专题十二交变电流(讲解部分)-高考物理复习专题(教师用)课件.pptx

1、专题十二交变电流高考物理高考物理考点一交变电流的产生和描述考点一交变电流的产生和描述1.交变电流方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流。如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流,如图(a)所示。考点考点清单清单2.正弦式交变电流的产生和变化规律(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式交变电流。(2)规律a.函数形式:若N匝面积为S的线圈以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,磁感应强度为B,从中性面开始计时,其函数形式为e=NBSsint,用Em=NBS表示电动势的最大值,则有e=Emsint。其电流

2、大小为i=sint=Imsint。b.图像:用以描述正弦交流电电流随时间变化的规律,如图(a)所示。c.正弦式交变电流磁通量和电动势的关系eRmER3.表征交变电流的物理量(1)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。(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。它们和角速度间的关系为=2f。2T考点二变压器、电能的输送考点二变压器、电能的输送1.电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞电感线圈的自感现象阻碍电流

3、的变化电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中的特点对直流、交流均有阻碍作用只对变化的电流,如交流有阻碍作用不能通直流,只能通变化的电流。对直流的阻碍作用无限大,对交流的阻碍作用随频率的减小而增大决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定,与温度有关由线圈本身的自感系数和交流电的频率决定由电容的大小和交流电的频率决定电能的转化与做功电流通过电阻做功,电能转化为内能电能和磁场能相互转化电能与电场能相互转化2.变压器及其原理(1)主要构造:常见变压器的模型与符号如图甲、乙所示。甲乙注:与电源相连的为原线圈,其余则为副线圈。(2)工作原理理想变压器没有能量损失(铜损、铁损

4、),没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入=P出电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比,公式:U1/U2=n1/n2,与负载、副线圈的多少无关电流关系(1)只有一个副线圈时:I1/I2=n2/n1(2)有多个副线圈时:由P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3+InUn或I1n1=I2n2+I3n3+Innn频率关系 f1=f2(变压器不改变交流电的频率)制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和原副线圈匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和原副线圈匝数比决定(3)几种常见的

5、变压器a.自耦变压器调压变压器。b.互感器3.电能的输送(1)为减小输电线路上的电能损失,常采用高压输电,这是因为输电功率一定时,输电线上电流I=,输电线上损失的功率P损=I2R=,可知P损。(2)输电线上的功率损失P损=UI、P损=R、P损=中的“U”是指同一电压吗?a.P损=UI和P损=中的U是指输电线上损失的电压,相当于U或U线,所以式电压互感器电流互感器PU22P RU21U2PU2UR2UR子可写为P损=UI=U线I、P损=。b.P损=R中的U是指输电电压,即从发电机发出经过变压器升压后的电压。c.注意三个式子中U的不同,切记不要混淆。2()UR2UR线2PU拓展一交流电有效值的求解

6、拓展一交流电有效值的求解1.交变电流有效值的规定交变电流、恒定电流I直分别通过同一电阻R,在交流的一个周期内产生的焦耳热分别为Q交、Q直,若Q交=Q直,则交变电流的有效值I=I直(直流有效值也可以这样算)。2.对有效值的理解(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值;(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值;(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流用的是有效值;知能拓展知能拓展(1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解。(2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量。(3)利用两个公式Q=I2Rt和Q=t

7、可分别求得电流有效值和电压有效值。(4)若图像部分是正弦式交变电流,其中的周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I=、U=求解。2UR1412m2Im2U(4)通常没有特别加以说明的,是指有效值;(5)“交流的最大值是有效值的 倍”适用于正弦式交变电流。3.计算交变电流有效值的方法2例1如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压,正弦交流电的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去,则现在电灯上电压的有效值为()A.UmB.C.D.m2Um3Um2U解析由题给图像可知,交流电压的变化规律具有周期性,用电流热效应的等效法求解。设电

8、灯的阻值为R,正弦交流电压的有效值与峰值的关系是U=,由于一个周期内半个周期有交流电压,一周期内交流电产生的热量为Q=t=,设交流电压的有效值为U,由电流热效应得Q=T,所以该交流电压的有效值U=,可见选项D正确。m2U2m2UR2m2UR2T2m2UR 2T2URm2U答案D 物理量物理含义重要关系适用情况及说明交变电流某一时刻的值e=Emsinti=Imsint计算线圈某时刻的受力情况的瞬时值峰值最大的瞬时值Em=NBSEm=NmIm=讨论电容器的击穿电压ERrm拓展二交变电流拓展二交变电流“四值四值”的理解的理解跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正弦式交变电流有:E=Em/U=Um/I

