1、交变电流交变电流 一、交变电流一、交变电流1 1、交变电流、交变电流：大小和方向都随时间做周期性大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流变化的电流叫做交变电流,简简称交流称交流(AC)。2 2、直流电：、直流电：方向方向不不随时间变化的电流叫随时间变化的电流叫做直流电做直流电,简称直流（简称直流（DC）。）。下列表示交变电流的有（下列表示交变电流的有（）例例1iittit(A)(B)(C)(D)0000t(E)0teuCE 二、交变电流的产生二、交变电流的产生（交流发电机）（交流发电机）1 1、发电机的基本构造、发电机的基本构造线圈：线圈：转轴垂直于磁场方向转轴垂直于磁场方向磁极：磁极
2、：磁极间形成匀强磁场磁极间形成匀强磁场为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？时线圈里能产生交变电流？交变电流的产生交变电流的产生A(B)D(C)A(B)D(C)D(C)A(B)BD(C)A(B)B线圈经过甲、丙线圈经过甲、丙位置时，电流方位置时，电流方向发生改变。向发生改变。线圈经过中性面时，感应电动势为零，线圈经过中性面时，感应电动势为零，感应电流为零。感应电流为零。线圈每经过中性面一次，交流电方向改线圈每经过中性面一次，交流电方向改变变一次一次，线圈每转动，线圈每转动一周一周（交流电的一个（交流电的一个周期）周期），两次两次经过中性面，
3、交流电的方向经过中性面，交流电的方向改变改变两次两次。中性面中性面A(B)D(C)与磁感线垂直的平面与磁感线垂直的平面 设线圈平面从中性面开始转动，设线圈平面从中性面开始转动，角速度是角速度是经过时间经过时间t t，ABAB、CDCD宽宽L L1 1，ADAD、BCBC长长L L2 2 ，磁感应强度是磁感应强度是B.B.BvA(B)D(C)t=0v11v中性面中性面 线圈与中性面的夹角是多少？线圈与中性面的夹角是多少？AB边的速度多大？边的速度多大？AB边速度方向与磁场方向夹角是多大？边速度方向与磁场方向夹角是多大？AB边中的感应电动势多大？边中的感应电动势多大？线圈中的感应电动势多大？线圈中
4、的感应电动势多大？tt22LVtLBLVBLesin2sin2111tSBtLBLesinsin2221三交变电流的变化规律三交变电流的变化规律 以线圈经过以线圈经过中性面中性面开始计时，在时刻开始计时，在时刻t t线圈中的线圈中的感应电动势（感应电动势（ABAB和和CDCD边切割磁感线边切割磁感线 ）tBSesintNBSesin所以mE令则有 tEemsine为电动势在时刻t的瞬时值，Em为电动势的最大值（峰值）=NBSNBS若为若为N N匝线圈匝线圈sinmetE1、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产、矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动时，所产生的交变电流
5、按照正弦函数的规律变化生的交变电流按照正弦函数的规律变化正弦式交流电正弦式交流电正弦式交流电的产生的描述正弦式交流电的产生的描述2、Em匀速转动过程中能产生电动势的最大值匀速转动过程中能产生电动势的最大值峰值，峰值，为线圈转动的角速度为线圈转动的角速度3、此表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立、此表达形式仅在从中性面开始计时的情况下成立e为瞬时值为瞬时值4、若该线圈给外电阻、若该线圈给外电阻R供电，设线圈本身电阻为供电，设线圈本身电阻为r，由闭合电路欧，由闭合电路欧姆定律姆定律eiRrsinmtRrEsinmtIR两端的电压为两端的电压为sinmutUeoEmT/4T/42T/42T/43
6、T/43T/4T T/2/23 3/2/22 2tt t四四.交流电的图像交流电的图像 1、瞬时值：（从中性面计时）、瞬时值：（从中性面计时）tEemsin五、交变电流的四值及其应用五、交变电流的四值及其应用应用：计算线圈某时刻的受力情况应用：计算线圈某时刻的受力情况tIimsintUumsin2、最大值、最大值-峰值峰值rRIrRRUnBSmmmmm应用：电容器和晶体管的耐压值应用：电容器和晶体管的耐压值.2;2;2mmmIIUU（1）、正弦交流电的有效值与最大值的关系是：）、正弦交流电的有效值与最大值的关系是：3、有效值、有效值(根据电流的热效应定义根据电流的热效应定义)（2）、一般交流电
