高二物理选修3.2-第五章交变电流知识点总结.doc

第五章 交变电流
5.1 交 变 电 流
一、直流电(DC) 电流方向不随时间而改变
交变电流(AC) 大小和方向都随时间做周期性变化的电流
交流发电机模型的原理简图

二、交变电流的产生
中性面 线圈平面与磁感线垂直的位置叫做中性面
（1）线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的电动势为零
（2）线圈经过中性面时，电流将改变方向，线圈转动一周，两次经过中性面，电流方向改变两次
三、交变电流的变化规律
以线圈经过中性面开始计时，在时刻t线圈中的感应电动势（ab和cd边切割磁感线）

e为电动势在时刻t的瞬时值，
Em为电动势的最大值（峰值）．

四、交流电的图像

五、交变电流的种类

课堂练习

5.2《描述交变电流的物理量》
复习回顾
(一)交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流;简称交流。
其中按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电。
(二)正弦交流电的产生及变化规律
1、产生：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，产生正弦交流电。
2、中性面：跟磁场方向垂直的平面叫做中性面。
这一位置穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中无感应电动势。
3、规律：
瞬时值表达式：从中性面开始计时

一、周期和频率
物理意义：表示交流电变化的快慢
1、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。
2、频率：交变电流一秒内完成周期性变化的次数。
角频率：线圈在磁场中转动的角速度

二、峰值和有效值
3.有效值 定义：E、U、I
根据电流的热效应来规定，让交流与直流分别通过相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个直流的数值叫做这个交流的有效值。
4.正弦交流电的有效值与最大值的关系：

说明：
A、以上关系式只适用于正弦或余弦交流电；
B、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值；
C、交流电流表和交流电压表的读数是有效值
D、对于交流电若没有特殊说明的均指有效值
注意：峰值（最大值）、有效值、 平均值在应用上的区别。
1、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。
2、求通过某导体截面的电量一定要用平均值。

小结
1、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。
2、频率：一秒内完成周期性变化的次数。

3、最大值（峰值）： Em Um Ｉm 　
4、瞬时值： u i e
5、有效值： E U I
（1）定义：根据电流的热效应来规定，让交流电和直流通过相同阻值的电阻，如果他们在一个周期内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这一交流电的有效值。
（2）正弦交流电的有效值与最大值的关系：
注意：A.对于交流电若没有特殊说明的均指有效值
B.在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。
C.求通过某导体截面的电量一定要用平均值。

§2.3电感和电容对交变电流的影响
在直流电路中，影响电流和电压关系的只有电阻，而在交流电路中影响电流和电压关系的除了电阻，还有电感和电容．通过电感和电容对交变电流影响的分析讨论，我们可以进一步认识到交流与直流的区别．
一、交变电流能够通过电容器
• 实验电路如图所示，将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上，观察灯泡的亮暗．

S接直流电源时，灯泡不亮；S接交流电源时，灯泡发光
1．实验表明直流不能通过电容器，而交流能够“通过”电容器．
2．对电容器“隔直流、通交流”的理解
　　电容器的两极板间用绝缘介质隔开，因此直流不能通过．
　　电容器接上交流电源时，自由电荷并未通过极板间的绝缘介质，只是在交变电压的作用下，电容器交替地进行充、放电，电路中有了电流，表现为交流“通过”了电容器．
二、电容器对交变电流的阻碍作用

1．电容器对交流有阻碍作用．

2．容抗：电容对交变电流阻碍作用的大小叫做容抗，用XＣ表示．
3．影响容抗的因素：电容器的电容和交变电流的频率.电容越大，频率越高，容抗越小．

4．实际应用P49
隔直电容器——通交流、隔直流．
旁路电容器——通高频、阻低频．
三、电感对交变电流的阻碍作用

1．电感对交变电流有阻碍作用．
2．感抗：电感对交变电流阻碍作用的大小叫做感抗，用XL表示．
3．成因：由于交变电流是不断变化的，所以在电感上产生自感电动势，自感电动势是阻碍电流变化的．
4．影响感抗的因素：线圈的自感系数和交变电流的频率，电感越大，频率越高，感抗越大．
5．实际应用：
低频扼流圈——通直流、阻交流．
高频扼流圈——通低频、阻高频．

