交变电流复习省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第1页知知 识识 框框 架架交变电流交变电流交变电流产生及其改变规律交变电流产生及其改变规律描述交变电流物理量描述交变电流物理量 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、电容作用电感、电容作用变压器变压器远距离输电远距离输电第2页L L2 2一、交变电流产生一、交变电流产生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，绕垂直于磁感线轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交磁感线轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生流电产生 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 msintsinti=Ii=Im msintsintu=Uu=Um msintsintE Em m=NBS=NBS第3页2 2、中性面：、中性面：与磁场方向垂直平面与磁场方向垂直平面特点：特点：线圈经过中性面时，穿过线圈线圈经过中性面时，穿过线圈磁通量磁通量最大最大，但磁通量，但磁通量改变率为零改变率为零，感应电动，感应电动势为零；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，线圈转动一周两次经过中性面，故一周里线圈中电流方向改经过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次变两次 第4页3 3、交变电流图象、交变电流图象改变规律：改变规律：(t0时，线圈在中性面位置时，线圈在中性面位置)以下表以下表第5页我国市电频率是我国市电频率是50Hz50HzitOT我国市电周期是我国市电周期是0.02s0.02s1 1、交流电周期和频率：、交流电周期和频率：二、描述正弦交流电几个物理量（周期，频率，二、描述正弦交流电几个物理量（周期，频率，峰值，有效值，平均值）峰值，有效值，平均值）作一次周期性改变作一次周期性改变所需时间。所需时间。单位：秒单位：秒在在1秒内完成周期秒内完成周期性改变次数。性改变次数。单位：赫兹单位：赫兹第6页etOT2 2、交流电峰值和瞬时值公式：、交流电峰值和瞬时值公式：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=ImR第7页3 3、交流电有效值概念、交流电有效值概念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经过相同经过相同电阻，在相等时间内产生电阻，在相等时间内产生热量热量QQ相等相等，就把这，就把这个直流电流数值个直流电流数值I I（或电压（或电压U U）叫做这一交流电）叫做这一交流电有效值有效值。电流电流热效应热效应等等效效第8页正弦交流电有效值公式：正弦交流电有效值公式：通常所说交流电电压、通常所说交流电电压、电流数值都是指交流电电流数值都是指交流电有有效值效值。交流电压表、电流表测交流电压表、电流表测量电压、电流数值也都是量电压、电流数值也都是交流电交流电有效值有效值。假如不是正弦（或余假如不是正弦（或余弦）交流电，不能按照弦）交流电，不能按照这么计算，只能按照热这么计算，只能按照热等效定义计算（常取等效定义计算（常取1个个周期发烧量计算）周期发烧量计算）第9页说明说明1、交流用电器额定电压和额定电流指是有效值；交流电流交流用电器额定电压和额定电流指是有效值；交流电流表和交流电压表读数是有效值。保险丝熔断值为有效值，表和交流电压表读数是有效值。保险丝熔断值为有效值，电容器击穿电压为峰值。对于交流电若没有特殊说明均电容器击穿电压为峰值。对于交流电若没有特殊说明均指有效值指有效值。说明说明2、在求交流电功、功率或电热时必须用交流电有效值。在求交流电功、功率或电热时必须用交流电有效值。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经过交流电时，实际上已经由交流电压表和电流表经过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效直流，所以读出电表内部元件把交流电变成了等效直流，所以读出就是交流有效值，而且电表指针不会忽左忽右地摆就是交流有效值，而且电表指针不会忽左忽右地摆动。动。第10页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第11页1 1、闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线轴匀速转动，闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线轴匀速转动，线圈中产生交变电动势瞬时值表示式为线圈中产生交变电动势瞬时值表示式为e=311sin(314t)Ve=311sin(314t)V。则此交流电峰值为。则此交流电峰值为，有，有效值为效值为，周期为，周期为，频率为，频率为。311V311V220V220V0.02s0.02s50Hz50Hz经典练习经典练习第12页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轴匀速转动，已知线圈匝数为轴匀速转动，已知线圈匝数为n n，每匝面，每匝面积为积为S S，线圈转动角速度为，线圈转动角速度为，求线圈中产，求线圈中产生交变电动势最大值。