高中物理交变电流复习课(详细)

交流电规律的综合应用（习题课）学习目标：1、知道描述交变电流的物理量，周期、频率、峰值、有效值、平均值．(重点)2、理解正弦式交变电流的最大值和有效值间的关系．会求解交变电流的有效值．(重点、难点)3、可以正确区分正弦式交变电流电压的瞬时值、最大值、有效值、平均值，并进行相关热量、电量的运算。

4、掌握分析变压器静态问题、动态问题和远距离输电问题的思路相关知识：一、正弦式交变电流1.产生：线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.2.两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt ＝0，e ＝0，i ＝0，电流方向将发生改变.(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变.3.电流方向的改变：一个周期内线圈中电流的方向改变两次.4.交变电动势的最大值：E m ＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关.5.交变电动势随时间的变化规律(中性面开始计时) e ＝nBSωsin ωt .二、描述交变电流的物理量 1.周期和频率(1)周期T ：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s).表达式为T ＝2πω＝1n(n 为转速).(2)频率f ：交变电流在1 s 内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz).(3)周期和频率的关系：T ＝1f 或f ＝1T.2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一时刻的值.(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值.(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值.(4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系 I ＝I m 2，U ＝U m2，E ＝E m2.(5)交变电流的平均值 E ＝n ΔΦΔt ，I ＝nΔΦR ＋r Δt.三、变压器和远距离输电1.变压器物理量之间的关系2.变压器的分析方法匝数比不变的情况负载电阻不变的情况①U1不变,根据U1U2=n1n2,输入电压U1决定输出电压U2,可以得出不论负载电阻R如何变化,U2不变②当负载电阻发生变化时,I2变化,根据输出电流I2决定输入电流I1,可以判断I1的变化③I2变化引起P2变化,根据P1=P2,可以判断P1的变化①U1不变,n1n2发生变化,U2变化②R不变,U2变化,I2发生变化③根据P2=U22R和P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,若此时U1不变,则I1发生变化3.远距离输电(1)理清三个回路（如图所示）(2)抓住两个联系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U1：U2=n1：n2,I1：I2=n2：n1,P1=P2。

高中物理：交变电流复习考纲要求1、交流发电机及其产生正弦式电流的原理,正弦式电流的图象和三角函数表达,最大值与有效值,周期与频率Ⅱ2、电阻、电感和电容对交变电流的作用,感抗和容抗Ⅰ3、变压器的原理,电压比和电流比Ⅱ4、电能的输送Ⅰ说明：只要求讨论单相理想变压器知识网络：单元切块：按照考纲的要求,本章内容可以分成两部分,即：交变电流；变压器、电能的输送。

其中重点是交变电流的规律和变压器,交流电路的分析和计算是复习的难点。

§1 交变电流教学目标：1．掌握交流发电机及其产生正弦式电流的原理,正弦式电流的图象和三角函数表达,2．理解最大值与有效值,周期与频率；3．知道电阻、电感和电容对交变电流的作用,感抗和容抗教学重点：交流的基本概念教学难点：交流电路的分析与计算教学方法：讲练结合,计算机辅助教学教学过程：一、交变电流的产生1. 正弦交流电的产生当闭合矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时,闭合线圈中就有交流电产生．如图所示．设矩形线圈abcd 以角速度ω绕oo ' 轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动．此时,线圈都不切割磁感线,线圈中感应电动势等于零．经过时间t 线圈转过ωt 角,这时ab 边的线速度v 方向跟磁感线方向夹角等于ωt ,设ab 边的长度为l ,bd 边的长度为l',线圈中感应电动势为t l Bl e ωωsin 22'= 当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时,线圈转过T /4时间,ωt =π/2,ab 边和cd 边都垂直切割磁感线,sin ωt =1,线圈中感应电动势最大,用E m 来表示,E m =BS ω．则e =E m sin ωt由上式知,在匀强磁场中,绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动的线圈里产生的感应电动势是按正弦规律变化的．根据闭合电路欧姆定律：t R E R e i m ωsin ==,令R E I m m =,则 i=I m sin ωt路端电压u=iR=I m R sin ωt ,令U m =I m R ,则u=U m sin ωt如果线圈从如图所示位置开始转动,电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化e=E m cos ωt i=I m cos ωt u=U m cos ωt2．中性面当线圈转动至线圈平面垂直于磁感线位置时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电流,这个特定位置叫做中性面．应注意：①中性面在垂直于磁场位置．②线圈通过中性面时,穿过线圈的磁通量最大．③线圈平面通过中性面时感应电动势为零．④线圈平面每转过中性面时,线圈中感应电流方向改变一次,转动一周线圈两次通过中性面,故一周里线圈中电流方向改变两次．3．正弦交流电的图象矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直于磁感线的轴做匀角速转动,线圈里产生正弦交流电．当线圈从中性面开始转动,在一个周期中：在t （0,T /4）时间内,线圈中感应电动势从0达到最大值E m ．在t （T /4,T /2）时间内,线圈中感应电动势从最大值E m 减小到0．在t （T /2,3T /4）时间内,线圈中感应电动势从0增加到负的最大值-E m ．在t（3T /4,T ）时间内,线圈中感应电动势的值从负的最大值-E m减小到0．电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同,如图所示．二、描述交变电流的物理量1、瞬时值：它是反映不同时刻交流电的大小和方向,正弦交流瞬时值表达式为：t e m ωεsin =,t I i m ωsin =.应当注意必须从中性面开始。

