交流電一輪復(fù)習(xí)

交流電2007年高考物理考試說(shuō)明內(nèi)容

要求

交變電流

交變電流的圖像正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式，峰值和有效值理想變壓器遠(yuǎn)距離輸電ⅠⅠⅠⅠ知識(shí)結(jié)構(gòu)交變電流變化規(guī)律圖像特征量產(chǎn)生變壓器電壓關(guān)系功率關(guān)系電流關(guān)系遠(yuǎn)距離輸電

交變電流的定義

大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流，叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流。為什么要開發(fā)和使用交變電流？

?電路性能更豐富、可用電元件更多

?便于遠(yuǎn)距離輸送

線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交流，但這不是產(chǎn)生交流的惟一方式交變電流的產(chǎn)生類型2：導(dǎo)體垂直于磁場(chǎng)方向作切割磁感線運(yùn)動(dòng)，它的速度或有效切割長(zhǎng)度按正弦規(guī)律變化，導(dǎo)體中產(chǎn)生正弦交變電流類型3：線圈垂直于磁場(chǎng)方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生正弦交變電流

類型1：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生正弦交變電流，這是交流發(fā)電機(jī)的模型正弦交變電流產(chǎn)生的類型

交變電流的變化規(guī)律問(wèn)題：線圈經(jīng)過(guò)什么位置時(shí)電流的方向發(fā)生變化？中性面：在線圈平面垂直于磁感線時(shí)各邊都不切割磁感線，線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流，這樣的位置叫中性面。線圈經(jīng)過(guò)中性面時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為零，線圈中的電動(dòng)勢(shì)為零．

結(jié)論：線圈每經(jīng)過(guò)中性面一次,感應(yīng)電流的方向就改變一次,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,感應(yīng)電流的方向改變兩次。1.方向變化規(guī)律：NSωOO′Rabcdv⊥

t時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為F(t)=BScosw

t

每匝線圈內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小e0=F'(t)=BSw

sinw

t

n匝線圈內(nèi)的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=ne0=nBSw

sinw

t

用“切割”推導(dǎo)同樣得到上述結(jié)果。=Em

sinw

t2.交流電的大小變化規(guī)律（1）電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化（2）電流按正弦規(guī)律變化

（3）電路上的電壓按正弦規(guī)律變化

把線圈的電阻組成閉合電路，電路中就有感應(yīng)電流，實(shí)驗(yàn)證明：在只含有電阻的電路中，適用于直流電路的歐姆定律也適用于交流電路，有RSEre~t

圖象i~t

圖象u~t

圖象TTT

正弦交流電的圖像問(wèn)題探究☆問(wèn)題1：（１）實(shí)際的發(fā)電機(jī)為了運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)軸通常位于非工作邊的中點(diǎn)連線，若將轉(zhuǎn)軸向左或向右平移任意距離，線圈中是否產(chǎn)生相同規(guī)律的交流。（２）若將線圈換成等面積的圓形線圈，使其繞位于直徑的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中是否產(chǎn)生相同規(guī)律的交流。☆問(wèn)題2：若從線圈轉(zhuǎn)到與磁感線平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，交變電流的波形圖又是怎樣的呢？☆問(wèn)題3：交變電流能轉(zhuǎn)換成直流電嗎？

