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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第十四章：交變電流本章在高考中的地位：本章是電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用和延伸，也是高中物理電磁學(xué)知識(shí)的收尾。高考對(duì)交流電的產(chǎn)生和變壓器的原理要求較高，而對(duì)電磁場(chǎng)的電磁波僅限于一般性認(rèn)識(shí)和了解，特別注意電磁振蕩及LC回路不再列為高考要求，因而也不必在此浪費(fèi)時(shí)間。復(fù)習(xí)的重點(diǎn)是交流電的的變化規(guī)律及其描述（包括圖象）、有效值的概念、理想變壓器的原理、電能輸送中相關(guān)計(jì)算等。特別是交變電流知識(shí)和力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用問題，要引起足夠重視，還有帶電粒子在加有交變電壓的平行金屬板間的運(yùn)動(dòng)問題等，復(fù)習(xí)過程中，要注意適量訓(xùn)練，提高綜合應(yīng)用能力。一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)1、交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律及圖象表達(dá)2、表

2、征交變電的物理量、交變電的有效值3、電感和電容對(duì)交變電的影響4、變壓器的構(gòu)造、作用、原理5、理想變壓器的理想化條件及規(guī)律6、遠(yuǎn)距離輸電第一模塊：交變電流的產(chǎn)生、描述夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1、交變電流的幾個(gè)基本問題（1）交變電流的意義交變電流：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流電。正弦式電流；隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流叫做正弦式電流，正弦式電流的圖象是正弦曲線，我國(guó)市用的交變電流都是正弦式電流。（2）產(chǎn)生交變電流的基本原理交變電流的產(chǎn)生，一般都是借助于電磁感應(yīng)現(xiàn)象得以實(shí)現(xiàn)的。因此，可以說，產(chǎn)生交變電流的基本原理，就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中所遵循的規(guī)律法拉第電磁感應(yīng)定律。（3）產(chǎn)生交變電流的

3、基本方式一般來(lái)說，利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來(lái)產(chǎn)生交變電流的具體操作方式可以有很多種。例如，使圖中所示的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中往復(fù)振動(dòng)，就可以在線圈中產(chǎn)生方向交替變化的交變電流。但這種產(chǎn)生交變電流的操作方式至少有如下兩個(gè)方面的不足：第一，操縱線圈使之往復(fù)振動(dòng)，相對(duì)而言是比較困難的；第二，使線圈往復(fù)振動(dòng)而產(chǎn)生的交變電流，其規(guī)律相對(duì)而言是比較復(fù)雜的。正因?yàn)槿绱?，盡管理論上產(chǎn)生交變電流的具體操作方式可以有很多種，但人們卻往往都是選擇了操作較為方便且產(chǎn)生的交變電流的規(guī)律較為簡(jiǎn)單的一種基本方式使線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中相對(duì)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而切割磁感線來(lái)產(chǎn)生交變電流。這幾乎是所有交流發(fā)電機(jī)的基本模型。（4）正弦式電流的產(chǎn)生產(chǎn)生方法：如

4、圖所示，將一個(gè)平面線圈置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并使它繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生正弦式電流。中性面：中性面的特點(diǎn)是，線圈位于中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；線圈經(jīng)過中性面時(shí)，內(nèi)部的電流方向要發(fā)生改變。（3）交變電流的規(guī)律（以交變電動(dòng)勢(shì)為例）函數(shù)形式：N匝面積為S的線圈以角速率轉(zhuǎn)動(dòng)，從某次經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則e=NBSsint，用Em表示峰值NBS，則e=Emsint，電流。圖象表示如圖所示二、表征交變電流的物理量1、周期和頻率交變電流的周期和頻率都是描述交變電流變化快慢的物理量。周期T：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，單位是秒（S），周期越大，

5、交變電流變化越慢，在一個(gè)周期內(nèi)，交變電流的方向變化2次。頻率f:交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲，符號(hào)為Hz，頻率越大，交變電流變化越快。關(guān)系：2、瞬時(shí)值、最大值、有效值和平均值（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式：若從中性面開始，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式：（伏）。感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式：（安）若從線圈平面與磁力線平行開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為：（伏）。感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式：（安）在計(jì)算通電導(dǎo)體或線圈所受的安培力時(shí)，應(yīng)用瞬時(shí)值。（2）交變電流的最大值（以交變電動(dòng)勢(shì)為例）。交變電動(dòng)勢(shì)最大值：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到穿過線圈的磁通量為0的位置時(shí)，取得此值。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是，與線形狀無(wú)關(guān)，與轉(zhuǎn)軸位置

