浙江版2020版高考物理一轮复习第23讲交变电流课件.ppt

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1、第23讲交变电流,一 交变电流,二 交变电流的产生,三 正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值,四 电感和电容对交变电流的影响,教材研读,五 理想变压器,六 远距离输电,突破一 交变电流的产生和描述,突破二 电感和电容对交变电流的影响,突破三 理想变压器及其有关物理量的动态分析,重难突破,突破四 远距离输电,一、交变电流 定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流。 二、交变电流的产生,教材研读,1.线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。,2.两个特殊位置的特点 a.线圈平面与中性面重合时,SB,最大,=0,e=0,i=0, 电流方向将发生改变。 b.线圈平面与中性面垂直时,SB,=0,最大,e

2、最大,i最大,电 流方向不改变。,3.电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次。 4.交变电动势的最大值Em=nBS。,三、正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值,1.周期和频率 (1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s)。 (2)频率(f):交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz)。 (3)周期和频率的关系:T=或f=。,(2)峰值:交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值,也叫最大值。 (3)有效值:跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值。

3、对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系为:E=,U =,I=。,四、电感和电容对交变电流的影响,1.电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示;电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示。 2.线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,感抗越大;电容器的电容越大,交变电流的频率越高,容抗越小。 3.在交流电路中,电感对电路的作用是“通直流、阻交流,通低频、阻高频”;电容对电路的作用是“通交流、隔直流,通高频、阻低频”。,五、理想变压器,1.工作原理:互感现象。,2.基本关系式 (1)功率关系:P入=P出。 (2)电压关系:只有一个副线圈时,U1/n1=U2/n2;有多个副线圈时,U1/n1=U2

4、/n2=U3/n3=。 (3)电流关系:只有一个副线圈时,I1n1=I2n2。,3.几种常用的变压器 (1)自耦变压器调压变压器。 (2)互感器。 4.理想变压器的理解 (1)没有能量损失; (2)没有磁通量损失。,六、远距离输电,1.输电过程(如图所示),2.输送电流 (1)I=;(2)I=。,6.降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻,由电阻定律R=可知,在输电距离一定的情况 下,为了减小电阻,应采用电阻率小的材料,也可以增加导线的横截面积。 (2)减小输电导线中的输电电流,由P=UI可知,当输送功率一定时,提高输电电压,可以减小输电电流。,1.判断下列说法的正误: (1)矩形线圈

5、在匀强磁场中匀速转动时,一定会产生正弦式交变电流。() (2)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时,线圈中的感应电动势为零,电流方向发生改变。() (3)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值。() (4)交变电流的峰值总是有效值的倍。(),(5)理想变压器的基本关系式中,电压和电流均为有效值。() (6)正常工作的变压器,当副线圈与用电器断开时,副线圈两端无电压。() (7)变压器副线圈并联更多的用电器时,原线圈输入的电流随之减小。() (8)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失。 ( ) (9)高压输电通过减小输电电流来减少电路的发热损耗。() (10)在输

6、送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越大。(),2.(多选)关于中性面,下列说法正确的是(AC) A.线圈在转动中经过中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零 B.线圈在转动中经过中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大 C.线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次 D.线圈每转动一周经过中性面一次,所以线圈每转动一周,感应电流的方向就改变一次,3.北京市东城区民用电网改造完成后,某居民小区变压器输出端的交变电压瞬时值表达式为u=220 sin 100t(V),对此交变电压,下列表述正确的是(A) A.最大值是220 VB.频率是100 Hz

7、C.有效值是220 VD.周期是0.01 s,4.(多选)理想变压器的原、副线圈匝数比n1n2=101,原线圈两端接交流电源,则(BC) A.原、副线圈中电流频率之比f1f2=101 B.原、副线圈两端电压之比为U1U2=101 C.原、副线圈内交变电流之比I1I2=110 D.变压器输入和输出功率之比P1P2=101,突破一交变电流的产生和描述,重难突破,交变电流“四值”的比较,典例1(多选)图甲为交流发电机的原理图,正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO匀速转动,电流表为理想交流电表,线圈中产生的交变电流随时间的变化如图乙所示,则(BD) A.线圈转动的角速度为50 rad/s B.

