高二物理交變電流

1、高二物理高二物理 交變電流專題交變電流專題【本講教育信息本講教育信息】一一. . 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律表征交變電流的物理量電感和電容對交變電流的影響 變壓器電能的輸送二二. . 重點、難點重點、難點1、掌握描述交變流電的物理量、圖像及變化規(guī)律。重點理解有效值的概念。2、理解為什么電感對交變電流有阻礙作用知道用感抗來表示電感對交變電流阻礙作用的大小，知道感抗與哪些因素有關(guān)3、理解交變電流能通過電容器，理解為什么電容器對交變電流有阻礙作用知道用容抗來表示電容對交變電流阻礙作用的大小，知道容抗與哪些因素有關(guān)4、知道變壓器的構(gòu)造，知道互感現(xiàn)象是變壓器的工作基礎(chǔ)知道什么是理想變壓器，

2、掌握理想變壓器的原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，并能應(yīng)用它分析解決問題5、掌握理想變壓器中電流與匝數(shù)、功率的關(guān)系，并能應(yīng)用它分析解決問題知道常見的幾種變壓器三知識點精析三知識點精析（一）交變電流基本概念（一）交變電流基本概念1 1、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律電流強(qiáng)度的大小和方向都做周期性的變化，這種電流叫交流電。大小改變方向不變的電流不是交流。交變電流的變化規(guī)律矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動的四個過程：（線圈bc、da始終在平行磁感線方向轉(zhuǎn)動，因而不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，只起導(dǎo)線作用） 。（1）線圈平面垂直于磁感線（a 圖） ，ab、cd 邊此時速度方向與磁感線平行，線圈中沒有感

3、應(yīng)電動勢，沒有感應(yīng)電流。這時線圈平面所處的位置叫中性面。中性面的特點：線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大，感應(yīng)電動勢最小為零，感應(yīng)電流為零。（2）當(dāng)線圈平面逆時針轉(zhuǎn)過 900時（b 圖） ，即線圈平面與磁感線平行時，ab、cd 邊的線速度方向都跟磁感線垂直，即兩邊都垂直切割磁感線，這時感應(yīng)電動勢最大，線圈中的感應(yīng)電流也最大。（3）再轉(zhuǎn)過 900時（c 圖） ，線圈又處于中性面位置，線圈中沒有感應(yīng)電動勢。（4）當(dāng)線圈再轉(zhuǎn)過 900時，處于圖 d 位置，ab、cd 邊的瞬時速度方向，跟線圈經(jīng)過圖（b）位置時的速度方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向也跟在（圖 b）位置相反。（5）再轉(zhuǎn)過 900線圈處于起始

4、位置（e 圖） ，與 a 圖位置相同，線圈中沒有感應(yīng)電動勢。小結(jié)：垂直于磁場的平面叫中性面。線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量最大，但小結(jié)：垂直于磁場的平面叫中性面。線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為零，此位置線圈中的感應(yīng)電動勢為零，且每經(jīng)過中性面一次感應(yīng)電流的磁通量的變化率為零，此位置線圈中的感應(yīng)電動勢為零，且每經(jīng)過中性面一次感應(yīng)電流的方向改變一次。線圈每轉(zhuǎn)一周，兩次經(jīng)過中性面，感應(yīng)電流的方向改變兩次。方向改變一次。線圈每轉(zhuǎn)一周，兩次經(jīng)過中性面，感應(yīng)電流的方向改變兩次。2.2. 線圈中的感應(yīng)電動勢的大小如何變化呢？線圈中的感應(yīng)電動勢的大小如何變化呢？在場強(qiáng)為 B 的勻

5、強(qiáng)磁場中，矩形線圈邊長為 L，逆時針繞中軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為，從中性面開始計時，經(jīng)過時間 t。線圈轉(zhuǎn)動的線速度為，轉(zhuǎn)過的角度為，2/Lvt此時 ab 邊線速度 v 與磁感線的夾角也等于，此時 ab 邊中的感應(yīng)電動勢為同理，cdtabe邊切割磁感線的感應(yīng)電動勢為： cdetBltBlBLveabsin21sin212tBltBlBLvecdsin21sin212就整個線圈來看，因ab、cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電勢方向相同，是串聯(lián)，所以tBStBlesinsin2當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時，即，這時感應(yīng)電動勢最大值2tBSEmtBStBlesinsin2感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式為tEemsin可見在勻強(qiáng)磁場中

6、，勻速轉(zhuǎn)動的線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變化的。即感應(yīng)電動勢的大小和方向是以一定的時間間隔做周期性變化。當(dāng)線圈跟外電路組成閉合回路時，設(shè)整個回路的電阻為 R，則電路的感應(yīng)電流的瞬時值為表達(dá)式：tREReimsin感應(yīng)電流瞬時值表達(dá)式這種按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式電流。tIimsin交流電的電動勢瞬時值和穿過線圈面積的磁通量的變化率成正比。當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，線圈磁通量也是按正弦（或余弦）規(guī)律變化的，若從中性面開始計時，t=0時，磁通量最大，應(yīng)為余弦函數(shù)，此刻變化率為零（切線斜率為零） ，時，磁通量4Tt 為零，此刻變化率最大（切線斜率最大） ，因此從中性面開始計時，感應(yīng)電