余弦波線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的正弦交變電流與軸的位置及線圈的形狀無(wú)關(guān)☆問(wèn)題4：電流是電荷的定向移動(dòng)而形成的。在金屬導(dǎo)體中，自由電子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)對(duì)于電流的形成不起作用，可以不加考慮，而認(rèn)為穩(wěn)恒電流是自由電子沿一方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)形成的。那么自由電子做什么樣的運(yùn)動(dòng)才會(huì)形成按正弦規(guī)律變化的交變電流呢？簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)表征交變電流的物理量瞬時(shí)值最大值有效值平均值交流電的四值及其應(yīng)用瞬時(shí)值：反映不同時(shí)刻交流電的大小和方向，瞬時(shí)值是時(shí)間的狀態(tài)函數(shù)。求線圈某時(shí)刻受安培力及其力矩應(yīng)該用瞬時(shí)值。最大值：即最大的瞬時(shí)值，也叫峰值，它反映的是交流電大小的變化范圍Em=NBSω。在考慮電容器的耐壓值時(shí)應(yīng)該用最大值。平均值：它是指交流電圖像中圖線與橫軸所包圍的面積跟時(shí)間的比值。其量值可用法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)求，而不等于初末狀態(tài)瞬間值的算術(shù)平均值。求通過(guò)導(dǎo)體的電量時(shí)，應(yīng)該用交流電的平均值。注意：不同時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)不同的平均值有效值：

依據(jù)：電流熱效應(yīng)（焦耳定律）

定義：使交變電流和直流電流通過(guò)相同的電阻，如果它們?cè)谙嗟葧r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交變電流的有效值，即跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值。

特點(diǎn)：根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義，與時(shí)間間隔和電流的方向無(wú)關(guān)

說(shuō)明：1.求交流電產(chǎn)生的熱量和電功率以及確定保險(xiǎn)絲熔斷電流時(shí)應(yīng)該用交流電的有效值。2.各種交流電器設(shè)備上的標(biāo)稱值及交流電表上的測(cè)量值都指有效值對(duì)于正弦式電流，其有效值和最大值的關(guān)系為：題目：家用電子調(diào)光燈的調(diào)光原理是用電子線路將輸入的正弦交流電壓的波形截去一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由截去部分的多少來(lái)調(diào)節(jié)電壓，從而實(shí)現(xiàn)燈光的可調(diào)，比過(guò)去用變壓器調(diào)壓方便且體積?。畴娮诱{(diào)光燈經(jīng)調(diào)整后電壓波形如圖所示，則燈泡兩端的電壓為

題目：圖a為某型號(hào)電熱毯的電路圖，將電熱絲接在的電源上，電熱毯被加熱到一定溫度后，由于P的作用使輸入的正弦交流電僅有半個(gè)周期能夠通過(guò)，即電壓變?yōu)閳Db所示波形，從而進(jìn)入保溫狀態(tài)，則此時(shí)交流電壓表的讀數(shù)是（）

A．156V B．110V C．78V D．55V題目：如圖所示，已知閉合線圈abcd的匝數(shù)為n，邊長(zhǎng)分別為l1

和l2

，電阻為R．在圖中虛線的右側(cè)空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向如圖．線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度是ω.求

(1)從圖示位置開始計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)90°角的過(guò)程中，流過(guò)線圈的感應(yīng)電流的總電量．

(2)定性地畫出穿過(guò)線圈的磁通量Φ及線圈內(nèi)的感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖像．

(3)線圈中生熱的功率．電腦用變壓器變壓器3）鐵芯：會(huì)聚磁場(chǎng)的作用1）原線圈：跟電源相連（也叫初級(jí)線圈）2）副線圈：跟負(fù)載相連（也叫次級(jí)線圈）一變壓器的結(jié)構(gòu)和符號(hào)原線圈副線圈鐵芯U1U2電路符號(hào)變壓器的工作原理原線圈副線圈鐵芯U1U2

把交變電壓加在原線圈上,原線圈中的交變電流在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量,這個(gè)交變的磁通量不但穿過(guò)原線圈,也穿過(guò)副線圈,所以也在副線圈中激發(fā)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).如果副線圈兩端連著負(fù)載,副線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.

