交变电流复习课件.ppt

知知 识识 框框 架架交交变变电电流流交变电流的产生及其变化规律交变电流的产生及其变化规律描述交变电流的物理量描述交变电流的物理量 峰值峰值瞬时值瞬时值有效值、平均值有效值、平均值周期、频率周期、频率交流电路交流电路电感、电容的作用电感、电容的作用变压器变压器远距离输电远距离输电L L2 2一、交变电流的产生一、交变电流的产生1 1、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生交流电产生 L L1 1L L2 2线圈平面线圈平面与磁感线与磁感线垂直位置垂直位置开始计时开始计时e=Ee=Em msinsintti=Ii=Im msinsinttu=Uu=Um msinsinttE Em m=NBS=NBS2 2、中性面：、中性面：与磁场方向垂直的平面与磁场方向垂直的平面特点：特点：线圈通过中性面时，穿过线圈的线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通磁通量最大量最大，但磁通量的，但磁通量的变化率为零变化率为零，感应，感应电动势为零；电动势为零；线圈平面每次转过中性面时，线圈中感线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，线圈转动一周两次应电流方向改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次变两次 3 3、交变电流的图象、交变电流的图象变化规律：变化规律：(t0时，线圈在中性面位置时，线圈在中性面位置)如下表如下表我国市电的频率是我国市电的频率是50Hz50HzitOT我国市电的周期是我国市电的周期是0.02s0.02s1 1、交流电的周期和频率：、交流电的周期和频率：二、描述正弦交流电的几个物理量（周期，频率，二、描述正弦交流电的几个物理量（周期，频率，峰值，有效值，平均值）峰值，有效值，平均值）作一次周期性变化作一次周期性变化所需的时间。所需的时间。单位：秒单位：秒在在1秒内完成周期秒内完成周期性变化的次数。性变化的次数。单位：赫兹单位：赫兹etOT2 2、交流电的峰值和瞬时值公式：、交流电的峰值和瞬时值公式：Em瞬时值瞬时值Em峰值峰值e=Emsint 电动势峰值电动势峰值Em=NBLV=NBSi=Imsint 电流峰值电流峰值Im=Em/Ru=Umsint 路端电压峰值路端电压峰值Um=ImR3 3、交流电的有效值概念、交流电的有效值概念RIR有效值概念：让有效值概念：让交流电流交流电流和和直流电流直流电流通过相同通过相同的电阻，在相等时间内产生的的电阻，在相等时间内产生的热量热量QQ相等相等，就，就把这个直流电流的数值把这个直流电流的数值I I（或电压（或电压U U）叫做这一）叫做这一交流电的交流电的有效值有效值。电流的电流的热效应热效应等效等效正弦交流电的有效值公式：正弦交流电的有效值公式：通常所说的交流电的电通常所说的交流电的电压、电流的数值都是指交压、电流的数值都是指交流电的流电的有效值有效值。交流电压表、电流表测交流电压表、电流表测量的电压、电流的数值也量的电压、电流的数值也都是交流电的都是交流电的有效值有效值。如果不是正弦（或余如果不是正弦（或余弦）交流电，不能按照弦）交流电，不能按照这样计算，只能按照热这样计算，只能按照热等效定义计算（常取等效定义计算（常取1个个周期发热量计算）周期发热量计算）说明说明1、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；交流电流表和交流电压表的读数是有效值。保险丝的熔断值电流表和交流电压表的读数是有效值。保险丝的熔断值为有效值，电容器的击穿电压为峰值。对于交流电若没为有效值，电容器的击穿电压为峰值。对于交流电若没有特殊说明的均指有效值有特殊说明的均指有效值。说明说明2、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。值。求电量用平均值。求电量用平均值。说明说明3、交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。忽右地摆动。4 4、平均值、平均值 不能用算术平均法即：不能用算术平均法即：E=E=（E E1 1+E+E2 2）/2/2来计算来计算在计算在计算感应电荷感应电荷时必须要用平均值时必须要用平均值平均值不等于有效值平均值不等于有效值1 1、闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中产生的交变电动势的瞬时值表达式为线圈中产生的交变电动势的瞬时值表达式为e=311sin(314t)Ve=311sin(314t)V。