7、動勢的瞬時表達(dá)式是正弦函數(shù)，如圖（a） （b）所示分別是和。tmcostEemsin 3.3. 交流電的圖像：交流電的圖像： 交流電的變化規(guī)律還可以用圖像來表示，由前面的甲圖中線圈轉(zhuǎn)動過程中電動勢和電流變化情況，在直角坐標(biāo)系中，橫軸表示線圈平面跟中性面的夾角（或者表示線圈轉(zhuǎn)動經(jīng)過的時間 t） ，縱坐標(biāo)表示感應(yīng)電動勢 e（感應(yīng)電流 i） 。如圖所示（b） 、 （c） 、 （e）所示電流都屬于交流，其中按正弦規(guī)律變化的交流叫正弦交流。如圖（b）所示。而（a） （d）為直流，其中（a）為恒定電流。（二）交變電流基本概念（二）交變電流基本概念1.1. 表征交變電流大小物理量：表征交變電流大小物理量：（

8、1 1）瞬時值）瞬時值：對應(yīng)某一時刻的交流的值，用小寫字母表示， 、 表示電壓， 表eui示電流。（2 2）最大值：）最大值：即最大的瞬時值，用大寫字母表示，如、mU、。，。mImEnsBEmREImm/注意：注意：線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時，所產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的峰值為 ，即僅由匝數(shù) N，線圈面積 S，磁感強(qiáng)度和角速度四個量決定。NBSEmB與軸的具體位置，線圈的形狀及線圈是否閉合都是無關(guān)的。（3 3）有效值：）有效值：物理意義：描述交流電做功或熱效應(yīng)的物理量物理意義：描述交流電做功或熱效應(yīng)的物理量。定義：跟交流熱效應(yīng)相等的恒定電流的值叫做交流的有效值。正弦交流的有效值與峰

9、值之間的關(guān)系是： 。2mEE 2mII 2mUU 注意：注意：正弦交流的有效值和峰值之間具有，的關(guān)系，非正2mEE 2,2mmIIUU弦（或余弦）交流無此關(guān)系，但可按有效值的定義進(jìn)行推導(dǎo)，如對于正負(fù)半周最大值相等的方波電流，其熱效應(yīng)和與其最大值相等的恒定電流是相同的，因而其有效值即等于其最大值。即。mII 交流用電器的額定電壓和額定電流指的是有效值；交流電流表和交流電壓表的讀數(shù)是有效值。對于交流電若沒有特殊說明的指有效值。在求交流電的功、功率或電熱時必須用交流電的有效值。在求交流電的功、功率或電熱時必須用交流電的有效值。（4 4）瞬時值、峰值（最大值）瞬時值、峰值（最大值） 、有效值、平均值、

10、有效值、平均值在應(yīng)用上的區(qū)別瞬時值指交流電某一時刻的值。常用來計算線圈某時刻的受力情況。峰值是交流變化中的某一瞬時值，對純電阻電路來說，沒有什么應(yīng)用意義。若對含電容電路，在判斷電容器是否會被擊穿時，則需考慮交流的峰值是否超過電容器的耐壓值。交流的有效值是按熱效應(yīng)來定義的，對于一個確定的交流來說，其有效值是一定的。交流的有效值是按熱效應(yīng)來定義的，對于一個確定的交流來說，其有效值是一定的。而平均值是由公式確定的，其值大小由某段時間磁通量的變化量來決定，在不tnE同的時間段里是不相同的。如對正弦交流，其正半周或負(fù)半周的平均電動勢大小為，而一周期內(nèi)的平均電動勢卻為零。在計算交流通過電阻產(chǎn)生的熱nBsT

11、BsnE222功率時，只能用有效值，而不能用平均值。在計算通過導(dǎo)體的電量時，只能用平均值，而不能用有效值。在實際應(yīng)用中，交流電器銘牌上標(biāo)明的額定電壓或額定電流都是指有效值，交流電流表和交流電壓表指示的電流、電壓也是有效值，解題中，若題示不加特別說明，提到的電流、電壓、電動勢時，都是指有效值。2.2.表征交變電流變化快慢的物理量：表征交變電流變化快慢的物理量： 周期：電流完成一次周期性變化所用的時間。單位：s。T 頻率：一秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位：。fZH 角頻率：就是線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動的角速度。單位：。srad 角速度、頻率、周期的關(guān)系：。Tf22【例 1】 如圖所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形

12、線圈 abcd 中，ab=cd=50cm，bc=ad=30cm，匝數(shù) n=100，線圈電阻，外電阻。線圈在磁感強(qiáng)度 B=0.05T 的勻強(qiáng)磁場2 . 0r8 . 4R中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度。OO srad /100 （1）求產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值； （2）若從圖示位置開始計時，寫出感應(yīng)電流隨時間變化的函數(shù)表達(dá)式； （3）交流電壓表和交流電流表的示數(shù)各為多少？ （4）此發(fā)電機(jī)的功率為多少？ （5）從圖示位置起，轉(zhuǎn)過 90過程中，平均電動勢多大？通過線框截面電量多大？ （6）從圖示位置起，轉(zhuǎn)過 90過程中，外力做功多少？線框上產(chǎn)生的焦?fàn)枱釣槎嗌伲?分析：分析：本題涉及到交流電的最大值

