新教材魯科版高中物理選擇性必修第二冊第3章交變電流與遠(yuǎn)距離輸電 知識點(diǎn)考點(diǎn)重點(diǎn)難題提煉

第3章交變電流與遠(yuǎn)距離輸電

第1節(jié)交變電流的特點(diǎn)..................................................-1-

第2節(jié)交變電流的產(chǎn)生..................................................-7-

第3節(jié)科學(xué)探究：變壓器..............................................-14-

第4節(jié)電能的遠(yuǎn)距離輸送..............................................-19-

變壓器綜合問題.........................................................-24-

章末復(fù)習(xí)總結(jié)...........................................................-28-

第1節(jié)交變電流的特點(diǎn)

匚知識梳理」

一、直流電流和交變電流

1.直流電流：方囪不隨時(shí)間變化的電流。

2.恒定電流：大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流。

3.交變電流：大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流，俗稱交流。

4.圖像特點(diǎn)

（D恒定電流的圖像是一條與時(shí)間軸平行的直線,如圖甲所示。

（2）交變電流的圖像有時(shí)會在時(shí)間軸的上方，有時(shí)會在時(shí)間軸的下方，即隨時(shí)間做周期性

變化，如圖乙所示。

甲

二、交變電流的周期和頻率

1.交變電流的周期和頻率的比較

周期（力頻率（8

交變電流完成1次周期性變化所需的交變電流在一段時(shí)間內(nèi)完成周期性變化

定義

時(shí)間的次數(shù)與這段時(shí)間之比

單位S（秒）理（赫茲）

作用表示交變電流變化的快慢

我國交0.02S50Hz

變電流

聯(lián)系;或

2.正弦式交變電流

大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流。

三、交變電流的最大值和有效值

1.最大值

交變電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大值叫作交變電流的最大值，又稱峰值，交變電流

的電流、電壓的峰值分別用心和《表示.

2.有效值

讓交變電流和恒定電流分別通過相同阻值的電阻，如果它們在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相

等，則該恒定電流的數(shù)值就叫作交變電流的有效值。交變電流的電流、電壓的有效值分別用/、

〃表示。

3.正弦式交變電流的有效值和最大值的關(guān)系

U=~j=%0.707%,^0.707Zno

』點(diǎn)L交變電流與直流電

(教師用書獨(dú)具)教材P53“迷你實(shí)驗(yàn)室”答案提示：燈絲在磁場中抖動是因?yàn)榻蛔冸娏?/p>

的方向周期性變化，燈絲的受力方向周期性變化。

畬情境引入?助學(xué)助教

探究交變電流的特點(diǎn)如圖所示，把電流表接入到模型發(fā)電機(jī)的輸出端，搖動發(fā)電機(jī)的手

柄，觀察電流表的指針擺動情況是怎樣的？電流表指針的擺動情況說明什么問題？

提示：隨著線圈的轉(zhuǎn)動，電流表的指針不停地在“0”刻度線兩側(cè)左右擺動，說明手搖發(fā)

電機(jī)產(chǎn)生的電流大小、方向都處于變化中。

1.直流、交流、恒定電流的特點(diǎn)

⑴電流分類：按電流的方向是否變化分直流和交流兩種，方向不變的電流稱為直流，方

向變化的電流稱為交流。

(2)直流分類：分為恒定電流和脈動直流，其中大小、方向都不隨時(shí)間改變的電流叫恒定

電流，方向不隨時(shí)間改變而大小隨時(shí)間改變的電流叫脈動直流。

(3)交流分類：按交流電圖像特點(diǎn)分正弦(或余弦)式交變電流、矩形波交變電流、鋸形波

交變電流等。

2.交變電流與直流電的本質(zhì)區(qū)別

(1)交變電流的大小不一定變化，如方形波交變電流，其大小可以是不變的：直流電的大

小不一定不變。

(2)交變電流與直流電的最大區(qū)別在于交變電流的方向發(fā)生周期性變化，而直流電的方向

不變。

【例1】對于如圖所示的電流/隨時(shí)間t做周期性變化的圖像，下列描述哪些是正確

的()

A.電流的大小變化，方向也變化，是交流電

B.電流的大小變化，方向不變，不是交流電

C.電流的大小不變，方向不變，是直流電

D.以上說法都不正確

B［由Rt圖像可知，電流的大小變化，但電流方向一直為正，故電流方向不變，根據(jù)

交變電流、直流電的定義可知，是直流電，B正確。］

廠........規(guī)........―

識別交變電流的兩點(diǎn)技巧

(1)只要電流的方向發(fā)生周期性變化即為交變電流。

(2)在或圖中，正負(fù)表示方向，在讀圖時(shí)不僅要注意圖像中的坐標(biāo)原點(diǎn)是否為0,

還要觀察了沁)的值有無正負(fù)變化。

k)

考點(diǎn)2交變電流的周期和頻率

畬情境引入?助學(xué)助教

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接到干電池上怎樣調(diào)整也不打點(diǎn)，而接到學(xué)生電源的低壓交流擋上就順利打

