专题交变电流教案B

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1、专题 交变电流一、正弦交流电产生及规律1、交变电流1）定义：方向随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。2）产生：能够产生交变电流的发电机是交流发电机；其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于在匀强电场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里，线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次。2、正弦交变电流的规律1）当线圈绕垂直于匀强磁场的磁感线做匀速圆周运动时产生感应电流就是正弦式交流电。2）线圈感应电动势瞬时值表达式为：e=Emsint说明：式中Em是电动势的最大值，对于单匝矩形线圈来说Em=2Blv=BS；对于n匝面积为S的线圈来说Em=nBS3）线圈中感应电流瞬时值表

2、达式为：i=Imsint说明：式中Im是电流的最大值，对于总电阻为R的闭合电路来说Im=Em/R4）电路中某段电压瞬时值表达式为：u=Umsint说明：式中Um=ImR，R是该段电路的电阻值。【例1】某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动,产生交变电流的图象如图所示,由图中信息可以判断（ ）A、在A和C时刻线圈处于中性面位置B、在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C、从AD时刻线圈转过的角度为2 D、若从OD时刻历时0.02s,则在1s内交变电流的方向改变100次3、正弦交流电的图像正弦交流电的电动势、电流、电压图像都是正弦(或余弦)曲线。图像能够反映出表征交流电的物理量，如周期、频率和最大

3、值等。 如图所示，如果计时时刻发生变化，比如滞后T/4开始计时，交流电的图像就成为余弦曲线了。【例2】如图所示,为某交变电动势随时间变化的图象,从图象中可知交变电动势的峰值为 V,周期T是 s,交变电动势变化最快的时刻是 ,穿过产生此电动势的线圈的磁通量变化最快的时刻是 ,若此交流线圈共100匝,则穿过此线圈的最大磁通量是 Wb。4、表征正弦交流电的物理量瞬时值： 交流电某一时刻的数值。最大值： 最大瞬时值，又叫峰值，通常用Em、Im、Um来表示。有效值： 跟交变电流的热效应等效的恒定电流(即直流)的值叫做交流电的有效值，通常用E, I, U来表示。 对于正(余)弦式交流电的有效值和最大值的关

4、系为：E= 、I=、U=。周期和频率： 交变电流完成一次周期性变化所用的时间，叫做交变电流的周期，通常用T表示。 交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，通常用f表示。 T和f互为倒数关系，T=1/f【例3】如图所示,交流发电机转子有n匝线圈,每匝线圈所围面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匀速转动的角速度为,线圈内阻为r,外电路电阻为R.当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中,求:（1）通过R的电荷量q为多少？（2）R上产生的电热QR为多少？（3）外力做的功W为多少？5、有效值与平均值的区别：交流电的有效值是按热效应定义的，对于一个确定的交流电，其交流电的

5、有效值是确定的，与时间无关。 而平均值是由公式E=nQ/t来计算的，它的大小与时间有关，在一个周期内的前半个周期内感应电动势的平均值为最大值的2/倍，而一个周期内的平均感应电动势为零。 在计算交流电通过电阻放的热和热功率时，用有效值，在计算通过导体截面电量时，用平均值。【例4】如图所示表示交变电流的电流随时间变化的图象,此交变电流的有效值是（ ）A、5A B.5A C、3.5A D、3.5A练1：一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为0.36.磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为（ ）A、10-5A B、10-5AC、10-5A

6、 D、10-5A二、电阻、电感和电容对交流电流的作用 感抗和容抗1、电感对交变电流的阻碍作用在交流电路中，电感线圈除本身的电阻对电流有阻碍作用以外，由于自感现象，对电流起着阻碍作用。如果线圈电阻很小，可忽略不计，那么此时电感对交变电流阻碍作用的大小，用感抗(XL)来表示。线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，电感对交变电流的作用就越大，感抗就越大。电感线圈又叫扼流圈，扼流圈有两种：一种是阻直流、通交流的低频扼流圈；另一种是通低频、阻高频的主频扼流圈。2、电容器对交变电流的阻碍作用 电容器的电容越大，交变电流的频率越高，电容对电流的阻碍作用越小，容抗也就越小。由于电容大的电容器对频率高的交流电

7、流有很好的通过作用，因而可以做成高频旁路电容器，通高频、阻低频；利用电容器对直流的阻止作用，可以做成隔直电容器，通交流、阻直流。电阻对交流电流和直流电流一样有阻碍作用，电流通过电阻时做功而产生热效应；电感对交流电流有阻碍作用，大小用感抗来表示，感抗的大小与电感线圈及交变电流的频率有关；电容对交流电流有阻碍作用，大小用容抗来表示，容抗的大小与电容及交变电流的频率有关。【例5】如图所示,三个灯泡是相同的,而且耐压足够,电源内阻忽略.当单刀双掷开关S接A时, 三个灯亮度相同,那S接B时（ ）A、三个灯亮度相同 B、甲灯最亮,丙灯不亮C、甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮 D、只有丙灯不亮,乙灯最亮【例6】

