高二物理人教版選修3-2課件：第五章 交變電流

1、第五章交變電流學(xué)案7 章末總結(jié)專題整合自我檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建交變電流交變電流的產(chǎn)生產(chǎn)生線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞 勻 速轉(zhuǎn)動(dòng)特殊位置線圈平面與中性面重合磁通量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為電流改變方向線圈平面與中性面垂直磁通量為零感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大垂直于磁場(chǎng)的軸零最大交變電流的產(chǎn)生表達(dá)式：eEm (中性面開(kāi)始計(jì)時(shí))，其中Em表征交變電流的物理量最大值：EmnBS有效值：根據(jù) 定義，正弦 交流電E有效周期T與頻率f的關(guān)系：T 或f平均值： sin tnBS電流的熱效應(yīng)E交變電流電感：通直流，阻 ；通低頻，阻電容：通交流，隔 ；通高頻，阻理想變壓器原理： 現(xiàn)象基本規(guī)律I1n1P1P2電能輸送功率損失：P損電壓損失：U損交流高

2、頻直流低頻互感I2n2I2rIr一、交變電流“四值”的計(jì)算和應(yīng)用專題整合1.最大值：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的交變電流最大值EmnBS，在考慮電容器的耐壓值時(shí)應(yīng)根據(jù)交流電的最大值.2.有效值：正弦式交流電的有效值I ，其他交變電流的有效值應(yīng)根據(jù)有效值的定義計(jì)算，求電功、電功率，確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流，要用到有效值；沒(méi)有特殊說(shuō)明時(shí)，交流電的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)指有效值，交流電表的測(cè)量值是有效值，交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓、額定電流是有效值.3.瞬時(shí)值：當(dāng)線圈平面處于中性面時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為eEmsin t.瞬時(shí)值對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的電壓、電流值.例1如圖1所示，交流發(fā)

3、電機(jī)的矩形線圈abcd中，abcd50 cm，bcad30 cm，匝數(shù)n100匝，線圈電阻r0.2 ，外電阻R4.8 .線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.05 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度100 rad/s.圖1(1)求產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值.解析設(shè)abl1，bcl2，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值EmnBl1l2235.5 V答案235.5 V(2)若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，寫(xiě)出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的函數(shù)表達(dá)式.在題圖所示位置時(shí)，電流有最大值，則電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為iImcos t，代入數(shù)值得i47.1cos (100t) A答案i47.1cos (100t) A(3)交流電壓表和交流電流表的示

4、數(shù)各為多少？路端電壓的有效值為UIR160 V即電壓表的示數(shù)為160 V，電流表的示數(shù)為33.3 A.答案160 V33.3 A(4)此發(fā)電機(jī)的功率為多少？解析電動(dòng)勢(shì)的有效值為則發(fā)電機(jī)的功率為PIE5 544 W答案5 544 W(5)從圖示位置起，轉(zhuǎn)過(guò)90過(guò)程中，平均電動(dòng)勢(shì)為多少？通過(guò)線圈截面的電荷量為多少？解析平均電動(dòng)勢(shì)為通過(guò)線圈截面的電荷量答案150 V0.15 C二、交變電流圖象的應(yīng)用交流電的圖象反映了交變電動(dòng)勢(shì)(電流)隨時(shí)間的變化特征，對(duì)正弦式交流電來(lái)說(shuō)，我們可以從圖象中獲取如下信息：1.交流電的周期(T)2.交流電的最大值(Em、Im)圖象上的峰值，知道了最大值，便可計(jì)算出交變電動(dòng)

5、勢(shì)(交變電流)的有效值.3.任意時(shí)刻交流電的瞬時(shí)值圖象上每個(gè)“點(diǎn)”表示某一時(shí)刻交流電的瞬時(shí)值.例2如圖2所示是某正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的 ()A.周期是0.01 sB.最大值是311 VC.有效值是220 VD.表達(dá)式為u220sin t(V)圖2答案BC三、變壓器電路的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析處理此類問(wèn)題的關(guān)鍵是分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系，大致有兩種情況：(1)負(fù)載電阻、原線圈電壓不變，副線圈的電壓、原、副線圈的電流、功率隨匝數(shù)變化而變化.(2)匝數(shù)比、原線圈電壓不變，原、副線圈的電流、功率隨負(fù)載電阻的變化而變化.動(dòng)態(tài)分析該類問(wèn)題的思路可表示為：