點(diǎn)，每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為什么打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s?其時(shí)間間隔由什么決

定？

提示：電磁式打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率與工作電流頻率相同，我國生產(chǎn)、生活用電的頻率

為50Hz,所以打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)時(shí)間間隔7=［.=0.02s；時(shí)間間隔由電源的頻率決定。

1.對交變電流的周期和頻率的理解

周期和頻率是描述交變電流的物理量，跟任何周期性過程一樣，交流電也要用周期或頻

率來表示變化的快慢。在實(shí)驗(yàn)中，線圈勻速轉(zhuǎn)動一周，電動勢、電流都按正弦規(guī)律變化一次。

(1)線圈轉(zhuǎn)動一周，交流電恰好完成一次周期性變化。

(2)從線圈轉(zhuǎn)動來說，周期就是線圈在磁場中轉(zhuǎn)動一周所用的時(shí)間；頻率就是1s內(nèi)線圈

在磁場中轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。

2.周期、頻率、角速度、轉(zhuǎn)速間的關(guān)系

(1)角速度。與八/■的關(guān)系：。=2?=2”八

⑵我國使用的交變電流：7=0.02s,f=+=50Hz,s=100Jtrad/s,電流方向每秒

改變100次。

(3)角速度。(單位rad/s)、轉(zhuǎn)速〃(單位r/s)都是描述交變電流變化快慢的物理量。n

越大，角速度越大，交變電流變化越快，7、f、3、A之間的關(guān)系是：7=2上，。=2頁/'=2允加

(1)

【例2】關(guān)于交變電流的周期和頻率，下列說法中正確的是()

A.正弦式交變電流最大值連續(xù)出現(xiàn)兩次的時(shí)間間隔等于周期

B.1s內(nèi)交變電流出現(xiàn)最大值的次數(shù)等于頻率

C.交變電流方向變化的頻率為交變電流頻率的2倍

D.50Hz的交變電流，其周期等于0.05s

C［根據(jù)周期的定義知選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；因?yàn)樵谝粋€(gè)周期的時(shí)間內(nèi)，交變電流會出現(xiàn)正向

和負(fù)向最大值各一次，但相鄰兩個(gè)峰值的時(shí)間間隔為半個(gè)周期；交變電流在一個(gè)周期內(nèi)方向

改變兩次，即方向變化的頻率為交變電流頻率的2倍，故選項(xiàng)C正確；由s=0.02s,

知選項(xiàng)D錯(cuò)誤。］

y點(diǎn)、3J交流電有效值與最大值的理解與計(jì)算

畬情境引入?助學(xué)助教

如圖甲、圖乙中電爐燒水，設(shè)其他條件都相同，水的質(zhì)量相等，水的初溫相同。若恒定

電流用10分鐘把水燒開，而交變電流也用10分鐘把水燒開。兩種情況的通電時(shí)間、電阻熱

量相同嗎？交流電電流的有效值是多少？

(1)若按正(余)弦規(guī)律變化的交變電流，可利用交變電流的有效值與峰值的關(guān)系求解，即

(2)對于非正弦式交變電流，必須根據(jù)有效值的定義進(jìn)行計(jì)算。

第一步：計(jì)算交變電流在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量0;

第二步：將熱量0用相應(yīng)的物理量的有效值表示Q=fRT或Q=-T；

K

第三步：代入數(shù)值，求解有效值。

2.幾種常見電流有效值的計(jì)算

電流名稱電流圖線有效值

正弦式交變

V\mTL

CFT

電流

-An

正弦半波電流

772T12

正弦單向脈動

木

電流:;772T/

?_____________________

111

111

矩形脈動電流111

。|mTt

i

----------1—

?

非對稱性交變?

1gi\+f>

?r

電流0m\Tt

A____j_______

【例3】如圖所示為一交變電流的圖像，則該交變電流的有效值為()

i/A

_T_.?；T?；3T?：?；2Tt

-Zo-2!_：2：——?

A.B.C.；7oD.7O+^2~7O

思路點(diǎn)撥：

B［令該交變電流通過一電阻兄它在前半周期夕3通過該電阻產(chǎn)生的熱量0=嗣"

=竽，它在后半周期倒產(chǎn)生的熱量?白筆故在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量。交=Q

+Q：=-ART,設(shè)某一恒定電流/在相同的時(shí)間T內(nèi)通過該電阻產(chǎn)生的熱量為了AT,由有效值

3、/5

的定義知：小RT=fRT,得/=半7?,故B正確。］

「........規(guī)法.........................

