來。排除了前面兩種方法，就只能考慮第三種方法了。從焦耳定律公式q=i2rt可以看出，第三種辦法是很有效的：電流減小一半，損失的電能就降為原來的四分之一。所以說要減小電能的損失，必須減小輸電電流。但從另一方面講，輸電就是要輸送電能，輸送的功率必須足夠大，才有實際意義。根據(jù)公式p=ui，要使輸電電流i減小，而輸送功率p不變（足夠大），就必須提高輸電電壓u。所以說通過高壓輸電可以保證在輸送功率不變，減小輸電電流來減小輸送電的電能損失。(3)變壓器能把交流電的電壓升高（或降低）在發(fā)電站都要安裝用來升壓的變壓器，實現(xiàn)高壓輸電。但是我們用戶使用的是低壓電，所以在用戶附近又要安裝降壓的變壓器。一是為了安全

12、，二是用電器只能用低電壓。第二部分五年高考題薈萃2009年高考新題一、選擇題（1.（09天津9）1）如圖所示，單匝矩形閉合導線框abcd全部處于磁感應強度為b的水平勻強磁場中，線框面積為s，電阻為r。線框繞與cd邊重合的豎直固定轉軸以角速度w勻速轉動，線框中感應p電流的有效值i=。線框從中性面開始轉過2的過程中，通過導線橫截面的電荷量2r，bsq=。答案：（1）2bswr解析：本題考查交變流電的產(chǎn)生和最大值、有效值、平均值的關系及交變電流中有關電荷量的計算等知識。電動勢的最大值e=bsw，電動勢的有效值e=m，電流的有效值i=er2me=2bsw2r；q=idt=errdtrr。dfdfbsd

13、t=dt=2.（09廣東物理9）圖為遠距離高壓輸電的示意圖。關于遠距離輸電，下列表述正確的是（abd）a增加輸電導線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失b高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗精品文檔精品文檔c在輸送電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小d高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是電壓越高越好線=rl解析：依據(jù)輸電原理，電路中的功率損耗dp=i2r線，而rs,增大輸電線的橫截面積，減小輸電線的電阻，則能夠減小輸電線上的功率損耗，a正確；由p=ui來看在輸送功率一定的情況下，輸送電壓u越大，則輸電電流越小，則功率損耗越小，b正確；若輸電電壓一定，輸送功率越

14、大，則電流i越大，電路中損耗的電功率越大，c錯誤；輸電電壓并不是電壓越高越好，因為電壓越高，對于安全和技術的要求越高，因此并不是輸電電壓越高越好，d正確。3.（09江蘇物理6）如圖所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為1：5，原線圈兩端的交變電壓為u=202nsi100vpt氖泡在兩端電壓達到100v時開始發(fā)光，下列說法中正確的有（ab）a開關接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100hzb開關接通后，電壓表的示數(shù)為100vc開關斷開后，電壓表的示數(shù)變大d開關斷開后，變壓器的輸出功率不變解析：本題主要考查變壓器的知識，要能對變壓器的最大值、有效值、瞬時值以及變壓器變壓原理、功率等問題徹底理解。由交變電壓的瞬

15、時值表達式知，原線圈兩端電壓的有效值為u21=202v=20v，由n1=n2uu12得副線圈兩端的電壓為u2=10v，電壓表的示數(shù)為交流電的有效值，b項正確；交變電壓的頻率為f=100p=502phz，一個周期內(nèi)電壓兩次大于100v，即一個周期內(nèi)氖泡能兩次發(fā)光，所以其發(fā)光頻率為100hz，a項正確；開關斷開前后，輸入電壓不變，變壓器的變壓比不變，故輸出電壓不變，c項錯誤；斷開后，電路消耗的功率減小，輸出功率決定輸入功率，d項錯誤。4.（09海南物理9）一臺發(fā)電機最大輸出功率為4000kw,電壓為4000v，經(jīng)變壓器t升壓后向遠方輸1r=1k到目的地經(jīng)變壓器t電。輸電線路總電阻精品文檔。2降壓，

16、負載為多個正常發(fā)光的燈泡（220v、60w）2的耗損可忽略，發(fā)電機處于滿負荷精品文檔若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%,變壓器工作狀態(tài)，則（abd）t和t1at原、副線圈電流分別為103a和20a1bt2原、副線圈電壓分別為1.8105v和220v2的變壓比分別為1：50和40：1ct和t1d有6104盞燈泡（220v、60w）正常發(fā)光5.（09海南物理12）鉗型表的工作原理如圖所示。當通有交流電的導線從環(huán)形鐵芯的中間穿過時，與繞在鐵芯上的線圈相連的電表指針會發(fā)生偏轉。由于通過環(huán)形鐵芯的磁通量與導線中的電流成正比，所以通過偏轉角度的大小可以測量導線中的電流。日常所用交流電的頻率在

17、中國和英國分別為50hz和60hz?，F(xiàn)用一鉗型電流表在中國測量某一電流，電表讀數(shù)為10a；若用同一電表在英國測量同樣大小的電流，則讀數(shù)將是a。若此表在中國的測量值是準確的，且量程為30a；為使其在英國的測量值變?yōu)闇蚀_，應重新將其量程標定為a答案：12256.（09山東19）某小型水電站的電能輸送示意圖如下。發(fā)電機的輸出電壓為200v，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n，n2。降壓變壓器原副線匝數(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（ad）an2n1bn2u22n1n3n4，a正確，bc不正確。升壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入

18、功率加上輸電線損失功率，d正確?？键c：變壓器工作原理、遠距離輸電提示：理想變壓器的兩個基本公式是：uu1=2n2n2，即對同一變壓器的任意兩個線圈，都有電壓和匝數(shù)2，即無論有幾個副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和。只有當成正比。p1=pi變壓器只有一個副線圈工作時，才有ui=ui,i11221=2n2。n1遠距離輸電，從圖中應該看出功率之間的關系是：p1=p2，p3=p4，p1/=pr=p2。電壓之間的關系是：uu1=2nu1,nu23=4n3,un42=u+u。電流之間的關系是：r3i1=i2ni2,ni13=4n4,in32=ir=i3。輸=i2r,u=ir，而不r電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計算時都必須用p2r2p=1r。特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失rru2su2s能用p=rru2p2l12。7.（09四川17）如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，r120w，r30w，c2為電容器。已知通過r1的正弦交流電如圖乙所示，則（c）a.交流電的頻率為0.02hzb.原線圈輸入電