则此交流电的峰值为。则此交流电的峰值为，有效值为有效值为，周期为，周期为，频率为，频率为。311V311V220V220V0.02s0.02s50Hz50Hz典型练习典型练习2 2、闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，已知线圈的匝数为的轴匀速转动，已知线圈的匝数为n n，每，每匝面积为匝面积为S S，线圈转动的角速度为，线圈转动的角速度为，求线，求线圈中产生的交变电动势的最大值。圈中产生的交变电动势的最大值。a ac cb bd d3.3.如图所示：匝数为如图所示：匝数为NN、面积为、面积为S S的矩形线圈在匀的矩形线圈在匀强磁场强磁场B B中匀速转动，角速度为中匀速转动，角速度为，求线圈从图示，求线圈从图示位置转过位置转过180180度时间内交变电压的平均值。若线圈度时间内交变电压的平均值。若线圈总电阻为总电阻为R R，通过线圈的电荷量是多少？，通过线圈的电荷量是多少？4.4.如图1所示，为电热毯的电路图，电热丝接在u=311sin100t V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P 使输入电压变为图2所示波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是 ()A、110V B、156V C、220V D、311VuVts31100.010.030.020.04PVu电热毯电热毯图图1图图2B三、感抗和容抗三、感抗和容抗1.感抗表示电感对交变电流的阻碍作用感抗表示电感对交变电流的阻碍作用。特点：特点：“通直流，阻交流通直流，阻交流”、“通低频，阻高频通低频，阻高频”2容抗表示电容对交变电流的阻碍作用容抗表示电容对交变电流的阻碍作用。特点特点：“通交流，隔直流通交流，隔直流”、“通高频，阻低频通高频，阻低频”1 1、如图所示，从、如图所示，从abab端输入的交流端输入的交流含有高频和低频成分，为了使含有高频和低频成分，为了使R R上上尽可能少地含有高频成分，采用尽可能少地含有高频成分，采用图示电路，其图示电路，其L L的作用是的作用是_，C C的作用是的作用是_。解析：因解析：因L有有“通低频、通低频、阻高频阻高频”的特点，因此的特点，因此L的的作用是作用是阻挡高频成分阻挡高频成分；而通过；而通过L后还有少量的高频成分，后还有少量的高频成分，利用利用C“通高频通高频、阻低频、阻低频”的特点，因此的特点，因此C的作用是的作用是使高频使高频成分流过成分流过。典型练习典型练习2 2、如图所示，当交流电源的电压（有效值）、如图所示，当交流电源的电压（有效值）U U220V220V、频率频率f f50Hz50Hz时，三只灯时，三只灯A A、B B、C C的亮度相同（的亮度相同（L L无直流无直流电阻）。电阻）。（1 1）将交流电源的频率变为）将交流电源的频率变为f f100Hz100Hz，则则 （）（2 2）将电源改为）将电源改为U U220V220V的直流电源，的直流电源，则则 （）A AA A灯比原来亮灯比原来亮 B BB B灯比原来亮灯比原来亮C CC C灯和原来一样亮灯和原来一样亮D DC C灯比原来亮灯比原来亮AC BC3.3.在图所示的电路中，如果交变电流的频率增在图所示的电路中，如果交变电流的频率增大，大，1 1、2 2和和3 3灯的亮度变化情况是（灯的亮度变化情况是（）A A1 1、2 2两灯均变亮，两灯均变亮，3 3灯变暗灯变暗 B B1 1灯变亮，灯变亮，2 2、3 3两灯均变暗两灯均变暗 C C1 1、2 2灯均变暗，灯均变暗，3 3灯亮度不变灯亮度不变 D D1 1灯变暗，灯变暗，2 2灯变亮，灯变亮，3 3灯亮度不变灯亮度不变 1.变压器原理变压器原理 （1）.变压器的构造变压器的构造:变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的一个线圈跟电源连接，叫原线圈上的两个线圈组成的一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，（也叫次级线圈）两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成四变压器原理和远距离输电四变压器原理和远距离输电（2）.变压器的变压比变压器的变压比:U1U2=n 1n2 U1 n1=U2 n2=U3 n3=k 理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比.