高中物理交变电流

交变电流1、交变电流强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交变电流．如图13—1—1（a）（b）（c）所示的电流都属于交变电流．图13—1—1其中，按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流．如图13—1—1（a）所示．2、正弦式电流的产生和规律1．产生：在匀强磁场里，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦交变电流．2．规律：（1）函数形式：N匝面积为S的线圈以角速度ω转动，从中性面开始计时，则e＝NBSωsinωt．用Em表示最大值NBSω，则ｅ＝Emsinωt．电流i＝Re＝REmsinωt＝Imsinωt．（2）用图象展现其规律如图13—1—1（a）．例：矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如图所示.下列说法中正确的是（）A.此交流电的频率为0.2HzB.此交流电动势的有效值为1VC.t=0.1s时，线圈平面与磁场方向平行D.线圈在转动过程中穿过线圈的最大磁通量为1/（100π）Wb解析:由图象可以看出，该正弦交流电电动势的峰值为1V，则其有效值为2V/2，B错误.其周期为0.2s，则其频率为5Hz，A错误.t=0.1s时，电动势为零，处于中性面位置，线圈平面与磁场方向垂直，C错误.由f=5Hz可得ω=10πrad/s,代入Em=nΦω可得Φ＝1/（100π）Wb,D正确.答案:D31．瞬时值：交变电流某一时刻的值．2．最大值：即最大的瞬时值．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．对正弦式交流电，其有效值和最大值间关系为：E＝Em／2，U＝Um／2，I＝Im／2．4．周期和频率：交变电流完成一次周期性变化所用的时间叫周期；1s内完成周期性变化的次数叫频率．它们和角速度间关系为：ω＝T2＝2πf．四、电阻、感抗、容抗的区别5、变压器及其原理变压器是利用电磁感应原理来改变交变电压的装置．对理想变压器，其原、副线圈两端电压U1、U2，其中的电流I1、I2和匝数N1、N2的关系为：12212121NNII,NNUU．例：如图，理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u＝U0sinωt的交流电源，副线圈接一个R＝27.5Ω的负载电阻.若U0＝2202V，ω＝100πrad/s，则下述结论正确的是（）A.副线圈中电压表的读数为55VB.副线圈中输出交流电的周期为1/100πsC.原线圈中电流表的读数为2AD.原线圈中的输入功率为1102W解析：原线圈电压有效值U1=220V，由电压比等于匝数比可得副线圈电压U2=55V，A正确；电阻R上的电流为2A，由原副线圈电流与匝数的关系，可得电流表示数为0.5A，C错误；输入功率为P=220×0.5W=110W，D错误；周期T=2πω=0.02s，B错误.答案：A6、高压输电为减小输电线路上的电能损失，常采用高压输电．这是因为输送功率一定时，线路电流I＝UP，输电线上损失功率P′＝I2R线＝22URP线，可知P′∝21U．【方法解析】1．交流瞬时值表达式的具体形式是由开始计时的时刻和正方向的规定共同决定的．若从中性面开始计时，该瞬时虽然穿过线圈的磁通量最大，但线圈两边的运动方向恰和磁场方向平行，不切割磁感线，电动势为零，故其表达式为：ｅ＝Emsinωt；但若从线圈平面和磁场平行时开始计时，虽然该时刻穿过线圈的磁通量为零，但由于此时线圈两边的速度方向和磁场方向垂直，电动势最大，故其表达式为：ｅ＝Emcosωt．2．若线圈匝数为N，当其在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，所产生的感应电动势的最大值为：Em＝NBSω．即Em仅由N、B、S、ω四个量决定，与轴的具体位置和线圈的形状都是无关的．3．理想变压器各线圈两端电压与匝数成正比的关系，不仅适用于原、副线圈只有一个的情况，而且适用于多个副线圈的情况；这是因为理想变压器的磁通量是全部集中在铁芯内的，因此穿过每组线圈的磁通量的变化率是相同的，因而每组线圈中产生的电动势和匝数成正比．在线圈内阻不计的情况下，线圈两端电压即等于电动势，故每组线圈两端电压都与匝数成正比．但电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈，该关系即不适用．由于输入功率和输出功率相等，所以应有：U1I1＝U2I2＋U2′I2′＋U2″I2″＋……．4．对原、副线圈匝数比（21nn）确定的变压器，其输出电压U2是由输入电压决定的，U2＝12nnU1；在原、副线圈匝数比（21nn）和输入电压U1确定的情况下，原线圈中的输入电流I1却是由副线圈中的输出电流I2决定的：I1＝12nnI2．（当然I2是由所接负载的多少而定的．）