生交变电动势最大值。a ac cb bd d第13页3.3.如图所表示：匝数为如图所表示：匝数为NN、面积为、面积为S S矩形线圈在匀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度时间内交变电压平均值。若线圈总度时间内交变电压平均值。若线圈总电阻为电阻为R R，经过线圈电荷量是多少？，经过线圈电荷量是多少？第14页4.4.如图1所表示，为电热毯电路图，电热丝接在u=311sin100t V电源上，电热毯被加热到一定温度后，经过装置P 使输入电压变为图2所表示波形，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第15页三、感抗和容抗三、感抗和容抗1.感抗表示电感对交变电流妨碍作用感抗表示电感对交变电流妨碍作用。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妨碍作用容抗表示电容对交变电流妨碍作用。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”第16页1 1、如图所表示，从、如图所表示，从abab端输入交流端输入交流含有高频和低频成份，为了使含有高频和低频成份，为了使R R上上尽可能少地含有高频成份，采取尽可能少地含有高频成份，采取图示电路，其图示电路，其L L作用是作用是_，C C作用是作用是_。解析：因解析：因L有有“通低频、通低频、阻高频阻高频”特点，所以特点，所以L作用作用是是阻挡高频成份阻挡高频成份；而经过；而经过L后还有少许高频成份，利用后还有少许高频成份，利用C“通高频通高频、阻低频、阻低频”特点，所以特点，所以C作用是作用是使高频成份流过使高频成份流过。经典练习经典练习第17页2 2、如图所表示，当交流电源电压（有效值）、如图所表示，当交流电源电压（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亮度相同（亮度相同（L L无直流电无直流电阻）。阻）。（1 1）将交流电源频率变为）将交流电源频率变为f f100Hz100Hz，则则 （）（2 2）将电源改为）将电源改为U U220V220V直流电源，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 BC第18页3.3.在图所表示电路中，假如交变电流频率增大，在图所表示电路中，假如交变电流频率增大，1 1、2 2和和3 3灯亮度改变情况是（灯亮度改变情况是（）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 第19页1.变压器原理变压器原理 （1）.变压器结构变压器结构:变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上两个线圈组成一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫两个线圈组成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，铁芯由次级线圈）两个线圈都是用绝缘导线绕制成，铁芯由涂有绝缘漆硅钢片叠合而成涂有绝缘漆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第20页（2）.变压器变压比变压器变压比:U1U2=n 1n2 U1 n1=U2 n2=U3 n3=k 理想变压器原副线圈端电压跟匝数成正比理想变压器原副线圈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第21页思索题：理想变压器原、副线圈匝数比为思索题：理想变压器原、副线圈匝数比为1 10，当原线圈接在，当原线圈接在6V蓄电池两端以后，则副线圈蓄电池两端以后，则副线圈输出电压为输出电压为【】A60V BC D以上答案都不对以上答案都不对D第22页（3）.变压器变流比变压器变流比:理想变压器输入电功率理想变压器输入电功率I1U1等于输出电功率等于输出电功率I2U2，即即 I1U1=I2U2由由U1 U2=n1n2 I1 I2=n2n1 可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中电可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中电流跟它们匝数成反比流跟它们匝数成反比变压器高压线圈匝数多而经过电流小，可用较细导线绕制变压器高压线圈匝数多而经过电流小，可用较细导线绕制低压线圈匝数少而经过电流大，应用较粗导线绕制低压线圈匝数少而经过电流大，应用较粗导线绕制注意注意: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,必须由输入电功率必须由输入电功率 等于等于输出电功率计算输出电功率计算.