当当n2n1时，时，U2U1，变压器使电压升，变压器使电压升 高，高，这种变压器叫做升压变压器这种变压器叫做升压变压器当当n2n1时，时，U2U1，变压器使电压降低，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器这种变压器叫做降压变压器思考题：理想变压器原、副线圈的匝数比为思考题：理想变压器原、副线圈的匝数比为1 10，当原线圈接在，当原线圈接在6V的蓄电池两端以后，则的蓄电池两端以后，则副线圈的输出电压为副线圈的输出电压为【】A60V BC D以上答案都不对以上答案都不对D（3）.变压器的变流比变压器的变流比:理想变压器的输入的电功率理想变压器的输入的电功率I1U1等于输出的电功率等于输出的电功率I2U2，即即 I1U1=I2U2由由U1 U2=n1n2 I1 I2=n2n1 可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比电流跟它们的匝数成反比变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制注意注意:上式只对仅有一个副线圈时适用上式只对仅有一个副线圈时适用.若有两个及以上副线圈时若有两个及以上副线圈时,必须由输入的电功率必须由输入的电功率 等等于输出的电功率计算于输出的电功率计算.1.1.图图（甲甲）、（乙乙）两两电电路路中中，当当a、b两两端端与与e、f 两两端端分分别别加加上上220V的的交交流流电电压压时时，测测得得c、d 间间与与g、h 间间的的电电压压均均为为110V。若若分分别别在在c、d两两端端与与g、h 两两端端加加上上110V的的交交流流电电压压，则则a、b间间与与 e、f间间的的电电压压分分别别为为 V和和 V,若若分分别别在在c、d两两端端与与g、h 两两端端加加上上110V的的恒恒定定电电压压，则则a、b间间与与 e、f间的电压分别为间的电压分别为 V,和和 V.d1102201100典型练习典型练习2 2、如图是一个理想变压器的电路图，若、如图是一个理想变压器的电路图，若A A、B B两点接两点接交流电压交流电压U U时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为：副线圈的匝数比为：A.5 A.5 1 1 B.1 B.1 5 5 C.4 C.4 1 1 D.1 D.1 4 4n1n2UAB解：设灯泡正常发光的电流为解：设灯泡正常发光的电流为I，则原、副线圈的电流分别为则原、副线圈的电流分别为I和和4I，如图示。，如图示。I4I所以原、副线圈的匝数比为所以原、副线圈的匝数比为 4 1减少输电中的功率损失可以有两种方法减少输电中的功率损失可以有两种方法:P损损=I2 R 一种方法是一种方法是:减小电阻减小电阻.在电线长度在电线长度L一定的情况下，一定的情况下，应当选用电阻率小、横截面积大的导线应当选用电阻率小、横截面积大的导线另一种方法是提高输电的电压另一种方法是提高输电的电压U，减小电流，减小电流I减减 小输电导线中的电流小输电导线中的电流在导线电阻不变的条件下，电流如果减小到原来的百分之一，在导线电阻不变的条件下，电流如果减小到原来的百分之一，功率损失功率损失P=I2R 就减小到原来的万分之一就减小到原来的万分之一减小输电线路上的电压损失也有两种方法减小输电线路上的电压损失也有两种方法U损损=IR 一种是增大输电导线的截面积以减小电阻一种是增大输电导线的截面积以减小电阻另一种是减小输电电流在输送电功率不变的前另一种是减小输电电流在输送电功率不变的前 提下，必须提高输电电压提下，必须提高输电电压通过以上分析，我们看到，通过以上分析，我们看到，无论从减小输电中的功率无论从减小输电中的功率 损失，还是从减小电压损失方面看，都要求提高输电损失，还是从减小电压损失方面看，都要求提高输电电压，减小输电电流电压，减小输电电流2.远距离输电远距离输电:远程高压输电电路图：远程高压输电电路图：P1=P2=PP损损=I22RP3=P-P损损P4=P3功率关功率关系系电压关系电压关系发电厂输出电压发电厂输出电压 U1 升压后升压后 U2=N2U1/N1 降压后降压后U4=N4U3/N3U损损=I2RU3=U2-U损损电流关系电流关系 I I1 1/I I2 2=N=N2 2/N/N1 1 I I2 2/I I4 4=N=N4 4/N/N3 3 I2=P/U2I4=P4/U41.