6、無(wú)關(guān)，其表達(dá)式為。在考慮交流電路中電容器耐壓值時(shí)，應(yīng)采用最大值。（3）交變電流的有效值有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的，在周期的整數(shù)倍時(shí)間內(nèi)（一般交變電流周期較短，如市電周期僅為0，02s，因而對(duì)于我們所考察的較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)說，基本上均可視為周期的整數(shù)倍），如果交變電流與某恒定電流流過相同電阻時(shí)其熱效應(yīng)相同，則將該恒定電流的數(shù)值叫做該交變電流的有效值。注意：這是在三個(gè)相同下的等效。正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系為：。上述關(guān)系式只適用于線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中相對(duì)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的正弦交變電流，對(duì)于用其他方式產(chǎn)生的其他交變電流，其有效值與最大值間的關(guān)系一般與此不同，其它形式的交流電按熱效應(yīng)相同進(jìn)行計(jì)算

7、，利用分階段計(jì)算效變電流一個(gè)周期內(nèi)在某電阻上產(chǎn)生的熱量，然后令其與直流電在相同時(shí)間內(nèi)在同一電阻上產(chǎn)生的熱量相等，此時(shí)直流電的值為交變電流的有效值。這是根據(jù)有效值的定義作具體分析。一般交變電流表直接測(cè)出的是交變電流的有效值，一般用電器銘牌上直接標(biāo)出的是交變電流的有效值，一般不作任何說明而指出的交變電流的數(shù)值都是指有效值。（4）交變電流的平均值交變電流圖象中圖象與t軸所圍成的面積與時(shí)間的比值叫做交變電流的平均值，平均值是利用來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，計(jì)算電量時(shí)只能用平均值，題型解析類型題： 交流電圖象問題的分析方法 交變電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律不再是簡(jiǎn)單的正比例（線性）關(guān)系，故需借助圖象法來(lái)分析研究，這比單純

8、地用代數(shù)方法顯得更為直觀、簡(jiǎn)捷。分析物理圖象的要點(diǎn)：一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”、看“截距”、看“面積”、看“拐點(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。對(duì)于正弦交變電流的變化規(guī)律，不應(yīng)只從其隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化這一點(diǎn)去認(rèn)識(shí)，還應(yīng)看到交流的電動(dòng)勢(shì)隨線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中空間位置的變化而變化，隨線圈的磁通量變化而變化。三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷?！纠}】一矩形線圈，繞垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖所示，下列說法中正確的是：（D）A、t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零；B、t2時(shí)刻通過線圈的

9、磁通量的絕對(duì)值最大；C、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大；D、每當(dāng)e改變方向時(shí)，通過線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大【例題】處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd,以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab垂直，在t=0時(shí)刻,線圈平面與紙面重合(如圖),線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動(dòng)，若規(guī)定abcda方向的感應(yīng)電流為正,則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線是( C )【例題】如圖演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，5T,線圈匝數(shù)N=50匝,每匝線圈面積為0，48m,轉(zhuǎn)速為150r/min。在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過90°開始計(jì)時(shí)。寫出交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬

10、時(shí)值的表達(dá)式。畫出e-t圖線。解析：從線圈平面經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角度t，于是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Emsint,其中Em=2NBL=NBS。根據(jù)交流電的方程圖畫線時(shí)，最大值是正弦圖線的峰值，由縱軸上的刻度值標(biāo)出。交流電的角頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng)，=2/T。而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出。解：由題意知：N=50，B=0.5T，=5（rad/s）,S=0，48,e=Emsint,Em=NBS=50×0，48×5=188(V);所以e=188sin5t(V);T=2/=0.4s， e-t圖線如圖所示。類型題： 關(guān)于交變電流幾個(gè)值的應(yīng)用 1、交變電流的瞬時(shí)值【例