求解有效值的一般方法與技巧

(1)首先要分析交變電流的變化規(guī)律，正弦式交變電流的最大值和有效值的關(guān)系是/=

%，1/=$,非正弦式交變電流一般不符合此關(guān)系。

(2)對于非正弦式交變電流，可在一個(gè)周期內(nèi)分段求出產(chǎn)生的熱量，再求熱量的總和。。

將總熱量0用相應(yīng)的物理量/或〃來表示,口(2=/放或g%)則/或〃為該交變電流相應(yīng)的

有效值。

(3)方波式交變電流的正、負(fù)半周期最大值不相等時(shí)，要分段計(jì)算電熱，一般取一個(gè)周期

或周期的整數(shù)倍的時(shí)間計(jì)算電熱。

第2節(jié)交變電流的產(chǎn)生

工知識梳理白

一、交流發(fā)電機(jī)

1.交流發(fā)電機(jī)的原理

由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，只要通過閉合導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化，就可以產(chǎn)生感應(yīng)電

動勢和感應(yīng)電流。

2.交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造：發(fā)電機(jī)主要由線圈(電樞)和磁極兩部分組成。

3.交流發(fā)電機(jī)的種類

兩種類型轉(zhuǎn)子定子特點(diǎn)

旋轉(zhuǎn)電樞式電樞磁極電壓低，功率小

旋轉(zhuǎn)磁極式磁極電樞電壓高，功率大

二、正弦式交變電流的產(chǎn)生原理

1.產(chǎn)生條件：在勻強(qiáng)磁場中，矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。

2.過程分析(如圖所示)：

3.中性面：物理學(xué)中，把線圈平面與磁感線垂直的位置叫作中性面。

(1)線圈經(jīng)過中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為零，線圈中的感應(yīng)

電動勢為雯，感應(yīng)電流為雯。

(2)線圈每經(jīng)過中性面時(shí)，感應(yīng)電流方向改變，線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次通過中性面，感應(yīng)電

流方向改變兩次。

三、正弦式交變電流的變化規(guī)律

1.正弦式交變電流的表達(dá)式

(l)e=」sin從中性面開始計(jì)時(shí),其中瓦

⑵4-q(外電路為純電阻電路,其中/二｝)

\mR+r/

(3)〃=&sin3f(其中4=

注：表達(dá)式中反、4、優(yōu)分別為電動勢、電流、電壓的峰值，而&，則是這幾個(gè)量的

瞬時(shí)值。

2.正弦式交變電流的圖像

2點(diǎn)”交流發(fā)電機(jī)及交變電流的產(chǎn)生原理

(教師用書獨(dú)具)教材.P56”迷你實(shí)驗(yàn)室”答案提示：指針圍繞0刻度左右擺動。

畬情境引入,助學(xué)助教

假定線圈繞0。'軸沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲至丁所示。請分析判斷：

(1)線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，線圈中的電流方向的變化情況。

(2)線圈轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流有最大值和最小值時(shí)線圈分別在什么位置?

提示：⑴

轉(zhuǎn)動過程電流方向

甲一乙AA-AC

乙f丙BfA—AC

丙一丁Am

丁f甲A-BfC-D

(2)線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時(shí)線圈中的電流最大。線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時(shí)線圈中電流最小，

為零，此時(shí)線圈所處的平面稱為中性面。

1.產(chǎn)生原理：由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)閉合回路的部分導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動

時(shí)，閉合回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生.

2.正弦交變電流的產(chǎn)生條件

(1)勻強(qiáng)磁場。

(2)線圈勻速轉(zhuǎn)動。

(3)線圈的轉(zhuǎn)軸垂直于磁場方向。

3.兩個(gè)特殊位置物理量的特點(diǎn)比較

項(xiàng)目中性面中性面的垂面

線圈平面與磁場垂

位置線圈平面與磁場平行

直

磁通量最大零

磁通量的變化率零最大

感應(yīng)電動勢零最大

線圈邊框切割磁感線的有效速度零最大

感應(yīng)電流零最大

電流方向改變不變

特別提醒：(1)線圈中的磁通量最大時(shí)，交流電電流并不是最大，這時(shí)磁通量的變化率為

零，電流為零。

(2)線圈轉(zhuǎn)動一周，交變電流的方向并不是改變一次，而是改變兩次。

[例1]一閉合矩形線圈繞垂直于磁感線的固定軸00'勻速轉(zhuǎn)動，線圈平面位于

如圖甲所示的勻強(qiáng)磁場中。通過線圈的磁通量。隨時(shí)間力的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法

正確的是()

A.小G時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率最大

B.以人時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向改變

C.如、力時(shí)刻線圈中磁通量最大

D.桃△時(shí)刻線圈中感應(yīng)電動勢最小

思路點(diǎn)撥：(1)明確中性面的概念以及中性面的位置。

(2)明確線圈在中性面位置時(shí)，各物理量有什么特點(diǎn)。

(3)明確線圈在與中性面垂直位置時(shí)，各物理量有什么特點(diǎn)。

B［從題圖乙可以看出，右、13時(shí)刻通過線圈的磁通量最大，為中性面位置，則線圈經(jīng)過

中性面位置時(shí)線圈中感應(yīng)電流方向改變，A錯(cuò)誤，B正確：樂△時(shí)刻通過線圈的磁通量為零,

線圈處于與中性面垂直的位置，此時(shí)感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流均為最大，故C、D均錯(cuò)誤。］

廠.....??規(guī)律<方法.....一

對中性面的三點(diǎn)說明

(1)中性面是一個(gè)假想的參考平面，實(shí)際不存在。

A<t>

(2)線圈處于中性面位置時(shí)，穿過線圈。最大，但-^7=0,e=o,/=0。

(3)線圈越過中性面，線圈中/橫方向要改變。線圈轉(zhuǎn)一周，感應(yīng)電流方向改變兩次.