13、，瞬時值和有效值及平均值，解題時要注意不要混淆概念，要選擇好相應(yīng)的公式。電表上的示數(shù)應(yīng)是外電路的電壓和電流的有效值，功率及功、能的計算也要用有效值。 解：解：（1）設(shè) ab=l1，bc=l2，則交流電動勢的最大值為 EnBl lVm1 22355. （2）根據(jù)閉合電路歐姆定律，電流的最大值 IERrAmm 471 . 在圖示位置時，電流有最大值，則電流的瞬時值表達(dá)式為，代入數(shù)值得tIimcositA 471100. cos（3）電流的有效值為AIIm3 .3322路端電壓的有效值為 U=IR=160V。這樣，電壓表的示數(shù)為 160V，電流表的示數(shù)為33.3A。（4）電動勢的有效值為VEEm16

14、722 則發(fā)電機(jī)的功率為 P=IE=5561W。 （ ）平均電動勢50221501 2EntnBSnBl lV/ 通過線框截面電量qI tERrtntRrtnRrnBl lRrC 1151 2 （6）外力通過克服安培力做功，將其它形式能轉(zhuǎn)化為電能。 WEIEtIEJ電2278/. 線框上產(chǎn)生焦?fàn)枱酫I rtI rJ 222111/.【例 2】 如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中有一個“”形導(dǎo)線框可繞 AB 軸轉(zhuǎn)動，已知勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度，線框的 CD 邊長為 20cm、CE、DF 長均為 10cm，轉(zhuǎn)速為TB2550r/s，若從圖示位置開始計時（1）寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式。 （2）若線框電阻

15、r=3,再將 AB 兩端接“6V，12W”燈泡，小燈泡能否正常發(fā)光？若不能，小燈泡實際功率多大？解析：解析：（1）注意到圖示位置磁感線與線圈平面平行，瞬時值表達(dá)式應(yīng)為余弦函數(shù)，先求出最大值和角頻率。sradn/1002)(2101001 . 02 . 025VBSEm所以電動勢瞬時表達(dá)式應(yīng)為。)(100cos210Vte（2）小燈泡是純電阻電路，其電阻為312622額額puR首先求出交流電動勢有效值此后即可看成恒定電流電路，如圖所示，)(102VEEm顯然由于,，小于額定電壓，不能正常發(fā)光。其實際功率是rR 5V2E燈U)(3 . 83253522WRUP【例 3】 如圖表示一交流隨時間變化的

16、圖像，求此交流的有效值。解析：解析：此題所給交流正負(fù)半周的最大值不相同，許多同學(xué)對交流電有效值的意義理解不深，只知道機(jī)械地套用正弦交流電的最大值是有效值的倍的關(guān)系，直接得出有效值，2而對此題由于正負(fù)半周最大值不同，就無從下手。應(yīng)該注意到在一個周期內(nèi)前半周期和后半周期的有效值是可求的，再根據(jù)有效值的定義，選擇一個周期的時間，利用在相同時間內(nèi)通過相同的電阻所產(chǎn)生的熱量相同，從焦耳定律求得。即:2222212TRITRIRtI21)24(21)22(222I解得：I=A5跟蹤訓(xùn)練：跟蹤訓(xùn)練：如圖所示，表示一交流電的電流隨時間而變化的圖象。此交變電流的有效值是（ ） 。AABACADA. . .5 2

17、535 235【例 4】 如圖中兩交變電流分別通過相同電阻 R。 （1）分別寫出它們的有效值、周期、頻率；（2） 計算它們在R上產(chǎn)生的功率之比。解析：解析：（1）圖甲為正弦交流其有效值，周期 T1=0.4s，頻率AIIm54. 321f12.5Hz；圖乙為方波交流電，電流的大小不變，方向作周期性變化，由于熱效應(yīng)與電流方向無關(guān)，因而它的有效值 I25A，周期 T20.4s，頻率 f22.5Hz。（2）由公式 PI2R 得 P甲P乙12點評：點評：對于非正弦交流電，在計算其有效值時，一定要根據(jù)有效值的定義，利用熱效應(yīng)關(guān)系求解?！纠?5】 電路兩端的交流電壓是 uUmsin314tV，在 t0.00

18、5s 時電壓的值為 10V，則接在電路兩端的電壓表讀數(shù)為多少？解析：解析：交流電表的讀數(shù)應(yīng)是交流電的有效值。由瞬時值求出最大值，再求有效值。答案答案：7.07V。（三）電感和電容對交變電流的影響（三）電感和電容對交變電流的影響1. 對感抗的理解：感抗是表示電感對交變電流阻礙作用大小的物理量。感抗的大小與自身的自感系數(shù)、交變電流的頻率有關(guān)，可用公式2LXfL表示，不作計算要求，單位是歐姆。可見，交流電的頻率越大，線圈的自感系數(shù)越大，感抗就越大。2. 電感對交變電流的阻礙作用：交變電流通過線圈時，電流的大小和方向都不斷變化，線圈中就必然會產(chǎn)生自感電動勢。自感電動勢的作用就是阻礙引起自感電動勢的電流