．正弦交流电的产生：在匀强磁场里，线圈绕磁场方向的轴匀速转动．中性面：与磁场方向的平面中性面与峰值面的比较：保元件可能是】在匀强磁场中，一矩形金属框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，象如图乙所示，则】矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图象如图所示，下列说势的大小末线框平面平行于磁场，通过线框的磁通量变化最快理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上的滑片P处n1：n2=6：1，副线圈两u/V线平行时，电流表的指针偏转最、匝数为n、线圈总电阻为并联的交流电压表为理想刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是R时感应电动势；60°角的过程中产生的平均感应电动势；，、为理想电流表和理想电压表，若原线圈接入如图所示的正弦交变电压，电压图3．电流表的示数为2 A图4的示数一定都变小 的示数变小A 3的示数一定变大 三、输电电路的基本分析所示，发电站的输出电功率为P ，输出电压为U′，则输电电流为I ＝P U ＝U －U′R ＝U 线R .图6线＋P 3 43 I 线22＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线输电导线上损失的电功率 (P 2U 2)2R 线．关于远距离输电问题的处理思路常见问题有两类：一类是按发电机→升压→输电线→降压→用电器的顺序分析或按用电器到发电机的顺序分析；还有一类常见的是从中间突破的题目，即由输电线上的功率损失求出输电线上的电流，也就是流过升压变压器副线圈和降压变压器原线圈的电流，再由理想变压器的工作原理推断发电和用电的问题．某小型发电站的发电机输出交流电压为500 V ，输出电功率为的输电线向远处用户送电，这时用户获得的电压和电功率是多少？假如，要求输电线上损失的电功率是输送功率的0.6%，则发电站要安装一个升压变压器，到达用户前再用降压变压器变为220 V 供用户使用，不考虑变压器的能量损失，这两个变压器原、副线圈的匝数比各是多少？图7．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1.原线圈接电压的交流电源，副线圈接两个阻值均为均为理想电表．则下述结论中正确的是的示数为0.1 A的示数为11 2 V的示数为0.05 A的示数为22 V220 V，变电所需适时进行调压，图不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压．某次变化的曲线如图乙所示．以下正确的是甲乙如图11所示，电路中的变压器为理想变压器，是滑动变阻器R的滑动触头，原线圈两端接电压有效值恒定的交变电流，则能使原线圈的输入功率变大的是( )由b切换到a由a切换到b向上滑动向下滑动．(2010·天津理综·7)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡V1、V2和理想交流电流表A)示数的比值不变示数的比值变大示数的比值变大示数的比值不变理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈回路中的电阻阻值相等，a、b两端加一定的交变电压．4∶1 B．1∶4 C．16∶1 D．1∶16(2009·广东单科·9)如图14为远距离高压输电的示意图，发电机的输出电压；变压器原、副线圈的匝数比；与变压器原线圈串联的电流表的示数．。