_______________________________________________)

______對__交__變__電__流__的__變___化__規(guī)__律__的__理__解_______

畬情境引入■助學(xué)助教

如圖所示，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動。

/7(c)1中性面

X

:響一

(1)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與什么因素有關(guān)?

(2)多匝線圈不垂直切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢如何表達(dá)？

提示：(1)感應(yīng)電動勢與線圈的匝數(shù)〃、磁感應(yīng)強(qiáng)度反線圈的面積S和線圈平面與中性

面的夾角有關(guān)。

⑵￡=c8sosinst。

1.推導(dǎo)正弦式交變電流瞬時(shí)值的表達(dá)式

若線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動，如圖所示，則經(jīng)時(shí)間t：

(1)線圈轉(zhuǎn)過的角度為。以

(2)a8邊的線速度跟磁感線方向的夾角9=

(3)邊轉(zhuǎn)動的線速度大小丫=。9。

Bs川

(4)邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢sin3t。

(5)整個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e=2e*=8Sosin

若線圈為4匝，e=NBS3s\n。t。

F

(6)若線圈給外電阻/?供電，設(shè)線圈本身電阻為r,由閉合電路歐姆定律得/=HP=含

〃十r/r+r

sin3t,即，=7?sin337?兩端的電壓可記為u=0sin3t。

2.峰值

(1)由e=A%S3sin3t可知，電動勢的峰值

(2)交變電動勢的最大值，由線圈匝數(shù)從磁感應(yīng)強(qiáng)度6、轉(zhuǎn)動角速度。及線圈面積S決

定，與線圈的形狀無關(guān)，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)，但轉(zhuǎn)軸必須垂直于磁場，因此如圖所示幾種情

況，若從反S、。相同，則電動勢的最大值相同。

(3)電流的峰值可表示為/，=拳卷。

【例2】有一匝數(shù)為10匝的正方形線圈，邊長為20cm,線圈總電阻為1Q,線圈繞

00'軸以10nrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場的磁

感應(yīng)強(qiáng)度為0.5To

\0'

(1)求該線圈產(chǎn)生的交變電流的電動勢最大值、電流最大值分別為多少?

(2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過60°時(shí)，感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值是多大？

(3)寫出感應(yīng)電動勢隨時(shí)間變化的表達(dá)式。

思路點(diǎn)撥：

［解析］⑴交變電流電動勢最大值為E^=2NB1V=2NB13^=NBS3=

乙

?^)628

10X0.5X0.22X10Ji(V)=6.28V,電流的最大值為4A=6.28A。

K1

(2)線圈轉(zhuǎn)過60°時(shí),感應(yīng)電動勢e=￡,sin60°=5.44V。

(3)由于線圈轉(zhuǎn)動是從中性面開始計(jì)時(shí)的，所以瞬時(shí)值表達(dá)式為e=Ksin3t=6.28sin

10itt(V)?

［答案］(1)6.28V6.28A(2)5.44V

(3)e=6.28sin10nt(V)

廠........規(guī)........―

確定正弦式交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的基本方法

(1)明確線圈從什么位置開始計(jì)時(shí)以確定瞬時(shí)值表達(dá)式正弦函數(shù)零時(shí)刻的角度。

(2)確定線圈轉(zhuǎn)動的角速度、線圈的面積、匝數(shù)，從而確定感應(yīng)電動勢的最大值。

(3)根據(jù)e=Ksin。/寫出正弦式交變電流的表達(dá)式。

k)

交變電流的圖像

畬情境引入?助學(xué)助教

如圖所示，矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動。若從中性面開始計(jì)時(shí).，我

們得到如下關(guān)系式e=Esincot,結(jié)合數(shù)學(xué)知識y=/sin。，你能知道e=￡Lsin0t相應(yīng)

的函數(shù)圖像是什么形式嗎？該圖像能直接得到哪些信息？

^~d(c)，中性面

)如)一

提示：該圖像為正弦函數(shù)圖像，可直接獲取周期與最大值(峰值)的信息。

?對交變電流圖像的認(rèn)識

如圖所示，正弦交變電流隨時(shí)間的變化情況可以從圖像上表示出來，圖像描述的是交變

電流的電動勢、電流、電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律，它們是正弦曲線。

2.交變電流圖像的應(yīng)用

從圖像中可以解讀到以下信息：

(1)交變電流的最大值4、瓦、優(yōu)、周期九

(2)因線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流均為零，磁通量最大，所以可確定線圈位于

中性面的時(shí)刻。

(3)找出線圈平行于磁感線的時(shí)刻。

(4)判斷線圈中磁通量的變化情況。

(5)分析判斷e、八〃隨時(shí)間的變化規(guī)律。

【例3］一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，產(chǎn)生的交變電動勢的圖像如圖所示，