9、=Im/(1)计算与电流热效应有关的量(如功、功率、热量等)(2)电器设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值=BL=n=计算一段时间内通过导体横截面的电荷量222EvEtIERr例2如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动,外电路电阻为R,当线圈由图示位置转过60的过程中,下列判断正确的是()A.电压表的读数为B.通过电阻R的电荷量为q=C.电阻R所产生的焦耳热为Q=2NBS2()NBSRr22224()N B S RRrD.当线圈由图示位置转过60

10、时的电流为2()NBSRr解析线圈在磁场中转动产生了正弦式电流,其电动势的最大值Em=NBS,电动势的有效值E=,电压表的读数等于交流电路路端电压,且为有效值,则U=R,A错误;求通过电阻R的电荷量要用交流电的平均电流,则q=t=,故B正确;电阻R产生的热量应该用有效值来计算,线圈由图示位置转过90过程中,电阻R产生的热量为R=,故C错误;线圈由图示位置转过60时的电流为瞬时值,则瞬时值的表达式为i=sint=sin=,故D错误。2NBS2()NBSRrINRr1(-)2N BSBSRr2()NBSRr22()NBSRr222224()N B S RRrNBSRrNBSRr332()NBSRr

11、答案B 应用一探究理想变压器的动态分析应用一探究理想变压器的动态分析实践探究实践探究理想变压器的几个因果关系。当理想变压器原副线圈的匝数比不变时,如图所示,各量相互关系如下:(1)输入电压U1决定输出电压U2。这是因为输出电压U2=U1,当U1不变时,不论负载电阻R变化与否,U2都不会改变。(2)输出电流I2决定输入电流I1,在输入电压U1一定的情况下,输出电压U2也被确定。当负载电阻R增大时,I2减小,则I1相应减小;当负载电阻R减小时,I221nn增大,则I1相应增大。因此在使用变压器时,不能使变压器副线圈短路。(3)输出功率P2决定输入功率P1,理想变压器的输入功率与输出功率相等,即P1

12、=P2。在输入电压U1一定的情况下,当负载电阻R增大时,I2减小,则变压器输出功率P2=I2U2减小,输入功率P1也将相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,变压器的输出功率P2=I2U2增大,则输入功率P1也将增大。利用上述因果关系,可解决变压器动态变化问题。注意变压器只能改变交流电压,若原线圈加直流电压,则副线圈输出电压为零,并且由于线圈对直流电无感抗,而使电流很大(相当于短路)易损坏直流电源。对“日”字形铁芯的变压器,因为穿过原副线圈的磁通量的变化率不等。12UU12nn例图中B为理想变压器,接在交变电压有效值保持不变的电源上。指示灯L1和L2完全相同(其阻值均恒定不变),R是一个定值电

13、阻,电压表、电流表都为理想电表。开始时开关S是闭合的,当S断开后,下列说法正确的是()A.电流表A2的示数变大B.电压表的示数变大C.电流表A1的示数变小D.灯L1的亮度变暗解题导引解析变压器输出电压由输入电压和匝数比决定,S断开后输入电压和匝数比不变,所以电压表的示数不变;但负载电阻变大,则输出电流变小,A2的示数变小,输入电流变小,则A1的示数变小;因R上电压变小,则L1上电压变大,亮度变亮。故只有C对。答案C 应用二探究远距离输电的几个物理量之间的变化规律应用二探究远距离输电的几个物理量之间的变化规律1.理清三个回路远距离输电电网间的基本结构如图所示。输电过程的电路被划分为三个独立的回路

14、,即电源回路1、输送回路2和用户回路3。在每个回路中,变压器的原线圈是回路的用电器,而相应的副线圈是下一个回路的电源,每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律,而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁。2.抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得:线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是=,=,P1=P2。(2)理想的降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得:线圈3(匝数12UU12nn12II21nn为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是=,=,P3=P4。3.掌握两种损耗(1)电压损耗:输电线上的电阻导致的电压损耗,U=U2-U3=I线R线。(2)功率损耗:输电线上的电阻发热的功率损耗,P=P2-P3=R线。输电线上能量损耗是热损耗,计算功率损耗时用公式P=R线或P=。34UU34nn34II43nn2I线2I线2()UR线