第23页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交交流流电电压压时时，测测得得c、d 间间与与g、h 间间电电压压均均为为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交交流流电电压压，则则a、b间间与与 e、f间间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恒恒定定电电压压，则则a、b间间与与 e、f间间电电压压分别为分别为 V,和和 V.d1102201100经典练习经典练习第24页2 2、如图是一个理想变压器电路图，若、如图是一个理想变压器电路图，若A A、B B两点接交两点接交流电压流电压U U时，五个相同灯泡均正常发光，则原、副线时，五个相同灯泡均正常发光，则原、副线圈匝数比为：圈匝数比为：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：设灯泡正常发光电流为解：设灯泡正常发光电流为I，则原、副线圈电流分别为则原、副线圈电流分别为I和和4I，如图示。，如图示。I4I所以原、副线圈匝数比为所以原、副线圈匝数比为 4 1第25页降低输电中功率损失能够有两种方法降低输电中功率损失能够有两种方法:P损损=I2 R 一个方法是一个方法是:减小电阻减小电阻.在电线长度在电线长度L一定情况下，一定情况下，应该选取电阻率小、横截面积大导线应该选取电阻率小、横截面积大导线另一个方法是提升输电电压另一个方法是提升输电电压U，减小电流，减小电流I减减 小输电导线中电流小输电导线中电流在导线电阻不变条件下，电流假如减小到原来百分之一，功在导线电阻不变条件下，电流假如减小到原来百分之一，功率损失率损失P=I2R 就减小到原来万分之一就减小到原来万分之一减小输电线路上电压损失也有两种方法减小输电线路上电压损失也有两种方法U损损=IR 一个是增大输电导线截面积以减小电阻一个是增大输电导线截面积以减小电阻另一个是减小输电电流在输送电功率不变前另一个是减小输电电流在输送电功率不变前 提下，必须提升输电电压提下，必须提升输电电压经过以上分析，我们看到，经过以上分析，我们看到，不论从减小输电中功率不论从减小输电中功率 损损失，还是从减小电压损失方面看，都要求提升输电电失，还是从减小电压损失方面看，都要求提升输电电压，减小输电电流压，减小输电电流2.远距离输电远距离输电:第26页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功率关功率关系系第27页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损损第28页电流关系电流关系 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/U4第29页1.在在远远距距离离输输电电中中，当当输输送送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功功率率以以下下说说法法正正确确是是（）(A)减小输电导线电阻能够减小损失功率，减小输电导线电阻能够减小损失功率，但此种方法很有限但此种方法很有限(B)提升输送电压从而减小输送电流，可大大减提升输送电压从而减小输送电流，可大大减 小损失小损失 功率功率(C)损失功率与输送电压二次方成反比损失功率与输送电压二次方成反比(D)损失功率与输电线上电压降成反比损失功率与输电线上电压降成反比A B C第30页2.2.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，向远距离输电输电线总电阻伏，向远距离输电输电线总电阻R=8欧。现欧。现要求输电损耗为要求输电损耗为5%，用户得到电压恰好为，用户得到电压恰好为220伏，则：伏，则：画出输电线路示意图；画出输电线路示意图；求出所用变压器原副线圈匝数比求出所用变压器原副线圈匝数比。解：线路上损耗功率为解：线路上损耗功率为P=5000 W，P=I2 2 R,电流为电流为I2=25A，线路上电压为线路上电压为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第31页【海南高考海南高考海南高考海南高考】经过一阻值经过一阻值R=100R=100电阻交变电流电阻交变电流如图所表示，其周期为如图所表示，其周期为1s.1s.电阻两端电压有效值为电阻两端电压有效值为 ()()1i/At/s 0.50.10.2-0.1-0.20高考再现高考再现第32页【江苏高考江苏高考】.如图所表示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上滑片P 处于图示位置时,灯泡L 能发光.要使灯泡变亮,能够采取方法是（）A.向下滑动滑片PB.增大交流电源电压 C.增大交流电源频率D.减小电容器C 电容答案：答案：BCBC答案：答案：B第33页【广东高考广东高考】.如图，理想变压器原、副线圈匝数比如图，理想变压器原、副线圈匝数比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）.以下说法正确是以下说法正确是A.A.电流频率为电流频率为100Hz100HzB.VB.V读数为读数为24V24VC.AC.A读数为读数为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 D第34页1、交流发电机在工作时电动势为、交流发电机在工作时电动势为e=Emsin(t)，若将，若将其线圈转速提升为原来两倍，则其电动势表示式变其线圈转速提升为原来两倍，则其电动势表示式变为（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、当堂检测第35页2 2、如图所表示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于、如图所表示，一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线轴匀速转动，则以下说法中正确是（磁感线轴匀速转动，则以下说法中正确是（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，线圈交流电动势最大时刻，线圈交流电动势最大DD、t t1 1到到 t t2 2时间内，线圈交流电动势在增大时间内，线圈交流电动势在增大感应电动势感应电动势最大，为何最大，为何？