19、的變化，這樣就形成了對交變電流的阻礙作用。3. 電感在交流電路中的作用：據(jù)電感線圈匝數(shù)的不同?？煞譃閮煞N：（1）低頻扼流圈構(gòu)造：線圈繞在閉合鐵芯閉合鐵芯上，線圈匝數(shù)多，自感系數(shù)很大。作用：對低頻交變電流有很大的阻礙作用。即“通直流、阻交流” 。（2）高頻扼流圈構(gòu)造：線圈繞在鐵氧體芯鐵氧體芯上，線圈匝數(shù)少，自感系數(shù)小。作用：對低頻交變電流阻礙小，對高頻交變電流阻礙大。即“通低頻、阻高頻” 。（四）電容器對交變電流的影響（四）電容器對交變電流的影響1. 交變電流是怎樣通過電容器的？ 將電容器的兩極接在電壓恒定的直流電源兩端，電路中沒有持續(xù)的電流，這是由于電容器兩極間充有絕緣的電介質(zhì)。但如果把電容器

20、接在交變電流兩端，則電路里會有持續(xù)的電流，好像交變電流“通過”了電容器這里特別要注意，在這種情況下電路中的自由電荷也并沒有通過電容器兩極間的絕緣電介質(zhì)，而是在交變電壓的作用下，當(dāng)電源電壓升高時，電容器充電，電路中形成充電電流，當(dāng)電源電壓降低時，電容器放電，電路中形成放電電流，在交變電源的一周期內(nèi)，電容器要交替進(jìn)行充電、放電，反向充電、反向放電，電路中就有了持續(xù)的交變電流，就好像電流通過了電容器2.（1）對容抗的理解：容抗是表示電容對交變電流阻礙作用大小的物理量容抗的大小與自身的電容、交變電流的頻率有關(guān)，可用12CXfC來表示不要求計算單位是歐姆（2）電容對交變電流的阻礙作用：電容對交變電流產(chǎn)生

21、阻礙的原因是，對導(dǎo)線中形成電流的自由電荷來說，當(dāng)電源的電壓推動它們向某一方向做定向移動的時候，電容器兩極板上積累的電荷卻反抗它們向這個方向做定向移動，這就產(chǎn)生了對交變電流的阻礙（3）電容器在交流電路中的作用：隔直電容器：通交流、隔直流旁路電容器：通高頻、阻低頻例例 1. 如圖所示交流電源的電壓有效值跟直流的電壓相等，當(dāng)將雙刀雙擲開關(guān)接到直流電源上時，燈泡的實際功率為1P，而將雙刀雙擲開關(guān)接在交流電源上時，燈泡的實際功率為2P，則 A. 1P=2PB. 1P2PC. 1P2P 特別提示：特別提示：電感線圈在交流電路中的作用是：通直流、阻交流、通低頻、阻高頻 例例 2. 如圖所示，電路中完全相同的

22、三只燈泡 a、b、c 分別與電阻 R、電感 L、電容 C串聯(lián)，然后再并聯(lián)到 220V、50Hz 的交流電路上，三只燈泡亮度恰好相同若保持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到 60Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是 A. 三燈亮度不變 B. 三燈均變亮 C. a 不變、b 變亮、c 變暗D. a 不變、b 變暗、c 變亮 解析：解析：此題考查電容、電感對交變電流的影響，也就是容抗、感抗與交變電流的關(guān)系當(dāng)交變電流的頻率變大時，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，因此 c 變亮b 變暗又因為電阻在直流和交流電路中起相同的作用，故 a 燈亮度不變，所以選 D特別提示：特別提示：在交流電路中一定要弄清感抗與容抗與哪些因

23、素有關(guān)：（1 1）電感對交變電流的阻礙作用的大小用感抗來表示線圈的自感系數(shù)越大，交變電）電感對交變電流的阻礙作用的大小用感抗來表示線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高。電感對交變電流的阻礙作用就越大，感抗也越大流的頻率越高。電感對交變電流的阻礙作用就越大，感抗也越大（2 2）電容對交變電流的阻礙作用的大小用容抗來表示電容器的電容越大，交變電流）電容對交變電流的阻礙作用的大小用容抗來表示電容器的電容越大，交變電流的頻率越高，電容對交變電流的阻礙作用就越小，容抗也越小的頻率越高，電容對交變電流的阻礙作用就越小，容抗也越小（五）變壓器的原理（五）變壓器的原理 1. 變壓器的構(gòu)造變壓器的構(gòu)造如圖所示

24、為變壓器的結(jié)構(gòu)圖，原線圈接電源，副線圈接負(fù)載，兩個線圈都繞在疊合而成的硅鋼片上，硅鋼片都涂有絕緣漆 原線圈 副線圈 鐵芯 2. 變壓器的工作原理變壓器的工作原理 變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng)當(dāng)原線圈上加交流電壓1U時，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通量，在原、副線圈中都要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢如果副線圈是閉合的，則副線圈中將產(chǎn)生交變的感應(yīng)電流，它也在鐵芯中產(chǎn)生交變磁通量，在原、副線圈中同樣要引起感應(yīng)電動勢由于這種互相感應(yīng)的互感現(xiàn)象，原、副線圈間雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈傳遞到副線圈其能量轉(zhuǎn)換方式為：原線圈電能磁場能副線圈電能 說明：說明：互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)：變壓器通過閉