2．變壓器的工作原理（1）互感現(xiàn)象：在變壓器原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互相感應(yīng)的現(xiàn)象，叫做互感現(xiàn)象．（2）互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．變壓器通過(guò)閉合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能到磁場(chǎng)能再到電能的轉(zhuǎn)化．（3）變壓器只能工作在交流電路．如果變壓器接入直流電路，在鐵芯中不會(huì)產(chǎn)生交變的磁通量，沒(méi)有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，所以變壓器僅工作于交流電路．理想變壓器理想變壓器：輸出功率等于輸入功率，即變壓器無(wú)能量損失。無(wú)銅損：原副線圈無(wú)直流電阻；無(wú)鐵損：鐵芯無(wú)渦流；無(wú)磁損：變壓器無(wú)漏磁。U1U2理想變壓器的工作規(guī)律

（1）功率關(guān)系

由于不存在各種電磁能量損失，由能量守恒可知輸入功率等于輸出功率P1=P2，即：

U1I1=U2I2（2）電壓關(guān)系由于不計(jì)原、副線圈的電阻，因而：所以：n2>n1時(shí)，U2>U1，這種變壓器叫做升壓變壓器．

n2<n1時(shí)，U2<U1，這種變壓器叫做降壓變壓器．

由于互感現(xiàn)象，沒(méi)有漏磁，原、副線圈中具有相同的

t．根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：所以，問(wèn)題1;“隨身聽(tīng)”與電視機(jī)顯像管中的變壓器屬于那種類型？實(shí)際變壓器若不作任何測(cè)量，如何區(qū)分高壓線圈和低壓線圈？問(wèn)題2：在繞制變壓器時(shí)，某人誤將兩個(gè)線圈繞在如圖所示變壓器鐵芯的左右兩個(gè)臂上.當(dāng)通以交流電時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過(guò)另一個(gè)線圈，另一半通過(guò)中間的臂，已知1、2的匝數(shù)之比N1：N2＝2：1.在不接負(fù)載的情況下

A.當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2輸出電壓為110VB.當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2輸出電壓為55VC.當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)，線圈1輸出電壓為220VD.當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)，線圈1輸出電壓為110V電壓跟匝數(shù)的關(guān)系：

U1/U2=n1/n2說(shuō)明：對(duì)理想變壓器各線圈上電壓與匝數(shù)成正比的關(guān)系，不僅適用于原、副圈只有一個(gè)的情況，而且適用于多個(gè)副線圈的情況。即有

……。理想變壓器的磁通量全部集中在鐵芯內(nèi),因此穿過(guò)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(dòng)勢(shì),因此每組線圈的電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比.在線圈內(nèi)阻不計(jì)的情況下,每組線圈兩端的電壓即等于電動(dòng)勢(shì),故每組電壓都與匝數(shù)成正比.（３）電流關(guān)系由于不存在各種電磁能量損失，輸入功率等于輸出功率P1=P2，即：U1I1=U2I2所以：

變壓器高壓線圈匝數(shù)多而通過(guò)的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制，低壓線圈匝數(shù)少而通過(guò)電流大，應(yīng)用較粗的導(dǎo)線繞制．

電流跟匝數(shù)的關(guān)系：I1/I2=n2/n1

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)系即不適用了，可根據(jù)輸入功率與輸出功率相等的關(guān)系則有：

U1I1=U2I2+U3I3+U4I4+……再根據(jù):U2=U1U3=U1U4=U1

……可得出：n1I1=n2I2+n3I3+n4I4+……（安匝數(shù)守恒）～U1～U2n1n2I1I2I3n2～U3U1:U2:U3=n1:n2:n3P1=P2+P3(U1I1=U2I2+U3I3)I1:I2≠n2:n1，I1:I3≠n3:n1注意①n1/n2確定時(shí)，輸出電壓U2由輸入電壓U1決定。即U2=U1②在U1和n1/n2確定時(shí)，原線圈上電流I1由副線圈上電流I2決定，即I1=I2