則()

A.交流電的頻率是4nHz

B.當(dāng)1=0時(shí)，線圈平面與磁感線垂直，磁通量最大

C.當(dāng)t="s時(shí)，e有最大值

3

D.s時(shí)，e=-10V最小，磁通量變化率最小

B［從題圖像可知交流電的周期為2ns,頻率為言Hz,t=ns時(shí)，e=0最小，A、

3△ct>

C錯(cuò)誤；t=0時(shí)，e最小，0最大，B正確；s時(shí)，e=-10V,e最大，最大,

“一”號表示方向，D錯(cuò)誤。］

廠........規(guī)法..........................

圖像的分析方法

一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)"，并理解其物理意義。

二變：掌握“圖與圖”“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系。

三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷。

第3節(jié)科學(xué)探究：變壓器

工知識梳理白

一、變壓器的工作原理

1.變壓器的構(gòu)造

(1)變壓器：能升高或降低交變電流電壓的裝置稱為變壓器。

(2)構(gòu)造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈組成,符號如圖所示。

①原線圈：與交流電源連接的線圈,也叫初級線圈,符號用小。

②副線圈：與負(fù)載連接的線圈,也叫次級線圈,符號用他。

③輸入電壓：原線圈兩端的電壓,用符號工表示。

④輸出電壓：副線圈兩端的電壓,用符號比表示。

2.原理

(1)如圖所示，當(dāng)原線圈兩端加上交變電壓時(shí);就有交變電流通過原線圈,并在鐵芯中產(chǎn)

生交變的磁場,鐵芯中的磁通量發(fā)生變化，這個(gè)變化的磁通量在副線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

(2)如果變壓器在傳輸電能的過程中損失的能量很小，可以忽略不計(jì)，這種變壓器就叫作

理想變壓器。

二、探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄孔儔浩麟妷号c線圈匝數(shù)的定量關(guān)系。

2.實(shí)驗(yàn)器材：可拆變壓器、低壓交流電源、交流電壓表、帶夾的導(dǎo)線。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

(D要先估計(jì)被測電壓的大致范圍，再選擇恰當(dāng)?shù)牧砍?，若不知道被測電壓的大致范圍,

則應(yīng)選擇交流電壓表的最大量程進(jìn)行測量。

(2)把兩個(gè)線圈穿在鐵芯上,閉合鐵芯。

(3)用交流電壓表測量輸入、輸出電壓。

(4)改變輸入端電壓，重新測量輸入、輸出端電壓，記錄在設(shè)計(jì)好的表格內(nèi)。

刀1

n2

(5)改變線圈地?cái)?shù)，重新測量輸入、輸出端電壓，記錄在上面設(shè)計(jì)好的表格內(nèi)。

4.注意事項(xiàng)

(1)在改變低壓交流電源電壓、線圈匝數(shù)前均要先斷近開關(guān)，再進(jìn)行操作。

(2)為了人身安全，低壓交流電源的電壓不能超過12V,不能用手接觸裸露的導(dǎo)線和接

線柱。

(3)為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時(shí)，先用最大量程擋試測,大致確定被

測電壓后再選用適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量。

三、理想變壓器的電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系

1.電壓與匝數(shù)的關(guān)系：原、副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的座數(shù)之比，即?=旦。

氏D2

2.兩類變壓器：副線圈的電壓比原線圈電壓低的變壓器叫隆壓變壓器；副線圈的電壓比

原線圈電壓高的變壓器叫升壓變壓器。

理想變壓器的特點(diǎn)及原理

畬情境引入?助學(xué)助教

在課外，某同學(xué)在進(jìn)行低壓交流變壓器實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)缺少電源，于是就用一

種摩托車的蓄電池代替，按圖所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。閉合電鍵后，燈泡是否發(fā)光？解釋出現(xiàn)這種現(xiàn)

象的原因。

提示：因蓄電池是直流電源，向外輸出恒定電壓，故連接到副線圈上的小燈泡不會發(fā)光。

原因是：恒定電壓加在原線圈上后，線圈內(nèi)的磁通量不發(fā)生變化，因而副線圈中的磁通量也

△①

不發(fā)生變化，所以故副線圈中無感應(yīng)電動勢。

1.理想變壓器的特點(diǎn)

(1)原、副線圈的電阻不計(jì)，不產(chǎn)生熱量。

(2)變壓器的鐵芯無漏磁，原、副線圈磁通量無差別。

(3)變壓器自身的能量損耗不計(jì)，原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率。

2.工作原理

(1)原線圈上通有交變電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生交變磁場，即在副線圈中產(chǎn)生交變磁通量，從

而在副線圈中產(chǎn)生交變電動勢；當(dāng)副線圈接負(fù)載時(shí)，副線圈相當(dāng)于交流電源向外界負(fù)載供電。

(2)從能量轉(zhuǎn)化角度看，變壓器是把電能轉(zhuǎn)化為磁場能，再將磁場能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，