8、如图线圈面积为0.05m2,共100匝,总电阻为r=1；外电阻R=9,线圈处于B=2T/的匀强磁场中.当线圈绕OO以转速n=300r/min匀速转动时,求:（1）若从线圈处于中性面开始计时,写出电动势的瞬时表达式.（2）两电表的示数.（3）线圈转过180的过程中,通过电阻的电荷量。（4）线圈匀速转一圈产生的总热量。四、变压器的工作原理：在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础。几种常见的变压器：按电压变化分类：当n2n1时，u2u1，叫升压变压器；当n2n1时，u2IR。 【例7】如图所示,理想变压器铁芯上绕有A、B、C三个线圈，匝数比为nA:

9、nB:nC=4:2:1,在线圈B和C的两端各接一个相同的电阻R，当线圈A与交流电源连通时，交流电流表A2的示数为I0，则交流电表A1的读数为_I0 。【例8】发电厂输出的交流电压为2.2万伏,输送功率为2.2106瓦,现在用户处安装一降压变压器,用户的电压为220伏,发电厂到变压器间的输电导线总电阻为22欧,求:(1)输电导线上损失的电功率;(2)变压器原副线圈匝数之比。【例9】如图所示，为四种亮度可调的台灯的示意图。它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220V 40W”。当灯泡所消耗的功率都调至20W时，哪种台灯消耗的功率最小? 【例10】如图理想变压器的原、副线圈匝数比n1:n2=4:1，原线

10、圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。 a、b端接一定交流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA：PB=_，两电阻两端电压之比UA:UB=_。 强化训练练1：如图所示,变压器输入 交变电压U一定,两个副线圈的匝数为n2和n3,当把一电阻先后接在a,b间和c,d 间时,安培表的示数分别为I和I，则I：I为（ ）A .n22 :n32 B .: C . n2 :n3 D . n32 :n22练2：有一个理想变压器,原线圈1200匝,副线圈400匝,现在副线圈上接一个变阻器R,如图所示,则下列说法中正确的是 ( ) A .安培表A1与A2的示数之比为3:1 B .伏特表V1与 V2的示数

11、之比为3:1C .当变阻器滑动头向下移动时,原线圈的输入功率将增加D .原、副线圈的功率之比为3:1练3 ：如图,一理想变压器原副线圈匝数比为4:1,图中五只电灯完全相同,若B、C、D、E都能正常发光，则A灯（ ）A .一定能正常发光 B .比正常发光暗 C .比正常发光亮 D .一定被烧坏练4：在某交流电路中,有一正在工作的变压器,原副线圈匝数分别为n1=600,n2=120,电源电压U1=220V，原线圈中串联一个0.2A的保险丝,为了保证保险丝不被烧坏,则( )A .负载功率不超过44w B .副线圈电流最大值不能超过1AC . 副线圈电流有效值不能超过1A D .副线圈电流有效值不能超

12、过0.2A练5：如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为4：1，平行金属导轨与原线圈相连，当导体ab在匀强磁场中匀速运动时，电流表A1示数为12mA，则电流表A2示数为_mA。练6：一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0，则外接一只电阻为95.0的灯泡，如图乙所示，则（ ）A.电压表的示数为220v B.电路中的电流方向每秒钟改变50次C.灯泡实际消耗的功率为484w D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J练7：如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R120 ，R230 ，C为电容器。已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则

13、（ ）A.交流电的频率为0.02 HzB.原线圈输入电压的最大值为200 VC.电阻R2的电功率约为6.67 WD.通过R3的电流始终为零练8：某小型水电站的电能输送示意图如下。发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n，n2。降压变压器原副线匝数分别为n3、n4（变压器均为理想变压器）。要使额定电压为220V的用电器正常工作，则（ ） ABC升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率:小于降压变压器的输入功率练9：如右图，一理想变压器原副线圈匝数之比为4：1 ，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电

14、流表都是理想电表下列结论正确的是（ ）A若电压表读数为6V，则输入电压的最大值为V B若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半C若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍D若保持负载电阻的阻值不变输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍练10：中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500kV的超高压输电，输电线上的损耗电功率为P。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率变为（ ）A.

15、B. C.2P D.4P练11:为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1，A2，导线电阻不计，如图所示。当开关S闭合后 ( )A. A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B. A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C. V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D. V2示数不变，V1与V2示数的比值不变练12：一理想变压器原、副线圈匝数比n1:n2=11:5。原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图所示。副线圈仅接入一个10 的电阻。则（ ）A流过电阻的电流是20 A B与电阻并联的电压表的示数是100VC经过1分钟电阻发出的热量是6103 JD变压器的输入功率是1103W练13：一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2。当R增大时（ ） AI1减小，P1增大 BI1减小，P1减小 CI2增大，P2减小 DI2增大，P2增大