8、电流表的示数为10 A C.0.01 s时线圈平面和磁场平行 D.0.01 s时线圈的磁通量变化率为0,解析角速度=100 rad/s,选项A错误;由题图乙可知交流电电流 的最大值Im=10 A,周期T=0.02 s,I=10 A,由于电流表的示数为有效值, 故示数为10 A,选项B正确;0.01 s时线圈中的感应电流为0,则穿过线圈的磁通量为最大,磁通量变化率为0,故线圈平面与磁场方向垂直,选项C错误,D正确。,方法总结 解决交变电流图像问题的三点注意 (1)只有当线圈从中性面位置开始计时,电流的瞬时值表达式才是正弦 形式,其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关。 (2)注意

9、峰值公式Em=nBS中的S为有效面积。 (3)在解决有关交变电流的图像问题时,应先把交变电流的图像与线圈的转动位置对应起来,再根据特殊位置求特征解。,1-1如图甲所示,在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,有一矩形单匝线圈,其面积为S,总电阻为r,线圈两端外接一电阻R和一个理想交流电流表。若线圈绕对称轴OO以角速度做匀速转动,图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像,下列说法正确的是(D),A.在t1t3时间内,穿过线圈平面的磁通量的变化量为BS B.在t3t4时间内,通过电阻R的电荷量为,C.在t3时刻穿过线圈平面的磁通量的变化率 为2BS D.在t3时刻电流表的示数为,1-2(

10、多选)如图甲为风力发电机的简易模型,在风力的作用下,风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动,转速与风速成正比。某一风速时,线圈中产生的正弦式电流如图乙所示,则(AD),A.电流的表达式为i=0.6 sin 10t (A) B.磁铁的转速为10 r/s C.风速加倍时电流的表达式为 i=1.2 sin 10t (A) D.风速加倍时线圈中电流的有效值为0.6 A,解析通过题图乙可知电流的最大值为0.6 A,周期T=0.2 s,故=10 rad/s,故电流的表达式为i=0.6 sin 10t (A),故A正确;电流的周期为T=0.2 s,故磁铁的转速为n= r/s=5 r/s,故B错误;风速加倍时,角

11、速度加倍, 根据Em=nBS可知产生的感应电动势加倍,形成的感应电流加倍,故风速加倍时电流的表达式为i=1.2 sin 20t (A),故C错误;根据C项分析,形成的感应电流Im=1.2 A,故有效值为I= A=0.6 A,故D正确。,突破二电感和电容对交变电流的影响,1.影响电感器对交变电流的阻碍作用的因素:电感器的自感系数、交变电流的频率。 电感器的自感系数越大,对交变电流的阻碍作用越大。 交变电流的频率越高,对交变电流的阻碍作用越大。 2.影响电容器对交变电流阻碍作用的因素:电容器的电容、交变电流的频率。 电容器的电容越大,对交变电流的阻碍作用越小。 交变电流的频率越高,对交变电流的阻碍

12、作用越小。,典例2如图所示,A、B、C为三个相同的灯泡(设其电阻值保持不变),a、b、c为与之串联的三个常用元件,如:电感线圈、电容器或电阻。E1为稳恒直流电源,e2为正弦交流电源。当开关S接“1”时,A、B两灯均正常发光,C灯不亮;当开关S接“2”时,A灯仍正常发光,B灯变暗,C灯正常发光。由此可知(A) A.a元件是电阻 B.b元件是电容器 C.c元件是电感线圈 D.由于电源e2的电动势E2与E1的大小关系未知,无法判断b、c元件各是什么,解析由题意,当开关S接“1”直流电源时,A、B两灯均正常发光,C灯不亮说明c为电容器;当接“2”交流电源时,A灯仍正常发光说明a元件对交流电和直流电的影

13、响相同,则a为电阻;B灯变暗,说明b元件对交流电的阻碍作用比直流电阻碍作用大,则b为电感线圈。,2-1(多选)关于对感抗、容抗的理解,下面说法正确的有(ABC) A.感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势而对电流的变化产生的阻碍作用 B.当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流 C.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器 D.感抗和电阻等效,对任何交变电流都是一个确定值,解析感抗产生的机理就是通过电感的电流发生变化,电感中会产生自感电动势阻碍原电流的变化,这种对变化电流的阻碍作用就是感抗。电容器实质上是通过反复充、放电来实现通电的,并无电荷通过电容器。,

14、突破三理想变压器及其有关物理量的动态分析,1.关于理想变压器的四点注意 (1)变压器不能改变直流电压。 (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交变电流的频率。 (3)理想变压器本身不消耗能量。 (4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。,2.含有变压器的动态电路问题的解题思路,典例3(多选)如图,理想变压器原、副线圈匝数比n1n2=21,和 均为理想电表,灯泡电阻RL=6 ,A、B端电压u1=12 sin 100t (V)。下 列说法正确的是(AD) A.电流频率为50 Hz B.的读数为24 V C.的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W,解析由=2f