一般地說，經(jīng)過轉(zhuǎn)化后電壓、電流均發(fā)生了變化。

【例1】關(guān)于理想變壓器的工作原理，以下說法正確的是()

A.通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁通量不變

B.穿過原、副線圈的磁通量在任何時(shí)候都不相等

C.穿過副線圈磁通量的變化使副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

D.原線圈中的電流通過鐵芯流到了副線圈

C［通有正弦交變電流的原線圈產(chǎn)生的磁場是變化的，由于面積S不變，故磁通量。變

化，故A錯(cuò)誤；因理想變壓器無漏磁，原、副線圈的磁通量總相等，故B錯(cuò)誤；由互感現(xiàn)象

知C正確；原線圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場能又轉(zhuǎn)化為副線圈的電能，原、副線圈通過磁聯(lián)系在

一起，故D錯(cuò)誤。］

廠........易錯(cuò)警亦.............................

理想變壓器的四點(diǎn)注意

(1)變壓器不能改變直流電壓。

(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率。

(3)理想變壓器本身不消耗能量。

(4)理想變壓器基本關(guān)系中的〃、4、A均為有效值。

k)

9瓜切探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系

畬情境引入?助學(xué)助教

原線圈通過電流時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生磁場，由于交變電流的大小和方向都在不斷變化，鐵芯

中的磁場也在不斷地變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，副線圈中就存在輸出電

壓。本實(shí)驗(yàn)中要解決電壓與匝數(shù)的關(guān)系常用什么方法？

提示：本實(shí)驗(yàn)通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系。

1.數(shù)據(jù)處理

根據(jù)實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)分析完成表格:

123456

以

氏

D\

〃2

UJlh

n\/ih

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比，數(shù)學(xué)表達(dá)式

為:不=二。

3.誤差分析

(1)由于漏磁，通過原、副線圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。

(2)原、副線圈有電阻，原、副線圈中的焦耳熱損耗，造成誤差。

(3)鐵芯中有磁損耗，產(chǎn)生渦流造成誤差。

【例2】在“探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，小型可拆變壓器的原、

副線圈匝數(shù)分別為功=120匝、生=240匝，某實(shí)驗(yàn)小組在原線圈兩端依次加上不同的電壓，

用多用電表的交流電壓擋分別測量原、副線圈兩端的電壓，數(shù)據(jù)如表所示。

原線圈兩端的副線圈兩端U\

實(shí)驗(yàn)序號

電壓〃(V)的電壓處)笈

13.98.21：2.1

25.911.81：2.0

37.815.2

(1)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測得的數(shù)據(jù)在表格中算出〃、〃的比值，還有一組〃、〃的比值沒有算

出，把求出的結(jié)果填在表格中。

(2)本實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)關(guān)系為(用題目中給出的字

母表示)。

(3)該變壓器是_______變壓器(選填“升壓”或“降壓”)o

［解析］⑴第三組數(shù)據(jù)為：母=巖=:不。

U2lb.z1.y

(2)線圈匝數(shù)之比結(jié)合表格中的數(shù)據(jù)知，在誤差允許的范圍內(nèi)線圈兩端電壓

與匝數(shù)的關(guān)系是m=生。

birh

(3)從表格中的數(shù)據(jù)可知副線圈匝數(shù)多、電壓高，所以該變壓器是升壓變壓器。

［答案］(1)1：1.9(2)77=-⑶升壓

U2Th

［逮點(diǎn)3理想變壓器的基本關(guān)系應(yīng)用

畬情境引入?助學(xué)助教

學(xué)生電源(低壓交流12V),可拆變壓器，多用表(交流電壓擋)，電路圖如圖所示。對于

理想變壓器，只有一組副線圈的情況下，原線圈和副線圈的電流跟它們的匝數(shù)的關(guān)系。

提示：牛弋。因?yàn)槭a(chǎn)多即/心=，跖又冷琮，所以推導(dǎo)出《十。

1.理想變壓器的變壓(變流)規(guī)律

規(guī)律表示依據(jù)備注

△①適于一個(gè)原線圈及多個(gè)副

變壓規(guī)律------------???E-n△t

m-n2n3線圈的情況

功率關(guān)系戶人=產(chǎn)出能量守恒適于理想變壓器

適于一個(gè)原線圈一個(gè)副線

生U1=UJ2

hn\圈

適于一個(gè)原線圈，多個(gè)副

變流規(guī)律4171=〃24+檢人…UJ\=UJAUJ3…

線圈

二_生適于一個(gè)原線圈一個(gè)副線

UJ\=lhh

h圈

2.理想變壓器各物理量間的制約關(guān)系

(1)輸入電壓決定輸出電壓：由亙=色，得叢=生心

D\Th

當(dāng)，不變時(shí)，叢也不會變，與負(fù)載電阻?多大及是否變化無關(guān)。

(2)輸出功率決定輸入功率：對理想變壓器產(chǎn)出=產(chǎn)入。

反

(3)負(fù)教決定輸出電流：當(dāng)〃一定時(shí)，右也一定，對副線圈有/2=：,所以當(dāng)斤變化時(shí),

K

4也隨之變化，即A變大，4變小；A變小，心變大。

(4)輸出電流決定輸入電流：由〃口=外入得/=一所以當(dāng)心變化時(shí)，4也隨之變化。

小

即A變大，/變大；入變小，B也變小。

［例3］如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比m:m=2：1,①和@均為理想電

表，燈泡電阻凡=6Q,45兩端電壓幼=121^sin100nt(V)?下列說法正確的是()