6、例3用一理想變壓器給負(fù)載供電，變壓器輸入端的電壓不變，如圖3所示.開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S是斷開(kāi)的.現(xiàn)將開(kāi)關(guān)S閉合，則圖中所有交流電表的示數(shù)以及輸入功率的變化情況是 ()A.V1、V2的示數(shù)不變，A1的示數(shù)增大，A2的示數(shù)減小，P入增大B.V1、V2的示數(shù)不變，A1、A2的示數(shù)增大，P入增大C.V1、V2的示數(shù)不變，A1、A2的示數(shù)減小，P入減小D.V1的示數(shù)不變，V2的示數(shù)增大，A1的示數(shù)減小，A2的示數(shù)增 大，P入減小圖3解析電壓表V1的示數(shù)由輸入電壓決定；電壓表V2的示數(shù)由輸入電壓U1(大小等于電壓表V1的示數(shù))和匝數(shù)比n1/n2決定；電流表A2的示數(shù)由輸出電壓U2(大小等于電壓表V2的示數(shù))和負(fù)載

7、電阻R負(fù)決定；電流表A1的示數(shù)即I1由變壓器的匝數(shù)比n2/n1和輸出電流I2決定；P入隨P出而變化，由P出決定.因輸入電壓不變，所以電壓表V1的示數(shù)不變.據(jù)公式U2n2U1/n1，可知U2也不變，即電壓表V2的示數(shù)不變.又據(jù)I2U2/R負(fù)知，S閉合后R負(fù)減小，故I2增大，電流表A2的示數(shù)增大；輸入電流I1隨輸出電流I2的增大而增大，故電流表A1的示數(shù)增大.因P出U2I2，故P出增大.P入隨P出變化而變化，故P入也增大.故選B.答案B四、遠(yuǎn)距離輸電線路的分析與計(jì)算解決遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題要注意以下兩點(diǎn)：2.分別在“三個(gè)回路”以及“兩個(gè)變壓器”上找各物理量之間的關(guān)系，特別注意以升壓變壓器的副線圈、輸電線

8、、降壓變壓器的原線圈組成的回路，在此回路中利用電路知識(shí)分析電壓關(guān)系和功率關(guān)系.例4發(fā)電機(jī)輸出功率為40 kW，輸出電壓400 V，用變壓比(原、副線圈匝數(shù)比)為15的變壓器升壓后向遠(yuǎn)處供電，輸電線的總電阻為5 ，到達(dá)用戶后再用變壓器降為220 V，求：(1)輸電線上損失的電功率是多少？解析輸電線路如圖所示答案2103 W(2)降壓變壓器的變壓比是多少？解析輸電線上的電壓損失UIR205 V100 V答案9511自我檢測(cè)自我檢測(cè)1.(變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題)如圖4所示，是通過(guò)街頭變壓器降壓給用戶供電的示意圖.輸入電壓是市區(qū)電網(wǎng)的電壓，負(fù)載變化時(shí)輸入電壓不會(huì)有大的波動(dòng).輸出電壓通過(guò)輸電線輸送給用

9、戶，每條輸電線總電阻用R0表示.當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，則 ()圖4A.電壓表 的示數(shù)減小B.電流表 的示數(shù)減小C.電流表 的示數(shù)減小D.電壓表 、 的示數(shù)之差增大由于輸電導(dǎo)線與負(fù)載串聯(lián)，隨著負(fù)載阻值的減小電流增大，輸電導(dǎo)線上的電壓U02I2R0增大，所以負(fù)載兩端的電壓U載U2U0減小，即電壓表 的示數(shù)減小，A正確；電壓表 與電壓表 的示數(shù)之差為輸電線上的電壓，即U0變大，D正確.答案AD2.(交變電流“四值”的應(yīng)用和計(jì)算)如圖5所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，邊長(zhǎng)L10 cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r1 ，線圈繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度2 rad/s，外電路電阻

10、R4 ，求：圖5(1)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值；解析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為EmnBS3.14 V答案3.14 V(2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過(guò)60角時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；解析轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為eEmcos 603.140.5 V1.57 V.答案1.57 V(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)60角的過(guò)程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；解析轉(zhuǎn)過(guò)60角過(guò)程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為答案2.6 V(4)交流電壓表的示數(shù)；解析電壓表示數(shù)為外電路電壓的有效值答案1.78 V(5)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力所做的功；解析線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力所做的功等于電流產(chǎn)生的熱量答案0.99 J答案0.086 6 C3.(遠(yuǎn)距離輸電線路的分析與計(jì)算)圖6為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1和輸電線的電阻、理想變壓器的匝數(shù)均不變，且n1n2n4n3.當(dāng)用戶消耗的功率增大