11、題】有一正弦交流電源，電壓有效值U=120V，頻率為f=50Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=60V，試估算在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時(shí)間有多長(zhǎng)？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？解析：由正弦交流電的最大值與有效值U的關(guān)系得：Um=120V設(shè)t=0時(shí)交流電的瞬時(shí)電壓U=0則交流電的瞬時(shí)表達(dá)式為U=120sin100t V如圖所示畫出一個(gè)周期內(nèi)交流電的U-t圖象，其中陰影部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間，根據(jù)對(duì)稱性，一個(gè)周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間為4t1，當(dāng)U=U0=60V時(shí)，由上式得t1=1/600s，再由對(duì)稱性求得一個(gè)周期內(nèi)能發(fā)光的時(shí)間：t=T-4t1=再

12、由比例關(guān)系求得一小時(shí)內(nèi)霓虹燈發(fā)光的時(shí)間為：t=很明顯霓虹燈在工作過程中是忽明忽暗的，而熄滅的時(shí)間只有1/300s（如圖t2時(shí)刻到t3時(shí)刻）由于人的眼睛具有視覺暫留現(xiàn)象，而這個(gè)視覺暫留時(shí)間約1/16s為遠(yuǎn)大于1/300s，因此經(jīng)過燈光刺激的人眼不會(huì)因?yàn)槎虝旱南缍兴杏X。2、交變電流的最大值【例題】把一電容器C接在220V的交流電路中，為了保證電容不被擊穿，電容器C的耐壓值是多少？解析：不低于200V，不少學(xué)生往把電容器與燈泡類比，額定電壓220 V的燈泡接在220 V的交流電源上正常發(fā)光，從而錯(cuò)誤的認(rèn)為電容器的耐壓值也只要不低于220V即可，事實(shí)上，電容器接在交流電路中一直不斷地進(jìn)行充、放電

13、過程，電容器兩極間電壓最大可達(dá)200V，故電容器C的耐壓值應(yīng)不低于200V，3、交變電流的有效值交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。正弦交流電的有效值跟最大值之間的關(guān)系是：，對(duì)于非正弦電流的有效值以上關(guān)系不成立，應(yīng)根據(jù)定義來(lái)求。通常所說交流電壓、電流是用電壓表、電流表測(cè)得的，都是指有效值。用電器上所標(biāo)電壓、電流值也是指有效值，在計(jì)算交流電通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量、熱功以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，只能用有效值。【例題】如圖表示一交變電流的電流隨時(shí)間而變化的圖象，此交變電流的有效值：(B)

14、A5A B5A C3.5A D3.5A【例題】?jī)蓚€(gè)完全相同的電熱器分別通以圖中（a）和(b)所示的電流最大值相等的正弦交變電流和方波交變電流，則這兩個(gè)電熱器的熱功率之比P甲：P乙=_。解析：對(duì)于正弦交變電，其最大值恰等于有效值的倍，但對(duì)于非正弦交變電，其最大值與有效值間的關(guān)系一般需要根據(jù)有效值的定義來(lái)確定。解答：通以正弦我變電流的電熱器的熱功率為Pa=I2R=(Im)2R=Im2R/2；通以方波交變電流的電熱器，盡管通電時(shí)電流方向不斷變化，但線時(shí)刻流過的電流數(shù)值均為Im，且電流的熱功率與電流方向無(wú)關(guān)，所以Pb=Im2R，。于是得Pa：Pb=1：2。交變電流的有效值與最大值間的關(guān)系Im=I，只對(duì)

15、正弦交變電流才成立。圖所示的方波交變電流，有效值等于最大值【例題】左圖所示是某種型號(hào)的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交變電源上，通過裝置P使加在電熱絲上的電壓的波形如右圖所示。此時(shí)接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為 A110V B156V C220V D311VPu V12345ot/10-2su/V311解析：從u-t圖象看出，每個(gè)周期的前半周期是正弦圖形，其有效值為220V；后半周期電壓為零。根據(jù)有效值的定義， ，得U=156V，選B?！纠}】交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R。當(dāng)線圈由圖中實(shí)線位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)虛線位置過程中，求：通過R的電荷量q為多少？R上產(chǎn)生電熱QR為多少？外力做的功W為多少？解析：按照電流的定義I=q/t，計(jì)算電荷量q應(yīng)該用電流的平均值：即這里電流和電動(dòng)勢(shì)都必須要用平均值，不能