感应电动感应电动势势为零，为零，为何？为何？第36页 3.某交流发电机产生感应某交流发电机产生感应电动势与时间关系，如图所电动势与时间关系，如图所表示，假如其它条件不变，表示，假如其它条件不变，仅使线圈转速加倍，则交流仅使线圈转速加倍，则交流电动势最大值和周期分别变电动势最大值和周期分别变为（为（）A400V，0.02s B200V,0.02sC400V,0.08s D200V,0.08s 解：从图中看出，该交流电最大值和周期分解：从图中看出，该交流电最大值和周期分别是：别是：Em100V，T0.04s，而最大值，而最大值EmNBS，周期，周期T2；当线圈转速加倍时，；当线圈转速加倍时，2，故，故Em2Em200V，TT20.02s.故选故选B。第37页3.3.如图如图所表示为某正弦交流电流图像，求其峰所表示为某正弦交流电流图像，求其峰值、周期和角速度，并写出该电流瞬时值表示值、周期和角速度，并写出该电流瞬时值表示式。式。解析：从图中可看出交变解析：从图中可看出交变电流周期电流周期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角度时线圈从中性面转过角度为为45。由电流表示式由电流表示式iImsint得：得：14.14Imsin45Im14.14sin4520A2T314rad/s.故此电流瞬时表示式为故此电流瞬时表示式为i20sin314t第38页4.如图表示一交流电流随时间改变图像，此交如图表示一交流电流随时间改变图像，此交变电流有效值是多大？变电流有效值是多大？第39页 解析：解析：交流有效值等于热效应与此交流等效直流电交流有效值等于热效应与此交流等效直流电值，为分析方便，可选交流电一个周期进行研究。设值，为分析方便，可选交流电一个周期进行研究。设此交变电流有效值为此交变电流有效值为I，依据交流有效值定义，有：，依据交流有效值定义，有：所以：所以：第40页5.图中两交变电流经过相同电阻图中两交变电流经过相同电阻R。求：。求：（1）分别写出它们有效值、周期和频率。）分别写出它们有效值、周期和频率。（2）计算它们在）计算它们在R上产生功率之比。上产生功率之比。第41页解析：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，电流大小不变、方向作周期改变，因为热效交流电，电流大小不变、方向作周期改变，因为热效应与电流方向无关，因而它有效值为应与电流方向无关，因而它有效值为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）21:2第42页6.如图所表示，矩形线圈匝数为如图所表示，矩形线圈匝数为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匀强磁场中绕匀强磁场中绕OO轴以轴以角速度角速度匀速转动，外电路电阻为匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位。在线圈由图示位置转过置转过90过程中，求：过程中，求：(1)经过电阻经过电阻R电量电量q；解析：解析：在此过程中，穿过线圈磁通量改变在此过程中，穿过线圈磁通量改变所用时间所用时间产生平均电动势为产生平均电动势为平均电流为平均电流为 经过经过R电量电量 第43页（2）电阻）电阻R上产生焦耳热上产生焦耳热Q 在此过程中电阻在此过程中电阻R上焦耳热为一个周期内上焦耳热为一个周期内产生焦耳热产生焦耳热14，第44页7.边长为边长为a单匝正方形线圈在磁感应强度为单匝正方形线圈在磁感应强度为B匀强磁场匀强磁场中，以中，以OO为轴匀速转动，角速度为为轴匀速转动，角速度为，转轴与磁场，转轴与磁场方向垂直，线圈电阻为方向垂直，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过程中产生热量过程中产生热量Q 解析：解析：第45页(2)线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过T4过程中经过线圈某截面过程中经过线圈某截面电量电量q 解析：解析：第46页8.如图所表示，为一交流发电机结构示意图，矩形线圈如图所表示，为一交流发电机结构示意图，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轴在磁轴在磁感应强度为感应强度为B匀强磁场中以角速度匀强磁场中以角速度匀速转动，线圈电阻匀速转动，线圈电阻为为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角时瞬角时瞬时感应电动势（时感应电动势（2)转动过程中电压表示数转动过程中电压表示数(3)线圈每转一周，线圈每转一周，外力所做功。外力所做功。(不计一切摩擦不计一切摩擦)(4)1/6周期内经过周期内经过R电荷量电荷量adcbBRVOO第47页