高中物理交变电流知识点及练习

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1.交变电流产生(

(b)、(c)、((d)为直流其中

(二)、正弦交流的产生及变化规律。

(1)、产生:当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。即正弦交流。

(2)、中性面:匀速旋转的线圈,位于跟磁感线垂直的平面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大,但切割边都未切割磁感线,或者说这时线圈的磁通量变化率为零,线圈中无感应电动势。

产生: 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动而产生的

瞬时值:I=I m sinωt

峰值:I m= nsBω/R

有效值:2

/

m

I

I=

周期和频率的关系:T=1/f

图像:正弦曲线

电感对交变电流的作用:通直流、阻交流,通低频、阻高频

电容对交变电流的作用:通交流、阻直流,通高频、阻低频

变流比:

电能的输送

原理:电磁感应

变压比:U1/U2=n1/n2

只有一个副线圈:I1/I2=n2/n1

有多个副线圈:I1n1= I2n2= I3n3=……

功率损失:

线

R

U

P

P2

=

电压损失:

线

R

U

P

U=

远距离输电方式:高压输电

(3)、规律:从中性面开始计时,则e=NBS ωsin ωt 。用εm 表示峰值NBS ω则e=εm sin ωt 在纯电阻电路中,

电流I=

R

R e m

ε=

sin ωt=I m sin ωt ,电压u=U m sin ωt 。 2、表征交变电流大小物理量

(1)瞬时值:对应某一时刻的交流的值 用小写字母x 表示,e i u (2)峰值:即最大的瞬时值。大写字母表示,U m Im εm εm = nsB ω Im =εm / R

注意:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时,所产生感应电动势的峰值为εm =NBS ω,即仅由匝数N ,线圈面积S ,磁感强度B 和角速度ω四个量决定。与轴的具体位置,线圈的形状及线圈是否闭合都是无关的。 (3)有效值:

a 、意义:描述交流电做功或热效应的物理量

b 、定义:跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。

c 、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是ε=

2m ε I=2

m I

U=2m U 。

注意:正弦交流的有效值和峰值之间具有ε=

2

m

ε,U=22m m I I U =的关系,非正弦(或余弦)交流无此关系,

但可按有效值的定义进行推导,如对于正负半周最大值相等的方波电流,其热效应和与其最大值相等的恒定电流是相同的,因而其有效值即等于其最大值。即I=I m 。

e 、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值;交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电

若没有特殊说明的均指有效值。

f 、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 (4)峰值、有效值、平均值在应用上的区别。

峰值是交流变化中的某一瞬时值,对纯电阻电路来说,没有什么应用意义。若对含电容电路,在判断电容

器是否会被击穿时,则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。

交流的有效值是按热效应来定义的,对于一个确定的交流来说,其有效值是一定的。而平均值是由公式

t

n

∆∆Φ

=ε确定的,其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定,在不同的时间段里是不相同的。如对正弦交流,其正半周或负半周的平均电动势大小

为πω

εnBs T Bs n 22

2=

⋅=

,而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时,只能用有效值,而不能用平均值。在计算通过导体的电量时,只能用平均值,而不能用有效值。

在实际应用中,交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值,交流电流表和交流电压表指示的电流、电压也是有效值,解题中,若题示不加特别说明,提到的电流、电压、电动势时,都是指有效值。 (5)、表征交变电流变化快慢的物理量

a 、周期T :电流完成一次周期性变化所用的时间。单位:s .

b 、频率f :一秒内完成周期性变化的次数。单位:HZ .

c d 、角速度、频率、周期,的关系ω=2πf=T

π

2

(6)、疑难辨析

始计时,t=0t=4

T 电动势的瞬时表达式是正弦函数,如上图17-2所示分别是φ=φm cos ωt 和e=εm sin ωt 。 3、变压器

(1)变压器的构造: 原线圈、 副线圈、 铁心 (2).变压器的工作原理

在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象,叫做互感现象,互感现象是变压器工作的基础。 (3).理想变压器:磁通量全部集中在铁心内,变压器没有能量损失,输入功率等于输出功率。 (4).理想变压器电压跟匝数的关系:

U 1/U 2= n 1/n 2

说明:对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系,不仅适用于原、副圈只有一个的情况,而且适用于多个副线圈的情况。即有

3

3

2211n U n U n U ===……。这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁心内。因此穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的,每匝线圈产生相同的电动势,因此每组线圈的电动势与匝数成正比。在线圈内阻不计的情况下,每组线圈两端的电压即等于电动势,故每组电压都与匝数成正比。 (5)理想变压器电流跟匝数的关系