7、有效值的求法）、一般交流电有效值的求法-2221212RtIRtIRTIQ实例探究实例探究分段求和分段求和如图如图1所示，为电热毯的电路图，电热丝接在所示，为电热毯的电路图，电热丝接在u=311sin100t V的电源上，电热毯被加热到一的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置定温度后，通过装置P 使输入电压变为图使输入电压变为图2所示所示波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是不变，此时交流电压表的读数是 ()A、110V B、156V C、220V D、311VuVts31100.010.030.020.04PVu电热
8、毯电热毯图图1图图2BA、计算电路中的、计算电路中的电功、电热、电功率电功、电热、电功率用有效值用有效值B、交流用电器的、交流用电器的额定电压额定电压和和额定电流额定电流及保险丝的熔断电流及保险丝的熔断电流指的是有效值；指的是有效值；C、交流电流表和交流电压表交流电流表和交流电压表的读数是的读数是 有效值有效值D、对于交流电若、对于交流电若没有特殊说明没有特殊说明的均指的均指 有效值有效值应用应用4、平均值、平均值ENt应用应用:计算通过某导体截面的计算通过某导体截面的电量电量总总总RNtRtNtREt Iq小结：思维导图小结：思维导图六、交变电流的种类六、交变电流的种类(1)(1)正弦交流电
9、正弦交流电(2)(2)示波器中的锯齿波扫描电压示波器中的锯齿波扫描电压(3)(3)电子计算机中的矩形脉冲电子计算机中的矩形脉冲(4)(4)激光通信中的尖脉冲激光通信中的尖脉冲闭合铁芯原线圈副线圈1、示意图(1)闭合铁芯 (绝缘硅钢片叠合而成)(2)原线圈(初级线圈)其匝数用n1表示 与交变电源相连(3)副线圈(次级线圈)其匝数用n2表示 与负载相连(4)输入电压U1 输出电压U2铁芯U1U2 n1n22、符号问题：变压器副线圈和原线圈电路是否相通？变压器原副线圈不相通，那么在给原线圈接交变电压U1后，副线圈是否产生电压U2？n1n2n1n2无铁芯有铁芯铁芯与线圈互相绝缘 变压器通过闭合铁芯，利
10、用互感现象实现了：电能 磁场能 电能转化(U1、I1)(变化的磁场)(U2、I2)U1U2 n1n2 0tt1t2t3t4若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2?=0没有能量损失的变压器P入P出输入功率等于输出功率 原、副线圈中通过的磁通量始终相同(无漏磁),因此产生的感应电动势分别是：若不考虑原副线圈的内阻有:U1=E1 U2=E2 2121nnUU tnE11 tnE22 I1U2U1n1n2I2R2121nnEE U1U2 n1n21、n2 n1 U2U1升压变压器2、n2 n1 U2 U1降压变压器2121nnUU 理想变压器原副线圈的端电压 跟它们的匝数成正比理想变压器输入功率等于
11、输出功率即:121221nnUUII 理想变压器原副线圈的电流 跟它们的匝数成反比1、变压器的输入功率由输出功率决定，计算输入功率和输出功率都用(此公式适用只有一个副线圈)RnUnP/2112需要特别引起注意的是2、区分负载和负载电阻值。以上功率表达式中的R表示负载电阻的阻值，而不是“负载”。“负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率。在同一电压下，R越大，负载越小；R越小，负载越大。这一点在审题时要特别注意。例远距离输电线路的示意图如图所示，若发电例远距离输电线路的示意图如图所示，若发电机的输出电压不变，在线路正常工作的情况下，机的输出电压不变，在线路正常工作的情况下，当用户用电器的总功率增大
12、时，下列判断正确当用户用电器的总功率增大时，下列判断正确的是的是 A A升压变压器的原线圈中的电流保持不变升压变压器的原线圈中的电流保持不变B B降压变压器的输出电压升高降压变压器的输出电压升高C C降压变压器的输出电压降低降压变压器的输出电压降低D D输电线上损耗的电功率减小输电线上损耗的电功率减小 发电机升压变压器 降压变压器 用户 输电线解：这是实际用电问题。发电机输出电压、解：这是实际用电问题。发电机输出电压、升压、降压变压器、输电线都已确定。相当升压、降压变压器、输电线都已确定。相当于等效电路中的电源电动势、内阻不变。正于等效电路中的电源电动势、内阻不变。正常工作时内阻远小于外电阻，
