第十章交变电流

第十章交变电流课标导航课程内容标准：1.知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流。2.通过实验，了解电容器和电感器对交表电流的导通和阻碍作用。3.通过实验，探究变压器电压与匝数的关系。4.了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电是应用高电压的道理。5.了解传感器的工作原理和一般应用。复习导航1.要注意区分瞬时值、有效值、最大值、平均值。⑴瞬时值随时间做周期性变化，表达式为tnBSesin；有效值是利用电流的热效应定义的，计算电功率、交流电表的读出值和用电器标定值均为有效值。⑵最大值是NBSEm来计算，在正弦交流电中最大值是有效值的2倍。⑶平均值只能计算在一段时间内通过导体横截面的电荷量：RNtRtNtIqR为该回路的总电阻。2.对理想变压器问题应该从电磁感应的本质、电压比、电流比和能量的观点几个方面正确理解。3.远距离输电问题应该分段分析，注意各段电压、电流、功率的关系。掌握输送电过程中电能损失的计算方法和提高输电效率的方法4.对于传感器的在现实生活中的应用要会分析原理，分清是那种类型的，是如何把某些非电学量转化成什么电学量的。第1课时交变电流的产生及描述1、高考解读真题品析知识：交流电的“四值”的应用例1.（09年天津卷）9.（6分）（1）如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动，线框中感应电流的有效值I=。线框从中性面开始转过2的过程中，通过导线横截面的电荷量q=解析：电动势的最大值BSEm，电动势的有效值2mEE，电流的有效值RBSREI22；RBSRttRtREtIq。答案：（1）RBS22，RBS点评：本题考查交变流电的产生和最大值、有效值、平均值的关系及交变电流中有关电荷量的计算等知识，同学们一定要熟掌握求什么用交表电流的什么值。热点关注知识：交变电流的产生、“四值”的应用例2.（09年福建卷）16.一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○v的示数为220VB.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484WD.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J解析：A选项：电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图像知电动势的最大值Em=2220V，有效值E=220V，灯泡两端电压VrRREU209，A错选项：由图像知T=0.02S，一个周期内电流方向变化两次，可知1s内电流方向变化100次，B错C选项：灯泡的实际功率459.8WW95209RUP22,C错D选项：电流的有效值ArREI2.2，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为JJrtIQr2.24152.222，D对。答案：D点评：此题不仅考查了交流电四值的应用，还考查了交变电流的产生过程，这些都是基本知识同学们一定要夯实基础。2、知识网络考点1.交变电流的定义及其产生：1.交变电流：大小与方向都随时间做周期性的变化的电流叫交变电流。2．正弦交变电流是随时间按正弦或余弦规律变化的交变电流，其函数图像是正弦曲线3、正弦式交流电的产生（过程如图）考点2.正弦式交变电流的变化规律1.从线圈转至中性面开始计时，tNBSesin若从转至平行磁感线开始计时，tNBSecos2.最大值：NBSEm3．Em与转轴的所在位置和线圈形状无关。线圈转至中性面时,电流方向发生改变,线圈转动一周,电流方向改变两次。考点3.表征正弦交变电流的物理量1.周期和频率①周期:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫做交变电流的周期，通常用T表示，单位是s．②频率:交变电流在1s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,单位是赫兹。③周期和频率的关系是:fTfTTf221,1，④转速(n):单位时间线圈转过的转数。单位r/s或r/min。2.交变电流的最大值有效值①交变电流的最大值（Im和Um）它是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流强弱或电压高低.②交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。说明（1）正弦式交变电流的有效值与其相应的最大值间的关系为：2707.02707.02mmmmmUUIIIEEE，，对于用其他方式产生的交变电流，其有效值与最大值间的关系均须根据有效值的定义作具体分析，计算。（2）通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表读数；交流电器的额定电压、额定电流，保险丝的熔断电流等都是指有效值。（特例：电容器的耐压值是最大值。）（3）①求解交流电产生的热量问题时,必须用有效值。②若计算通过电路某一截面的电量,需用电流的平均值。考点4.电感对交变电流的影响1.电感对交变电流均有阻碍作用。交变电流通过电感线圈时，线圈中产生自感电动势，阻碍电流的变化，形成了对电流的阻碍作用，这种阻碍作用叫感抗。实验表明：线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，线圈的感抗越大，所以，电感线圈在交流电路中有“通直流、阻交流、通低频、阻高频”的特性2.应用：低频扼流圈，高频扼流圈考点5.五、电容对交变电流的影响1.电容对交变电流也有阻碍作用。电容器接到交流电路中后,交替充电和放电,使电路中有交变电流,似乎电流“通过“了电容器,由于电荷在电路中定向移动受到电容器极板上积聚电荷的反抗，因此产生对交变电流的阻碍作用，这种阻碍作用叫容抗。实验表明：电容越大，交变电流的频率越高，电容的容抗越小。电容在交流电路中有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特性。2.