其中I2是由U2和負(fù)載電阻R決定的，I2=③輸入功率由輸出功率決定。（4）制約關(guān)系

1.理想變壓器的電壓關(guān)系對(duì)有一個(gè)或幾個(gè)副線圈的變壓器都成立，而電流關(guān)系只適用于有一個(gè)副線圈的變壓器，若為多個(gè)副線圈的變壓器，電流和匝數(shù)的關(guān)系要從功率關(guān)系導(dǎo)出2.理想變壓器的電壓關(guān)系，電流關(guān)系是有效值（或最大值）間的關(guān)系，在某一瞬時(shí)其關(guān)系不成立．3.變壓器雖能改變電壓、電流及電阻，但不能改變功率和頻率，輸入功率總等于輸出的總功率，次級(jí)交變電流的頻率總等于初級(jí)交變電流的頻率．題目：理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2∶n3=4∶3∶2，副線圈上分別接標(biāo)有“6V，12W”、“12V，36W”的燈泡L1和L2，當(dāng)a、b兩端接交變電源后，L1正常發(fā)光，則變壓器的輸入功率為

A．16W B．40WC．48W D．不能確定

問(wèn)題：電工學(xué)中，通常用到負(fù)載這一概念。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，副線圈中的電流、原線圈中的電流及輸入功率如何變化？而當(dāng)負(fù)載電阻增大時(shí)，以上各量又如何變化？題目：如圖所示，理想變壓器的副線圈上通過(guò)輸電線接兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻R0，開始時(shí)電鍵K斷開，當(dāng)K接通后

（A）副線圈兩端M、N的輸出電壓減小

（B）副線圈輸電線等效電阻R0上的電壓減小

（C）通過(guò)燈泡L1的電流減小

（D）原線圈中的電流減小題目：理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為1：2，加在原線圈兩端的電壓為220V，C為熔斷電流為1A的保險(xiǎn)絲，R為接在副線圈兩端的可變電阻，要使保險(xiǎn)絲不會(huì)熔斷，則

可變電阻的阻值不能小于多少？.題目：變壓器為理想變壓器，交流電源電壓U恒定，燈泡L1串聯(lián)在原線圈的回路中，燈泡L2、L3為副線圈的負(fù)載.開關(guān)S斷開時(shí)，燈泡L1、L2的亮度與斷開前相比A.L1亮度不變

B.L1亮度減弱C.L2亮度不變

D.L2亮度增強(qiáng)自耦變壓器ABP1234～U1U2～I(xiàn)1I2ABP1234自耦變壓器：（1）特點(diǎn)：鐵芯上只有一個(gè)線圈，其中有一部分的線圈為原、副線圈共用；（2）自耦變壓器可以降壓，也可以升壓．

互感器

也是一種變壓器，它可以把不能直接測(cè)量的高電壓，大電流變換成低電壓、小電流后再測(cè)量再測(cè)量．VA電壓互感器電流互感器電壓互感器構(gòu)造：小型降壓變壓器接法：原線圈并聯(lián)在高壓電路中，副線圈接電壓表；為了安全鐵殼和副線圈應(yīng)接地作用：將高電壓變?yōu)榈碗妷?，通過(guò)測(cè)量低電壓，換算出高壓電路的電壓電流互感器構(gòu)造：小型升壓變壓器接法：原線圈串聯(lián)在被測(cè)電路中，副線圈接電流表；為了安全鐵殼和副線圈應(yīng)接地作用：將大電流變?yōu)樾‰娏?，通過(guò)測(cè)量小電流出被測(cè)電路的大電流題目：在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測(cè)電網(wǎng)上的強(qiáng)電流。所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個(gè)圖中，能正確反應(yīng)其工作原理的是

J零線MNab電流互感器零線火線大地鐵心火線K220V交流電源電磁繼電器OQR

例題：為了保證安全用電，家庭居室的室內(nèi)電路前端一般都安裝有漏電保護(hù)開關(guān)，下圖是保護(hù)開關(guān)的電路原理簡(jiǎn)圖：發(fā)電廠的零線是接地的，漏電保護(hù)開關(guān)有一個(gè)結(jié)構(gòu)與變壓器相似的電流互感器，其鐵心的a側(cè)有兩個(gè)