25、合鐵芯，利用互感現(xiàn)象實現(xiàn)了電能向磁場能再到電能的轉(zhuǎn)化 變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)工作的，因此只能工作在交流電路中，如果變壓器接入直流電路，原線圈中的電流不變，在鐵芯中引不起磁通量的變化，沒有互感現(xiàn)象出現(xiàn)，變壓器起不到變壓作用。3. 理想變壓器的規(guī)律理想變壓器的規(guī)律理想變壓器的特點： a 變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁； b 原副線圈不計電阻，即不產(chǎn)生焦耳熱；電動勢關(guān)系：電動勢關(guān)系：由于互感現(xiàn)象，沒有漏磁，原、副線圈中具有相同的磁通量的變化率。如圖根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，原線圈中，副線圈中，所ttnE11tnE22以有1122EnEn。 電壓關(guān)系：電壓關(guān)系：由于不計原、副線圈的電阻，因而11UE,22UE。所以有

26、1122UnUn這與實驗探究得到的規(guī)律相同 若12nn，12UU，就是升壓變壓器；若12nn，12UU，就是降壓變壓器。 輸出電壓2U由輸入電壓1U和1n，2n共同決定，即。1212nnUU 電流關(guān)系：電流關(guān)系：由于不存在各種能量損失，所以變壓器的輸出功率等于輸入功率，12PP，用U、I代換得：1 122U IU I，所以有1221IUIU，再由1122UnUn得：1221InIn，這就是電流與匝數(shù)的關(guān)系，原、副線圈中的電流與匝數(shù)成反比，即。2112nnII 電功率關(guān)系：電功率關(guān)系：輸入功率1P由輸出功率2P決定，負(fù)載需要多少功率。原線圈端就輸入多少功率。 說明：說明：由1221InIn知，對

27、于只有一個副線圈的變壓器：電流與匝數(shù)成反比因此，變壓器高壓線圈匝數(shù)多而通過的電流小，可用較細(xì)的導(dǎo)線繞制，低壓線圈匝數(shù)少而通過的電流大，應(yīng)用較粗的導(dǎo)線繞制 變壓器的輸入功率決定于輸出功率，即用多少給多少同理輸入電流決定于輸出電流，若副線圈空載，輸出電流為零，輸出功率為零，則輸入電流為零，輸入功率為零 變壓器能改變交流電壓、交變電流，但不改變功率和交變電流的頻率不改變功率和交變電流的頻率，輸入功率總等于輸出功率，副線圈中交變電流的頻率總等于原線圈中交變電流的頻率 變壓器的電流關(guān)系也是有效值（或最大值）間的關(guān)系4. 當(dāng)變壓器有多個副線圈組成時，電壓、電流與匝數(shù)關(guān)系當(dāng)變壓器有多個副線圈組成時，電壓、電

28、流與匝數(shù)關(guān)系例例 3. 如圖所示，原線圈匝數(shù)為 n1，兩個副線圈匝數(shù)分別為 n2和 n3，相應(yīng)電壓分別為U1、U2和 U3，相應(yīng)的電流分別為 I1、I2、I3，根據(jù)理想變壓器的工作原理可得 n1 I1 I2 n2 n3 I3 2121nnUU3131nnUU3232nnUU根據(jù)PP入出 得 332211UIUIUI將代入式得 3233222111nnUIUInnUI整理得 332211nInInI以上式即為多個副線圈的理想變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系和電流與匝數(shù)的關(guān)系。說明：說明：變壓器的電壓關(guān)系對有一個或幾個副線圈的變壓器都成立，而電流關(guān)系只適用于有一個副線圈的變壓器，若為多個副線圈，電流關(guān)系要

29、從功率關(guān)系（輸入功率總等于輸出功率）得出，即1 1223 3U IU IU I根據(jù)312123UUUnnn知：電流與匝數(shù)關(guān)系為：1 1223 3n In In I 5. 負(fù)載發(fā)生變化引起變壓器電壓、電流變化的判斷方法負(fù)載發(fā)生變化引起變壓器電壓、電流變化的判斷方法（1）負(fù)載增多，不等于電阻變大。負(fù)載增多對應(yīng)用電器增多，消耗功率增大，其總電阻減小。（2）有關(guān)負(fù)載發(fā)生變化時，電流和電壓如何變化的判斷，先要由判斷 U2是2121nnUU否變化，再根據(jù) U2及負(fù)載電阻變大變小的情況，由歐姆定律確定線圈中的電流 I2的變化情況；最后再由PP入出判斷原線圈中電流的變化情況。6. 線圈串、并聯(lián)的分析和計算方法