15、=100 rad/s得:f=50 Hz,A正确。有效值U1=12 V,又由 =得:U2=6 V,I2=1 A,选项B、C错。由P入=P出得:P1=P2=U2I2=6 W,D 选项对。,3-1(多选)如图所示,将额定电压为60 V的用电器通过一理想变压器接在正弦交流电源上。闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(BD) A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1n2=113,解析根据理想变压器的变压规律,可得n1

16、n2=U1U2=113,D选项正确;理想变压器的输入功率等于输出功率,P入=P出=602.2 W=132 W,A选项错误;根据理想变压器的变流规律,即I1I2=n2n1,可得通过原线圈的电流的有效值为I1=I2=0.6 A,B选项正确;通过变压器的是正弦交流电, 所以副线圈的电流的最大值为Im=I2=2.2 A,C选项错误。,典例4(2016天津理综,5,6分)如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(B) A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大 B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大 C.当滑动变阻器的滑动触头P

17、向上滑动时,电流表A1示数变大 D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大、A2示数变大,解析由于原、副线圈两端电压不变,当滑动变阻器滑动触头P向上滑动时,连入电路的电阻变大,所在电路总电阻变大,副线圈中电流减小,R1中电流减小,R1消耗的功率减小,A项错误;R1中电流减小,则R1两端电压减小,而副线圈两端电压不变,所以滑动变阻器两端电压增大,电压表示数变大,B项正确;副线圈中电流减小,原线圈中电流随之减小,故C项错误;若闭合开关S,负载电路的总电阻减小,副线圈中电流增大,R1中电流增大,则R1两端电压升高,R2两端电压减小,A2示数变小,D项错误。,4-1(多选)图示为学校配电房向各个教室的供电

18、示意图,T为理想变压器,原、副线圈的匝数比为51,原线圈接在U=1 100 sin 100t(V)的 交流电压上。V1、A1为监控市电供电端的电压表和电流表,V2、A2为监控校内变压器的输出电压表和电流表,R1、R2为教室的负载电阻,V3、A3为教室内的监控电压表和电流表,配电房和教室间有相当长的一段距离,则当开关S闭合后( ),A.副线圈上交流电的频率为50 Hz,电压表V2的示数为220 V B.电流表A1、A2和A3的示数都变大 C.电压表V1和V2的示数不变,V3的示数减小 D.副线圈上的功率增加,解析原线圈接在U=1 100 sin 100t(V)的交流电压上,所以交流电 的频率为f

19、= Hz=50 Hz,由电压之比等于匝数正比知=5,又U1=1 1 00 V,解得U2=220 V,故A正确;当开关闭合后,副线圈的总电阻变小,由于升压变压器的输入电压不变,则输出电压不变,即U2不变,可知输电线中的电流增大,即A2增大,则输电线上损失的电压增大,可知用户端得到的电压减小,即U3减小,所以通过R1的电流减小,即A3减小,副线圈中电流决定原线圈中的电流,根据=知,原线圈中的电流I1增大,所以A1示数增 大,故B错误,C正确;原线圈中的电流I1增大,原线圈中电压不变,所以功率变大,故副线圈上的功率增加,故D正确。,4-2(多选)如图所示,理想变压器的原线圈a、b两端接正弦式交变电压

20、,副线圈c、d两端通过输电线接三只相同的灯泡L1、L2、L3,输电线的等效电阻为R,当开关由原来的断开状态变为闭合状态时,下列说法正确的是(ABC) A.输电线上的电压增大 B.通过原线圈的电流增大 C.通过灯泡L1的电流减小 D.变压器的输入功率减小,解析开关由原来的断开状态变为闭合状态,由=得副线圈线路总 电压不变,而总电阻减小,总电流增大,则R两端电压增大,L1两端电压减小,通过L1的电流减小,A、C正确;由=得原线圈电流增大,输入功率 增大,B正确,D错误。,突破四远距离输电,1.远距离输电的处理思路 对高压输电问题,应按“发电机升压变压器远距离输电线降压变压器用电器”,或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。,解析由理想变压器输出功率决定输入功率可得,当用户功率增大时,升压变压器的输入功率必增大,即P1增大,输入电压U1为定值不变,升压变压器的匝数不变,故输出电压U2不变,由于P1增大,由P1=U1I1=P2=U2I2可得,I1增加,P2、I2增加,由闭合电路欧姆定律得U3=U2-I2R,故U3减小,降压变压器原、副线圈匝数不变,所以U4减小,故选项A错误、选项B正确;由于用户功率增加,即P4增加,理想变压器无功率损耗可得:P3=P4,功率P3也增加,由以上分析可知P1、P2增大,故选项C错误、选项D正确。,