应用：隔直电容：通交流，阻直流旁路电容：通高频，阻低频3、复习方案基础过关重难点：交变电流的有效值(改编)例3.如图为一交流电流随时间变化的图象，交流电的有效值为．解析：取一个周期：交变电流：①RtIQ21恒定电流：②2)23(2)24(222tRtRQ，③21QQ由①②③得：I=5A答案：5A点评：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。一定要根据这种等效思想求解。典型例题：交变电流的产生过程以及规律应用(原创)例4.矩形线框垂直于匀强磁场且位于线框平面的轴匀速转动时产生交变电流，下列说法正确的是（）A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势为零．每当线框掠过中性面时，感应电动势和感应电流方向就改变一次D．线框经过中性面时各边切割磁感线的速度为零解析：A选项：当线框位于中性面时，属于完全不切割，线框中感应电动势为零。A选项错，D选项对。B选项：当穿过线框的磁通量为零时，线框中平面与磁场平行，属于完全切割感应电动势最大。B选项错。C选项：每当线框掠过中性面时，感应电动势和感应电流方向就改变一次。C选项对。答案：CD(原创)例5.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图像如图，则在时刻（）A、t1，t3线圈通过中性面B、t2，t4线圈中磁通量最大C、t1，t3线圈中磁通量变化率最大D、t2，t4线圈平面与中性面垂直解析：AC选项：t1，t3电动势为零，磁通量的变化率为零，线圈通过中性面。A选项对，C选项错。BD选项：t2，t4电动势最大，线圈平面与磁场平行及与中性面垂直线圈中磁通量为零。B选项错，D选项对。答案：AD（改编）例6.线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图示可知（）A．在A和C时刻线圈处于磁通量变化率最大位置B．在A和C时刻穿过线圈的磁通量为最大C、在B时刻到D时刻线圈转过的角度为π弧度D．若从B时刻到D时刻经过0.01s，则在1s内交变电流的方向改变100次解析：AB选项：在A和C时刻，电流最大属于完全切割，线圈中电动势为最大，磁通量变化率最大，磁通量为零。A选项对，B选项错。CD选项：在B时刻到D时刻，电流为零到电流为零且相邻。线圈转过的角度为π弧度，则在1s内交变电流的方向改变100次CD选项对。答案：ACD点评：交变电流的产生过程以及规律应用在高考题中往往以选择题形式出现，考的方面还是比较多的，比如中性面、感应电动势、感应电流、磁通量、磁通量的变化率、电流方向改变位置、时刻等，这都要求同学们对过程理解透彻并能从中得出规律。第2课时变压器电能的输送1、高考解读真题品析知识：变压器的知识例1.（09年江苏物理）6．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1：5，原线圈两端的交变电压为202sin100Vut氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有A．开关接通后，氖泡的发光频率为100HzB．开关接通后，电压表的示数为100VC．开关断开后，电压表的示数变大D．开关断开后，变压器的输出功率不变解析：A选项：交变电压的频率为502100fHz，一个周期内电压两次大于100V，即一个周期内氖泡能两次发光，所以其发光频率为100Hz，A选项正确。B选项：由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值为22201UV=20V，由2121UUnn得副线圈两端的电压为1002UV，电压表的示数为交流电的有效值，B选项正确。C选项：开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，C选项错误。D选项：断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D选项错误。答案：AB点评：本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解。热点关注：知识：变压器工作原理、远距离输电（09年山东卷）19．某小型水电站的电能输送示意图。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A．3214nnnnB．3214nnnnC．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大于降压变压器的输入功率解析：ABC选项：根据变压器工作原理可知122220nnU，334220nUn，由于输电线上损失一部分电压，升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，有23UU，所以3214nnnn，A选项正确，BC选项不正确。D选项：升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率，D选项正确。答案：AD点评：理想变压器的两个基本公式是：⑴1222UnUn，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。⑵12PP，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有12212211,nnIIIUIU。远距离输电，从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P2，P3=P4，P1/=Pr=P2。电压之间的关系是：3311232244,,rUnUnUUUUnUn。电流之间的关系是：3124232143,,rIInnIIIInIn。输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用222,rrPIrUIr，而不能用2rrUPr。特别重要的是要会分析输电线上的功率损失212221rPLPUSUS。、知识网络考点1.变压器1.变压器的构造:变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线