30、線圈串、并聯(lián)的分析和計算方法對于線圈的串、并聯(lián)，與電阻的串、并聯(lián)相類似，一方面要判斷兩線圈兩接頭的連接關(guān)系，另一方面還要判斷兩線圈的線向關(guān)系。判斷方法：可假定某時刻一線圈中有某一流向的電流，例如，圖中兩線圈，將 b、c 相連，a、d 作為輸出端，假設(shè)電流從 a 端流入，則兩線圈電流反向，故兩線圈磁通量相抵消，故其匝數(shù)為兩線圈匝數(shù)差。 a b c d 7. 變壓器與分壓器變壓器與分壓器變壓器（如圖甲所示）和分壓器（如圖乙所示）都能起到改變電壓的作用，但二者又有著本質(zhì)的區(qū)別。為了幫助同學(xué)們澄清對這兩種儀器的模糊認(rèn)識，更好地理解和應(yīng)用它們來解決實際問題，現(xiàn)將二者的區(qū)別簡述如下。（1）變壓器是一種電感

31、性儀器，是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的；而分壓器是一種電阻性儀器，是根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理工作的。（2）變壓器只能改變交流電壓，不能改變直流電壓；而分壓器既能改變交流電壓，也可以改變直流電壓。（3）變壓器可以使交流電壓升高或降低；而分壓器不能使電壓升高。（4）對于理想變壓器，電壓與線圈匝數(shù)成正比，即21:nnUUcdab而對于分壓器，電壓與其電阻成正比，即ghefghefnnUU:（5）若在 c d 間，g h 間分別接入負(fù)載電阻 R0后，對于變壓器，Ucd不隨 R0的變化而變化；而對于分壓器，Ugh將隨 R0的增大而增大，隨 R0的減小而減小。（6）理想變壓器工作時，穿過鐵芯的磁通量是一定的，線圈兩

32、端的電壓遵循法拉第電磁感應(yīng)定律，tnE11tnE22而分壓器工作時，回路電流為定值，遵循歐姆定律,efefIRUghghIRU（7）理想變壓器的輸入功率隨輸出功率的變化而變化，即隨之增大而增大，隨之減小而減小，且始終相等，PP入出；而分壓器空載時輸入功率PI Ref入2不變。 例例 4. 一臺理想變壓器，其原線圈 2200 匝，副線圈 440 匝，并接一個 1000 歐姆的負(fù)載電阻，如圖所示 （1）當(dāng)原線圈接在 44V 直流電源上時，電壓表示數(shù)為 V電流表示數(shù)為 A （2）當(dāng)原線圈接在 220V 交流電源上時，電壓表示數(shù)為 V，電流表示數(shù)為 A此時輸入功率為 W，變壓器效率為 解析：解析：（1

33、）原線圈接在直流電源上時，由于原線圈中的電流恒定，所以穿過原、副線圈的磁通量不發(fā)生變化，副線圈兩端不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，故電壓表示數(shù)為零，電流表示數(shù)也為零（ ）由得（電壓表讀數(shù)）（電流表讀數(shù)）效率入出222044022004444100044044441936100%.212121212222UUnnUUnnVVIURAAPPI UWW.答案：答案：（1）0 0 （2）44 0.44 19.36 100% 特別提示：特別提示：（1）變壓器只能改變交流電壓，不能改變直流電壓（2）理想變壓器，效率當(dāng)然是 100（3）交流電壓表與電流表的示數(shù)均為有效值（4）輸入功率取決于輸出功率，即用多少給多少例例 5

34、. 如圖所示，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 3：1，副線圈接三個相同的燈泡，均能正常發(fā)光，若在原線圈所在電路上再串聯(lián)一相同燈泡 L，則（設(shè)電源有效值不變）A. 燈 L 與三燈亮度相同B. 燈 L 比三燈都暗 C. 燈 L 將會被燒壞 D. 無法判斷其亮度情況解析：解析：由于電源有效值不變，設(shè)為 U，當(dāng)在原線圈所在電路上再串聯(lián)一相同燈泡 L 時，燈 L 與線圈分壓，設(shè)原線圈兩端的電壓為 U1，則UUUL1，其中 UL為燈泡 L 兩端電壓，UI RLL1，設(shè)此時接入副線圈的每只燈泡中的電流為 I，則副線圈輸出電流II23，據(jù)電流與匝數(shù)關(guān)系IInn122113得InnII1212，即四只燈泡中的電

35、流相同，故亮度相同。答案：答案：A 特別提示：特別提示：當(dāng)原線圈所在電路串聯(lián)入燈泡 L 后，原線圈兩端的電壓不再等于電源電壓，而是與電燈 L 分壓。此時原線圈類似于一非純電阻用電器，其兩端電壓可據(jù)電源電壓及串聯(lián)的用電器的分壓情況計算。（六）電能的輸送（六）電能的輸送1、高壓送電的原因： 輸送的功率，所以輸電線上的電流強(qiáng)度。輸輸輸I UP輸輸輸U(kuò)PI輸電線的總電阻， 為輸電線的總長度，輸電線上損失的功率。SlRlRI2輸損P遠(yuǎn)距離送電輸電線的電阻不可忽略，在導(dǎo)線上損失的電能不可忽略，在輸電線損失的功率是發(fā)熱功率：。，減小電阻：選用小的， 不可變不能無限RI2輸損PSlRlS加大，只有減小輸送電流