在在远远距距离离输输电电中中，当当输输送送的的电电功功率率相相同同时时，则则关关于于输输电电导导线线上上损损失失的的功功率率下下列列说说法法正正确确的的是（是（）(A)减小输电导线的电阻可以减小损失的功率，减小输电导线的电阻可以减小损失的功率，但此种方法很有限但此种方法很有限(B)提高输送电压从而减小输送电流，可大大减提高输送电压从而减小输送电流，可大大减 小损失小损失 的功率的功率(C)损失的功率与输送电压的二次方成反比损失的功率与输送电压的二次方成反比(D)损失的功率与输电线上的电压降成反比损失的功率与输电线上的电压降成反比A B C2.2.某某发电机输出功率发电机输出功率P=100千瓦，发电机端电压千瓦，发电机端电压U=1000伏，向远距离输电的输电线总电阻伏，向远距离输电的输电线总电阻R=8欧。欧。现要求输电损耗为现要求输电损耗为5%，用户得到的电压恰好为，用户得到的电压恰好为220伏，伏，则：则：画出输电线路的示意图；画出输电线路的示意图；求出所用的变压器的原副线圈匝数比求出所用的变压器的原副线圈匝数比。解：线路上损耗的功率为解：线路上损耗的功率为P=5000 W，P=I2 2 R,电流为电流为I2=25A，线路上的电压为线路上的电压为U=I2 R=200V，U2=P/I2=100000/25=4000V,n1n2=U 1U2=1 4U3=U2-U =3800VU4=220Vn3n4=U 3U4=190 11U4=220VU1=1000V8U2U3【2013201320132013海南高考海南高考海南高考海南高考】通过一阻值通过一阻值R=100R=100的电阻的的电阻的交变电流如图所示，其周期为交变电流如图所示，其周期为1s.1s.电阻两端电压的电阻两端电压的有效值为有效值为 ()()1i/At/s 0.50.10.2-0.1-0.20高考再现高考再现【20132013江苏高考江苏高考】.如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P 处于图示位置时,灯泡L 能发光.要使灯泡变亮,可以采取的方法是（）A.向下滑动滑片PB.增大交流电源的电压 C.增大交流电源的频率D.减小电容器C 的电容答案：答案：BCBC答案：答案：B【20132013广东高考广东高考】.如图，理想变压器原、副线圈匝如图，理想变压器原、副线圈匝数比数比n n1 1 1 1：n n2 2 2 2=2:1,V=2:1,V和和A A均为理想电表，灯泡电阻均为理想电表，灯泡电阻R R1 1 1 1=6,AB=6,AB端电压端电压u u1 1 1 1=sin100t=sin100t（V V）.下列说法正确下列说法正确的是的是A.A.电流频率为电流频率为100Hz100HzB.VB.V的读数为的读数为24V24VC.AC.A的读数为的读数为0.5A0.5AD.D.变压器输入功率为变压器输入功率为6W6W答案：答案：D D1、交流发电机在工作时的电动势为、交流发电机在工作时的电动势为e=Emsin(t)，若，若将其线圈的转速提高为原来的两倍，则其电动势表将其线圈的转速提高为原来的两倍，则其电动势表达式变为（达式变为（D）A、e=Emsin(t/2)B、e=2Emsin(t/2)C、e=Emsin(2t)D、e=2Emsin(2t)四、当堂检测四、当堂检测2 2、如图所示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁、如图所示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，则下列说法中正确的是（感线的轴匀速转动，则下列说法中正确的是（A A ）A A、t=0t=0时刻线圈位于中性面时刻线圈位于中性面B B、t t1 1时刻，交流电改变方向时刻，交流电改变方向C C、t t2 2时刻，线圈的交流电动势最大时刻，线圈的交流电动势最大DD、t t1 1到到 t t2 2的时间内，线圈的交流电动势在增大的时间内，线圈的交流电动势在增大感应电动势感应电动势最大，为什最大，为什么？么？感应电动感应电动势势为零，为零，为什么？为什么？3.某交流发电机产生的感某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分流电动势的最大值和周期分别变为（别变为（）A400V，0.02s B200V,0.02sC400V,0.08s D200V,0.08s 解：从图中看出，该交流电的最大值和周期解：从图中看出，该交流电的最大值和周期分别是：分别是：Em100V，T0.04s，而最大值，而最大值EmNBS，周期，周期T2；当线圈转速加倍；当线圈转速加倍时，时，2，故，故Em2Em200V，TT20.02s.故选故选B。3.3.如图如图所示为某正弦交流电流的图像，求其峰所示为某正弦交流电流的图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表值、周期和角速度，并写出该电流的瞬时值表达式。