高中物理：交变电流一、正弦式电流的产生和变化规律1、交流电产生的条件：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，在线圈中将产生按正弦规律变化的交变电流。

2、交流电的变化规律（1）感应电动势瞬时值的表达式：如果线圈从中性面开始时，在匀强磁场中以角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生感应电动势的最大值为，则在时刻，线圈中产生的感应电动势的瞬时值是；由于电流与电动势的同步性，若感应电流的最大值为，感应电流的瞬时值的表达式为（2）感应电动势的最大值是；式中N为线圈匝数，S为线圈面积。

（3）从感应电动势的表达式可以看出，当时，即线圈平面垂直于中性面时，感应电动势最大；而当线圈平面与中性面平行时，即或时，感应电动势为零。

要注意的是线圈平面垂直于中性面时，即时，穿过线圈的磁通量为零，但这时其变化率却最大。

3、交变电流的图象：交变电流、电压、电动势的图象都是正弦函数图象。

二、表征交流电的物理量1、表征交流电的物理量主要有：瞬时值、最大值和有效值；周期、频率和角频率。

2、交流电的有效值：（1）根据电流的热效应规定的，即交流电和直流电通过同样阻值的两个电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，则这个直流电的数值为交流电的有效值；（2）对正弦式电流而言，其最大值是有效值的倍，即：，，（3）通常所说的交流电的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流等都是指有效值；电容器的耐压值是交流电的最大值；计算通过电路某一截面的电量，需用交流电的平均值。

3、交流电的周期、频率和角频率都是用来表征交流电的物理量，三者之间的关系是：我国工农业生产和生活用的交流电，频率50Hz，周期0.02s，电流方向每秒钟改变100次。

注意问题：1、交变电流的产生过程及电动势和磁通量的变化情况以上反映线圈上感应电动势瞬时值的图象都是当线圈平面恰通过中性面时开始计时作出的。

线圈通过中性面的瞬时，线圈导体不切割磁感线，感应电动势为零，磁通量的变化率为零，但穿过线圈平面的磁通量最大。

高中物理汇总：交变电流知识点详解交变电流知识点讲解1. 交流电的产生（1）交流电：大小和方向均随时间作周期性变化的电流。

方向随时间变化是交流电的最主要特征。

（2）交流电的产生①平面线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴转动时，线圈中就会产生按正弦规律变化的交流电，这种交流电叫正弦式交流电。

②中性面：垂直于磁场的平面叫中性面。

线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，此位置线圈中的感应电动势为零，且每经过中性面一次感应电流的方向改变一次。

线圈每转一周，两次经过中性面，感应电流的方向改变两次。

（3）正弦式交流电的变化规律：若从中性面位置开始计时，那么线圈中的电动势、电流、加在外电阻上的电压的瞬时值均按正弦规律变化。

②图像如图所示：2. 表征交流电的物理量（1）描述交流电的大小①瞬时值：交流电的瞬时值反映的是不同时刻交流电的大小和方向。

②最大值：交流电在变化过程中所能达到的最大值是表征交流电强弱的物理量。

③有效值：是根据交流电的热效应规定的，反映的是交流电在能量方面的平均效果。

让交流电与恒定电流通过阻值相同的电阻，若在相等时间内产生的热量相等，这一恒定电流值就是交流电的有效值。

各种电器设备所标明的额定电流和额定电压均是有效值。

（2）周期和频率是用来表示交流电变化快慢的物理量：3. 变压器（1）变压器的构造及原理①构造：由一个闭合的铁芯以及绕在铁芯上的两组（或两组以上）的线圈组成。

和电源相连的线圈叫原线圈，与负载相连的线圈叫副线圈。

②工作原理原线圈加上交变电压后会产生交变的电流，这个交变电流会在铁芯中产生交变的磁通量，那么副线圈中会产生交变电动势，若副线圈与负载组成闭合电路，副线圈中也会有交变电流产生，它同样在铁芯中激发交变的磁通量，这样，由于原、副线圈中有交变电流通过而发生的一种相互感应现象叫互感现象。

变压器工作的物理基础就是利用互感现象。

（2）理想变压器①铁芯封闭性好、无漏磁现象，即穿过原、副线圈的磁通量相等。