A.電流頻率為100Hz

B.①的讀數(shù)為24V

C.@的讀數(shù)為0.5A

D.變壓器輸入功率為6W

D［根據(jù)s=12*sin100nt(V)及〃=全知〃=12V,產(chǎn)=券=50Hz,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;

根據(jù)趣=生得區(qū)=與=:義12V=6V,即①的讀數(shù)為6V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤；又上=^=，A=1A,

lhrhn\2R\.6

a

即④的讀數(shù)為1A,選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)及W=6W,選項(xiàng)D正確。］

K6

廠......?規(guī)最方法.......一

理想變壓器的電壓關(guān)系和電流關(guān)系

(1)理想變壓器的電壓關(guān)系對有一個(gè)或多個(gè)副線圈的情況都成立。

(2)電流關(guān)系只適用于有一個(gè)副線圈的情況，若有多個(gè)副線圈，則電流關(guān)系應(yīng)根據(jù)功率關(guān)

系尸入=尸巾求出。

________________________________________)

第4節(jié)電能的遠(yuǎn)距離輸送

匚知識梳理」

一、常用高壓輸電的原因

1.兩種損失比較

兩種損失主要原因大小表示減小辦法

輸電線有電阻電流產(chǎn)

電功率損失A—旦減小R

生焦耳熱

減小/

電壓損失輸電線電阻的電壓降

2.降低兩種損失的途徑一一高壓輸電

輸送一定功率電能，輸電電壓越高,輸電線中電流越小，導(dǎo)線因發(fā)熱而損耗的電能越少,

線路上電壓的損失也越少。

二、高壓交流輸電與直流輸電

1.高壓交流輸電系統(tǒng)

(1)輸電環(huán)節(jié)：在發(fā)電站附近用正壓變壓器升高電壓，用輸電線輸送到遠(yuǎn)方，在用電地區(qū)

附近，用降壓變壓器降到所需電壓。

(2)遠(yuǎn)距離輸電電路圖如圖所示:

2.高壓直流輸電

(1)采用高壓直流輸電的原因

當(dāng)交流輸電功率很大時(shí)，導(dǎo)線的電感、電容引起的電壓及電能損失很大;同一電網(wǎng)供電

的發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行，技術(shù)上也存在困難。

(2)高壓直流輸電系統(tǒng)的工作程序：交變電流升壓后輸送到整流器,把高壓交變電流變換

成高壓直流電流,經(jīng)由高壓直流線路輸送到用電地區(qū)后,逆變器將高壓直流電流變換成高壓

交變電流，再經(jīng)降壓變壓器降壓。

(3)高壓直流輸電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

①不存在感抗和容抗引起的損耗。

②節(jié)省材料，輸電結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小。

③不需要考慮電網(wǎng)中的各發(fā)電機(jī)的同步運(yùn)行問題。

三、電能的利用與社會發(fā)展

1.發(fā)電機(jī)、電動機(jī)在工業(yè)上的運(yùn)用，克服了蒸汽機(jī)在使用過程中存在的不少難題，體現(xiàn)

出許多優(yōu)越性。與蒸汽機(jī)相比,電動機(jī)靈活、小巧、適應(yīng)力強(qiáng),更加廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)

領(lǐng)域。

2.目前使用的電能，主要來自熱能、水能、原子能、風(fēng)能等其他形式的能量，這些能量

轉(zhuǎn)換為電能都離不開發(fā)電機(jī)?；鹆Πl(fā)電，是利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱

能將水加熱，產(chǎn)生高壓水蒸氣，推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為

電能，再通過外電路把電能輸送出去；水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電則是直接利用水和風(fēng)帶動發(fā)電機(jī)

的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。高鐵、動力機(jī)械等，都是利用電動機(jī)的通電線圈受到磁

