人教高中物理选修3-2 第五章-交变电流-交流电知识点总会 课件（共28张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教高中物理选修3-2 第五章-交变电流-交流电知识点总会 课件（共28张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 679.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-28 17:48:56 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
交流电总复习
一、交变电流的产生：
闭合矩形线圈在磁场中绕垂直于场强方向的轴转动产生的电流随时间作周期性变化，称交变电流．
当闭合线圈由中性面位置（图中O1O2位置）开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：
e=Emsinωt， 其中Em=NBSω。
这就是正弦交变电流。
二、交变电流的变化规律
（1）从线圈转至中性面开始计时，
若从转至平行磁感线开始计时，
（2）最大值：
（3）Em 与转轴的所在位置及线圈形状无关
（4） 线圈转至中性面时,电流方向发生, 线圈转动一周,电流方向改变两次.
在纯电阻的电路中，适用于直流电路的欧姆定律也适用于交流电路．设闭合电路的总电阻为R，则电流的瞬时值 i＝e / R＝（Em/R）sinωt，
其中Em/R为电流的最大值，用Im表示，于是有
i = Imsinωt．
可见，感应电流也是按正弦规律变化的
三. 表征正弦交变电流的物理量．
1. 交变电流的最大值（Im和Um） 它是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流强弱或电压高低.
2.周期和频率
a. 周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫做交变电流的周期，通常用T表示，单位是s．
b. 频率 交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，通常用f表示,单位是赫兹(Hz)．
c. 周期和频率的 关系是
ω=2π/T= 2πf
d. 转速 单位时间线圈转过的转数.单位为 r/s 或 r/min
3、交变电流的有效值
交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流电的有效值。
（2）通常所说的交变电流的电流、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的最大值。）
（3）求解交流电产生的热量问题时,必须用有效值。
若计算通过电路某一截面的电量,需用电流的平均值.
表征交流电的物理量、四值问题
1、如图，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,边长为L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r=1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动。 外电路电阻R=4Ω。
求 （1）感应电动势最大值
（2）由图示位置转过60。角时的感应电动势值
（3）由图示位转过60。角过程中产生的感应电动势值
（4）交流电压表的示数
（5）线圈转动一周在电
阻R上产生的热量
（6）在 周期内通过电阻
R的电荷量为多少。
2．如图甲所示，电阻R的阻值为50Ω，在ab间加上图乙所示的正弦交流电，则下面说法中错误的是 ( )
A．电阻R的功率为200W
B．电流表示数为2A
C．产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14rad/s
D．如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，则电流表的示数也增大一倍
C
3．让匝数为100匝的闭合矩形线圈绕某垂直磁场的转动轴在匀强磁场中匀速转动时，线圈内可产生如图所示的交流电，由该图象可计算出 （ ）
A．该交流电压的有效值为10V
B．该交流电变化频率为25Hz
C．矩形线圈转动的角速度为50πrad/s
D．矩形线圈转动过程中，穿过线圈平面的最大磁通量为 Wb
点拨：
D错
A B C
4.如图是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮。电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦交流电，给车头灯供电。
已知自行车车轮半径r=35cm，摩擦小轮半径r0=1.00cm, 线圈有n=800匝，线圈横截面积s=20cm2，总电阻R1=40Ω，旋转磁极的磁感应强度B＝0.010T，车头灯电阻R2＝10Ω。当车轮转动的角速度ω＝8rad/s时。求：
（1）发电机磁极转动的角速度。
（2）车头灯中电流的有效值。
解：
（1）磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有
①
②
（2）摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为
③
感应电动势的有效值
④
通过电流的有效值
⑤
B
解：
画出T/2的图像如图示，
在T/2中，放电管发光的时间为
放电管实际发光的时间占总时间的5/12,
在一小时内放电管实际发光的时间为
6、如图所示，同轴的两个平行导线圈M、N，M中通有图象所示的交变电流，则（ ）
A.在t1到t2时间内导线圈M、N 互相排斥
B.在t2到t3时间内导线圈M、N 互相吸引
C.在t1时刻M、N 间相互作用的磁场力为零
D.在t2时刻M、N 间相互作用的磁场力最大
1. 变压器的构造:
一. 变压器原理
变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；
另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）．两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成．
2.变压器的变压比:
U1／U2 =n 1／n2
U1／n1 = U2／n2= U3／n3 =… = ΔU／Δn = k
理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比.