36、。在輸送功率一定時，越大，越小，損失越小。千萬注意輸U(kuò)I送電流，一定，越大，損失功率越小。RUPPUPIRUI22,損應(yīng)是PRU2、遠(yuǎn)距離輸電線路組成：如圖所示，遠(yuǎn)距離輸電線路組成如下：發(fā)電機(jī)升壓變壓器輸電線降壓變壓器用戶U1 I1 n1 P1 U2 U3 U4 n2 n3 n4 I2 I3 I4 P2 P3 P4 輸電線 升壓變壓器輸入電壓，輸出電壓表示；1U2U升壓變壓器輸入電流，輸出電流表示；1I2I升壓變壓器的輸入功率，輸出功率表示；1P2P升壓變壓器主線圈，副線圈；1n2n降壓變壓器輸入電壓，輸出電壓表示；3U4U降壓變壓器輸入電流，輸出電流表示；3I4I降壓變壓器的輸入功率，輸出功

37、率表示；3P4P降壓變壓器主線圈，副線圈；3n4n有以下關(guān)系：有以下關(guān)系：(1)電壓之間的關(guān)系：2121nnUU4343nnUU32U線UU(2)電流之間的關(guān)系：1221IInn3443IInn32III線(3)功率之間的關(guān)系：12PP34PP23PPP線(4) 輸電電流： 323223PUUPIUUR線線(5) 輸電導(dǎo)線上損耗的電功率：222PPI UI RRU2線線線線線線（）(6) 輸電效率：%100P總用P%100PP14(7) 損耗與總功率關(guān)系：1121IURIPP線線線總損耗PP注意：注意：遠(yuǎn)距離輸電中電流之間的關(guān)系最簡單，中只要知道一個，另兩個總32III、線和它相等。因此求輸電

38、線上的電流往往是這類問題的突破口。輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計算時都必須用，而不能用。線線線RIP2線線線RIU線線線RU2P輸電電壓提高到原來的 n 倍，輸電導(dǎo)電線上損失功率減為原來的。21n交變電流檢測題交變電流檢測題 1. 一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈通過中性面時（ ） A. 線圈平面與磁感線方向垂直 B. 通過線圈的磁通量達(dá)到最大值 C. 通過線圈的磁通量變化率達(dá)到最大值 D. 線圈中的電動勢為零 2. 一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 e 隨時間的變化關(guān)系如圖所示，則下列說法中正確的是（ ） A. t1時刻通過線圈的磁通量最大 B

39、. t2時刻通過線圈的磁通量的變化率最大 C. t3時刻通過線圈的磁通量為零 D.每當(dāng) e 的方向改變時，通過線圈的磁通量為零 e O t1 t2 t3 t4 t 3. 矩形線圈長為 a，寬為 b，在勻強(qiáng)磁場中以角速度繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動。設(shè) t=0 時線圈平面與磁場平行，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，則線圈中感應(yīng)電動勢的即時值為（ ） A. Babtsin B. 2Babtcos C. 2Babtsin D. Babtcos 4. 交流發(fā)電機(jī)在工作時的電動勢為eEt0sin，若將其電樞的轉(zhuǎn)速提高 1 倍，其他條件不變，其電動勢變?yōu)椋?） A. Et02sinB. 220Etsin C. Et02s

40、inD. 220Etsin 5. 一只標(biāo)有“220V，100W”的燈泡接在的交流電源上，則（ ）tVU314sin311 A. 該燈泡能正常發(fā)光 B. 與燈泡串聯(lián)的電流表讀數(shù)為 0.64A C. 與燈泡并聯(lián)的電壓表讀數(shù)為 311V D. 通過燈泡的電流itA 064314.sin 6. 在勻強(qiáng)磁場中，一正方形閉合線圈繞垂直磁感線的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，要使線圈中交流電的有效值減半，可行的方法是（ ） A. 只將轉(zhuǎn)速減半 B. 只將磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度減半 C. 只將轉(zhuǎn)速減為原來的22 D. 將轉(zhuǎn)速與磁感應(yīng)強(qiáng)度都減為原來的22 7. 在電阻 R 上分別加如圖（1） 、 （2）所示的交變電壓u1和u2，在較長

41、的相等時間內(nèi)，內(nèi)阻 R 上產(chǎn)生的熱量相等，電阻 R 的阻值變化可以忽略，那么（ ） A. 交變電壓u2的最大值Um等于 U B. 交變電壓u2的最大值Um等于2U C. 交變電壓u1的有效值等于 U D. 交變電壓u1的有效值等于U2 u1 u2 U Um （1） （2） 0 0 t t -U -Um 8. 一電熱器接在 10V 的直流電源上，發(fā)熱消耗一定的功率，現(xiàn)將它改接在正弦交流電源上，要使它發(fā)熱消耗的功率等于原來的一半，則交流電壓的最大值應(yīng)是（ ） A. 5VB. 7.07V C. 10V D. 14.1V 9. 一電阻接在 20V 的直流電流上，消耗的電功率為 10W，把這一電阻接在某