达式。解析：从图中可看出交变解析：从图中可看出交变电流的周期电流的周期T0.02s，在，在t0.0025sT8时，电时，电流为流为14.14A，而，而tT8时线圈从中性面转过的角时线圈从中性面转过的角度为度为45。由电流表达式由电流表达式iImsint得：得：14.14Imsin45Im14.14sin4520A2T314rad/s.故此电流的瞬时表达式为故此电流的瞬时表达式为i20sin314t4.如图表示一交流的电流随时间变化的图像，如图表示一交流的电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是多大？此交变电流的有效值是多大？解析：解析：交流的有效值等于热效应与此交流等效的直交流的有效值等于热效应与此交流等效的直流电的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进行流电的值，为分析方便，可选交流电的一个周期进行研究。设此交变电流的有效值为研究。设此交变电流的有效值为I，根据交流有效值的，根据交流有效值的定义，有：定义，有：所以：所以：5.图中两交变电流通过相同的电阻图中两交变电流通过相同的电阻R。求：。求：（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。）分别写出它们的有效值、周期和频率。（2）计算它们在）计算它们在R上产生的功率之比。上产生的功率之比。解析：解析：（1）图甲为正弦交流电，其有效值）图甲为正弦交流电，其有效值I1Im 3.55A，周期，周期T10.4s，频率，频率f12.5Hz；图乙为方波；图乙为方波交流电，电流的大小不变、方向作周期变化，由于热交流电，电流的大小不变、方向作周期变化，由于热效应与电流方向无关，因而它的有效值为效应与电流方向无关，因而它的有效值为5A，周期，周期T20.4s，频率，频率f22.5Hz。（2）由公式）由公式PI2R得：得：P甲甲:P乙乙I12R:I22R（I1I2）21:26.如图所示，矩形线圈的匝数为如图所示，矩形线圈的匝数为n，线圈面积为，线圈面积为S，线，线圈内阻为圈内阻为r，在磁感应强度为，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕的匀强磁场中绕OO轴轴以角速度以角速度匀速转动，外电路电阻为匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示。在线圈由图示位置转过位置转过90的过程中，求：的过程中，求：(1)通过电阻通过电阻R的电量的电量q；解析：解析：在此过程中，穿过线圈磁通量变化在此过程中，穿过线圈磁通量变化所用时间所用时间产生的平均电动势为产生的平均电动势为平均电流为平均电流为 通过通过R的电量的电量（2）电阻）电阻R上产生的焦耳热上产生的焦耳热Q 在此过程中电阻在此过程中电阻R上的焦耳热为一个周期上的焦耳热为一个周期内产生焦耳热的内产生焦耳热的14，7.边长为边长为a的单匝正方形线圈在磁感应强度为的单匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强的匀强磁场中，以磁场中，以OO为轴匀速转动，角速度为为轴匀速转动，角速度为，转轴与，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为磁场方向垂直，线圈电阻为R，求：，求：(1)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过T4的过程中产生的热量的过程中产生的热量Q 解析：解析：(2)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过T4的过程中通过线圈某截的过程中通过线圈某截面的电量面的电量q 解析：解析：8.如图所示，为一交流发电机构造示意图，矩形线圈如图所示，为一交流发电机构造示意图，矩形线圈 abcd，已知，已知 ad=L1，ab=L2，匝数为，匝数为n，线圈绕，线圈绕OO轴在磁感应轴在磁感应强度为强度为B的匀强磁场中以角速度的匀强磁场中以角速度匀速转动，线圈电阻为匀速转动，线圈电阻为r，外电路电阻为，外电路电阻为R，求，求：(1)由图示位置转过由图示位置转过60角时的瞬时角时的瞬时感应电动势（感应电动势（2)转动过程中电压表的示数转动过程中电压表的示数(3)线圈每转一周，线圈每转一周，外力所做的功。外力所做的功。(不计一切摩擦不计一切摩擦)(4)1/6周期内通过周期内通过R的电荷的电荷量量adcbBRVOO