5.4 变压器

一、变压器的构造

问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？
变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈电压U2是怎样产生的？

理想变压器
如果在能量转化的过程中能量损失很小，能够略去原、副线圈的电阻，以及各种电磁能量损失，这样的变压器我们称之为理想变压器。这是物理学中又一种理想化模型。
无铜损、铁损、磁损

变压器输入输出电压、电流、功率大小之间的因果关系

六、有多个副线圈的理想变压器的问题
一个原线圈多个副线圈的理想变压器,原线圈匝数为n1,两个副线圈的匝数分别为n2和n3,相应的电压分别为U1、U2和U3,相应的电流分别为I1、I2和I3,根据变压器的工作原理可得:

课堂练习
一台理想变压器原线圈匝数n1＝1100匝,两个副线圈的匝数分别是n2＝60匝,n3＝1200匝.若通过两个副线圈中的电流分别为I2＝10A,I3＝5A,求原线圈中的电流.( 6 A )
如图所示：理想变压器的交流输入电压U1=220V，有两组副线圈，其中n2=36匝，标有“6V，9W”、“12V，12W”的灯泡分别接在两副线圈上均正常发光，求：
（1）原线圈的匝数为n1和另一副线圈的匝数n3.
（2）原线圈的电流I1。

第五章 第五节电能的输送
一、输电线上的功率损失
１．设输电电流为I，输电线电阻为R，则输电线上的功率损失为

2．减少输电线上功率损失的方法
（1）减小输电线的电阻R
①减小输电线长度L：由于输电距离一定，所以在实际中不可能用减小L来减小R．
　②减小电阻率r：目前一般用电阻率较小的铜或铝作导线材料．
　③增大导线的横截面积S，这要多消耗金属材料，增加成本，同时给输电线的架设带来很大的困难．
（2）减小输电电流 I

②提高输电电压U ：
在输送功率P 一定，输电线电阻R一定的条件下，输电电压提高到原来的n倍，输电线上的功率损失降为原来的1/n2倍．
采用高压输电是减小输电线上功率损失的最有效、最经济的措施．

功率关系

二、输电线路上的电压损失
１．电压损失：输电线路始端电压U跟末端电压U’的差值，称为输电线路上的电压损失，DU ＝ U －U’ ，如图所示：

2．造成电压损失的因素
（1）输电线电阻造成电压损失
DU＝IR．
（2）输电线感抗和容抗造成电压损失．
3．减小输电线路上电压损失的方法
（1）减小输电线电阻R
　　对高压输电线路效果不佳．
（2）减小输电电流I
　　　在输送电功率不变的前提下，提高输电电压是有效的措施．

● 目前我国远距离送电采用的电压有110kV、220kV 和330kV 在少数地区已开始采用500kV的超高压送电。
● 目前世界上正在试验的最高输电电压是1150kV。
● 大型发电机发出的电压，等级有 10.5kV、13.8kV、15.75kV、18.0kV。
例：发电机输出电压220V ，输出功率44kW， 每条输电线电阻0.2Ω，求用户得到的电压和电功率各是多少？如果发电站先用变压比为1：10的升压变压器将电压升高，经同样输电线路，后经10：1的降压变压器降压后供给用户， 则用户得到的电压和电功率各是多少？
140V, 28KW 219.2V, 43.84KW
思考：有一台内阻为1Ω的发电机，供给一所学校照明电路，如图，升压变压器的匝数比为1：4，降压变压器的匝数比为4：1，输电线总阻为R=4Ω，全校共22个班，每班有“220V,40w”的灯6盏，若要保证全部电灯正常发光，讨论：1）发电机的输出功率多大？
2）发电机的电动势多大？3）输电效率是多少？4）若使用灯数减半并正常发光，发电机的输出功率是否减半？

小结：
输电导线上功率损失DP＝I2R ，电压损失DU＝IR.
提高输电电压是减小功率损失和电压损失的有效途径．
电网输电

12