42、一交流電源上，若該交流電源的電壓 u 隨時間 t 變化的圖象如圖所示，則這一電阻消耗的電功率為（ ） A. 5WB. 7.07WC. 10WD. 14.1W U/V 20 t/s -20 O 10. 交流發(fā)電機(jī)線圈的電阻為 2，感應(yīng)電動勢瞬時值表達(dá)式為etV 389100sin，給電阻R 8的用電器供電，求： （1）通過用電器的電流的最大值和瞬時值分別為多少？ （2）發(fā)電機(jī)輸出端電壓的最大值和瞬時值分別為多少？ （3）電阻 R 的熱功率及 1min 產(chǎn)生的熱量。 11. 有一理想變壓器，原、副線圈匝數(shù)之比nn1221：，則變壓器工作時原、副線圈（ ） A. 電壓之比為UU1221B. 電流之比

43、為II1221 C. 功率之比為PP1221D. 頻率之比為ff1221 12. 理想變壓器副線圈通過輸電線接兩個相同的燈泡 L1和 L2，輸電線的等效電阻為 R，開始時，開關(guān) S 是斷開的，如圖所示，在 S 接通后，以下說法正確的是（ ） A. 燈泡 L1兩端的電壓減小 B. 通過燈泡 L1的電流增大 C. 原線圈中的電流增大 D. 變壓器的輸入功率增大 13. 如圖所示，M 為理想變壓器，電源電壓不變，當(dāng)變阻器的滑動頭 P 向上移動時，讀數(shù)發(fā)生變化的電表是（ ） A. A1B. A2C. V1D. V2 14. 降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 4：1，給照明電路供電，原線圈的輸入電壓Ut V

44、 1410100sin()，副線圈到照明用戶的導(dǎo)線總電阻為10 . ，其他線路電阻不計，照明用戶所用燈泡的規(guī)格是“220V，40W” ，欲使燈泡都正常發(fā)光，可并聯(lián)接入的燈泡個數(shù)為_盞。 15. 一理想變壓器，原線圈匝數(shù)n11100匝，接在電壓為 220V 的交流電源上，當(dāng)它對11 只并聯(lián)的“36V，60W”的燈泡供電時，燈泡正常發(fā)光。由此可知該變壓器副線圈的匝數(shù)n2_，通過原線圈的電流I1_A。 16. 如圖所示一個變壓器，原線圈接在iItmsin的正弦交流電上，當(dāng)tT8時，imA 10，副線圈中交流電流表的讀數(shù)為 0.3A，使額定電壓為 6V 的電燈 L 正常發(fā)光，則燈 L 的功率是_W，變

45、壓器的原、副線圈匝數(shù)比nn12：_。 17. 有一負(fù)載電阻為 R，當(dāng)安接到 30V 直流恒定電源上時，消耗的功率為 P?，F(xiàn)在有一臺理想變壓器，它的輸入電壓UtV 300100sin，若把上述負(fù)載接到此變壓器副線圈兩端，消耗的功率為P2，則變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為_。 18. 理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比nn1221：，且分別接有相同的電阻 R，如圖所示，若交流電源的電壓為 U，則副線圈的輸出電壓為（ ） A. U2B. U3C. 25UD. 34U 19. 一臺理想變壓器的變壓比為 3：1，圖中四個完全相同的電燈，若 L2、L3、L4正常發(fā)光，則 L1一定（ ） A. 正常發(fā)光 B. 比正

46、常發(fā)光暗一些 C. 比正常發(fā)光亮，并有可能燒毀 D. 條件不足，無法判定 20. 用理想變壓器給負(fù)載電阻 R 供電，為了使變壓器的輸入功率增加，在其他條件不變的情況下，應(yīng)該使（ ） A. 原線圈的匝數(shù)增加 B. 負(fù)載電阻 R 阻值減少 C. 負(fù)載電阻 R 的阻值增加 D. 副線圈的匝數(shù)增加 21. 理想變化器原線圈的匝數(shù)為 880 匝，通過原線圈的電流隨時間的變化情況為itA 06 2100.sin，變壓器的副線圈與電阻為10的電阻器組成閉合回路，用交流電流表測出通過電阻器的電流為 2A。那么，變壓器輸入的電功率為_W；副線圈的匝數(shù)為_匝；變壓器副線圈輸出電流的最大值是_A。 22. 如圖所示

47、，理想變壓器的三個線圈的匝數(shù)之比為nnn1231051： ：，其中n1作為原線圈接到 220V 的交流電源上，兩個副線圈分別與RR23和組成閉合回路。已知通過R3的電流IA32，電阻R2110，則通過R2的電流是_A，原線圈中的電流是_A。 23. 如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為nnn123432： ：，副線圈上分別接標(biāo)有“6V，12W” 、 “12V，36W”的燈泡LL12和，當(dāng) a、b 兩端接交變電源后，L1正常發(fā)光，則變壓器的輸入功率為（ ） A. 16WB. 40WC. 48WD. 不能確定 24. 圖中理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為 n1：n2=1：2,電源兩極間電壓 U=220V，A 是額定電流為 1A 的保險絲，R 是可變電阻，為了不使原線圈中的電流超過 1A，調(diào)節(jié) R 時，其阻值最低不能小于_歐姆。 25. 用 6600V 和 220V 兩種電壓輸電，若輸送的功率和輸電線的電阻相