13、因此用户用电常工作时内阻远小于外电阻，因此用户用电器总功率增加，一定是负载总电阻减小，引器总功率增加，一定是负载总电阻减小，引起的结果是各处电流增大、功率增大，输电起的结果是各处电流增大、功率增大，输电线电压损失增大，降压变压器初级、次级电线电压损失增大，降压变压器初级、次级电压都降低。选压都降低。选C C。1、理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=4:1,当导体棒在匀强磁场中向左做匀速直线运动切割磁感线时,图中电流表A1的示数12mA,则电流表A2的示数为()A3mA B0 C48mA D与负载R的值有关 2、一台理想变压器原线圈的匝数为4400匝,与220V的电源相连,当副线圈接入额定电
14、压为36V的灯泡时,能够正常发光.则变压器副线圈的匝数为()A、36匝 B、72匝 C、720匝 D、1440匝C3.2、如图所示，一理想变压器给负载供电，已知变压器的输入电压不变，如果负载电阻的滑动触头向上移动，则图中各交流电表的读数及输入功率P 变化情况正确的是 A、V1、V2不变，A1增大，A2减小，P 增大 B、V1、V2不变，A1、A2增大，P 增大 C、V1、V2不变，A1、A2减小，P 减小 D、V1不变，V2 增大，A1减小，A2增大，P 减小A1A2RV1V2u【解析】因输入电压不变，线圈匝数不变，所以变压器输出电压不变；滑动触头向上移动时，负载电阻增大，所以输出电流减小,输
15、出功率减小，从而输入电流、输入功率也随之减小。【总结】分析此类问题时要利用不变的量来确定各变量之间的关系，通常由于负载变化将引起电流的变化、功率的变化。需要注意的是，不要认为输入功率一定是不变的(输入功率是会随着负载的变化而增大或减小的)。七、解决有多个副线圈的理想变压器的问题 一个原线圈多个副线圈的理想变压器，原线圈匝数为n1，两个副线圈的匝数分别为n2和n3，相应的电压分别为U1、U2和U3，相应的电流分别为I1、I2和I3，试推导电压和匝数之间的关系，电流和匝数之间的关系？11221UnUn 11332UnUn12由（）（）式得：2233U(3)UnnPP入出根 据得112233I UI
16、 UI U-4（）134将（）（）式代入（）式得3112223222I UnnI UI Unn1 12233I nI nI n八.电能输送的历程 请根据对电能输送的介绍，画出电能输送的简请根据对电能输送的介绍，画出电能输送的简图，图，*（设一个发电厂一对一的单一用户端进（设一个发电厂一对一的单一用户端进行供电）行供电）1.主要问题：主要问题：（电流的热效应导致电能转化为热能损失掉）（电流的热效应导致电能转化为热能损失掉）PI R损线2思考：能用思考：能用U2/R来计算线损吗？来计算线损吗？2.解决方法：解决方法：P损损=I线线2R线线=，2()PUR线2()PUR线 增大输电电压增大输电电压U
17、，即采用高压输，即采用高压输电是有效方法。电是有效方法。3.重要关系式：重要关系式：2121nnUU2UPI 线损IRU损UUU234343nnUU线损RIP2损用PPP14223UUUURIF用线 RI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4远距离输电远距离输电 如图所示某交流发电机输出功率为如图所示某交流发电机输出功率为5 510105 5WW，输出电压为输出电压为U U1 1=1.0=1.010103 3V,V,假如输电线总电阻假如输电线总电阻为为R=10R=10，在输电线上损失的电功率等于输电，在输电线上损失的电功率等于输电功率的功率的5%5%，用户使用的电压为，用户使用的电压为U U用用=380V=380V，求，求：所用升压变压器和降压变压器的原副线圈的：所用升压变压器和降压变压器的原副线圈的匝数比是多少？匝数比是多少？典例导悟典例导悟析与解析与解VIPU1000022%5R22PIP损VRIU5002损V950023损UUU1012121UUnnARPI50%521254343UUnn