場的力的作用而發(fā)生轉(zhuǎn)動，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

3.電能的利用提高了勞動生產(chǎn)率,解放了勞動者。

“點(diǎn)17______________輸電線上電壓和功率損失的計(jì)算

畬情境引入?助學(xué)助教

如圖所示的輸電線路，為什么在用電高峰期家中的白熾燈燈光較暗？怎樣才能減小導(dǎo)線

上損失的電壓呢？

輸電電路圖

提示：用電高峰期高壓輸電線和變壓器到家庭的輸電線中電流較大，有較大的電壓損失,

因此加在白熾燈上的電壓變低，達(dá)不到額定功率，因此白熾燈燈光較暗；為減小導(dǎo)線上損失

的電壓可減小輸電線電阻，提高輸電電壓。

1.功率損失的原因

在電能輸送過程中，電流流過輸電線時(shí)，因輸電線有電阻而發(fā)熱，電能必有一部分轉(zhuǎn)化

為內(nèi)能而損失掉。

2.若輸電線的電阻為"線，輸電電流為I,輸電線始端和末端的電壓分別為〃和〃'，則：

(D電壓損失△〃=〃'一〃=〃?戰(zhàn)；

A〃2

(2)功率損失A—舊線=/△〃=J。

3.若輸電功率尸不變，輸電電壓提高到可使輸電電流減小到;則：

(1)電壓損失減小到tf；

△P

(2)功率損失減小到三。

【例1】在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個(gè)小型發(fā)電站,

輸送的電功率々500kW,當(dāng)使用U=5kV的電壓輸電時(shí)，測得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處

的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800kW?ho求：

(1)輸電效率〃和輸電線的總電阻八

(2)若想使輸電效率提高到98%,又不改變輸電線，那么發(fā)電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸

電？

思路點(diǎn)撥：輸電線上損失的功率為人產(chǎn)了八輸電功率尸=0,要提高輸電效率，就要提

高輸電電壓。

［解析］(1)輸送功率—500kW,一晝夜輸送電能《=&=12000kW?h

輸電線上損失的電能A￡=4800kW?h

終點(diǎn)得到的電能少=/--Af=7200kW?h

E'

所以輸電效率〃=FX100%=60%

c

p

輸電線上的電流/=力=100A

AE

輸電線上損耗的功率8=一7=200kW

輸電線的電阻r=/=20Q。

(2)^.=

要求輸電線上損耗的功率只'=2%—10kW,

輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為〃=?7^—八22.4kVo

［答案］(1)60%20Q(2)22.4kV

規(guī)律＜方法

計(jì)算輸電線上功率損失的兩種方法

計(jì)算輸電線上損失的功率時(shí)，要注意區(qū)分兩個(gè)電壓：輸電電壓(輸電線始端的電壓)〃和

輸電線上的損失電壓

(1)戶排=△〃/=￥，△〃是輸電線兩端的電壓，即輸電線上損失的電壓。

(2)戶報(bào)=(，/?線，〃是指輸送電壓，即從發(fā)電站發(fā)出后，經(jīng)過變壓器升高后的電壓。

"點(diǎn)2高壓輸電線路的分析與計(jì)算

畬情境引入?助學(xué)助教

我們?nèi)粘Ｉ铍x不開電，電是由發(fā)電廠產(chǎn)生的。為了合理地利用自然資源，火力發(fā)電廠

通常建在煤礦附近，水電站建在水力資源豐富的河流上，但用電的地方可能距離很遠(yuǎn)，需要

將電能安全、保質(zhì)地由發(fā)電廠送往遠(yuǎn)方，同時(shí)又不能浪費(fèi)太多的電能?；鹆Πl(fā)電廠或水電站

發(fā)出電的電壓一定很高嗎？怎樣才能提高輸送電壓？用戶消耗的電功率和電廠發(fā)出的電功率

相等嗎？

提示：電廠發(fā)出的電壓最大值由公式以=NBS3決定，因機(jī)械制造等因素，電壓不會很

高，通常借助變壓器將低電壓變?yōu)楦唠妷?。用戶消耗的電功率和電廠發(fā)出的電功率不相等，

因?yàn)樵陔娔艿妮斔途€路上有電阻要消耗部分電功率，所以電廠發(fā)出的電功率大于用戶獲取的

電功率。

1.遠(yuǎn)距離輸電問題的分析方法

處理遠(yuǎn)距離輸電問題的關(guān)鍵是抓住一圖三關(guān)系，一圖即輸電的電路圖，三關(guān)系即：功率

關(guān)系、電壓關(guān)系和電流關(guān)系，抓住一圖三關(guān)系，按照從前到后或從后向前的順序，即可找到

突破口。

2.遠(yuǎn)距離輸電電路圖

電源回路輸送回路用戶回路

3.基本關(guān)系式

(1)功率關(guān)系：P\=P?,Pa=P\,

⑵電壓、電流關(guān)系：楙琮=￡〃=△〃+%—，線

⑶輸電電流：I稅=號=號=~~^°

UzK墳

(4)輸電線上損耗的電功率:△P—/纜△U—~上￡"級=

【例2】發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V,輸出功率為44k肌每條輸電線的電阻為0.2Q,

求：

(1)此時(shí)用戶得到的電壓和電功率各為多少？

(2)如果發(fā)電站先用變壓比為1：10的升壓變壓器將電壓升高，經(jīng)同樣的輸電線路后經(jīng)

10：1的降壓變壓器將電壓降低后供給用戶，則用戶得到的電壓和電功率各是多少？