当n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升 高，
这种变压器叫做升压变压器．
当n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，
这种变压器叫做降压变压器．
3. 变压器的变流比:
⑴当变压器只有一个副线圈工作时，有：
可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比．
⑵有多个副线圈时, 有P入=P出，即无论有几个副线圈在工作,变压器的输入功率总等于所有输出功率之和.
由U1I1=U2I2+U3I3+……
得到 n1I1=n2I2+n3I3+……
有多个副线圈时满足 n1I1=n2I2+n3I3+……
变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制
变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制
4.理想变压器的输入功率由输出功率决定：
即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。
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。实际上，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。
C
B C D
四川卷
3、如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的。V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1、A2 和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是 （ ）
A．U2变小、I3变小
B．U2不变、I3变大
C．I1变小、I2变小
D．I1变大、I2变大
B C
因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确．
解析：
因为变压器的匝数与U1不变，所以U2与两电压表的示数均不变．
当S断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I2减小，
由于输入功率等于输出功率,所以I1也将减小，C正确
4．如图甲所示，变压器原副线圈的匝数比为3:1，L1、L2、L3、L4为四只规格均为 “9V，6W” 的相同灯泡, 各电表均为理想交流电表，输入端交变电压u的图象如图乙所示．则以下说法中正确的是
( )
A．电压表的示数为36V
B．电流表的示数为2A
C．四只灯泡均能正常发光
D．变压器副线圈两端交变电流的频率为50Hz
B C D
一、远距离输电:
减少输电中的功率损失可以有两种方法: P损=I2 R
一种方法是: 减小电阻. 在电线长度L一定的情况下,
应当选用电阻率小、横截面积大的导线．
另一种方法是提高输电的电压U，减小电流I．减
小输电导线中的电流．
在导线电阻不变的条件下,电流如果减小到原来的百分之一,功率损失△P=I2R 就减小到原来的万分之一.
减小输电线路上的电压损失也有两种方法．U损 =IR
一种是增大输电导线的截面积以减小电阻．
另一种是减小输电电流．在输送电功率不变的前 提下，必须提高输电电压．
通过以上分析，我们看到，无论从减小输电中的功率 损失，还是从减小电压损失方面看，都要求提高输电电压，减小输电电流．
二、输电线上的功率损失
由此得出的结论：
⑴减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积。两者相比，当然选择前者。⑵若输电线功率损失已经确定，那么升高输电电压能减小输电线截面积，从而节约大量金属材料和架设电线所需的钢材和水泥，还能少占用土地。
可见其中电流之间的关系最简单，I1′、Ir、I2中只要知道一个，另两个总和它相等。
三、远距离输电问题的解题方法
首先要画出远距离输电的示意图来，并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为: n1、n1′、n2、n2′，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。
1.从图中可看出功率之间的关系是：
P1=P1′， P2=P2′ ， P1′=Pr+P2
2.电压之间的关系是：
3.电流之间的关系是：
因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。
四、远距离输送电示意图
08年高考物理上海卷
20B．（10分）某小型水电站输出功率为20 kW，输电线路总电阻是6?，
（1）若采用380V输电，求输电线路损耗的功率；
（2）若改用5000V高压输电，用户端利用n1:n2＝22:1的变压器降压，求用户得到的电压。
解：（1）
输电线上的电流强度为
输电线路损耗的功率为
P损＝I2R＝52.632×6W≈16620W＝16.62kW
（2）改用高压输电后，输电线上的电流强度变为
用户端在变压器降压前获得的电压
U1＝U－I′R＝（5000－4×6）V＝4976V
根据
用户得到的电压为
交流电总复习
一、交变电流的产生：
闭合矩形线圈在磁场中绕垂直于场强方向的轴转动产生的电流随时间作周期性变化，称交变电流．
当闭合线圈由中性面位置（图中O1O2位置）开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：
e=Emsinωt， 其中Em=NBSω。
这就是正弦交变电流。
二、交变电流的变化规律
（1）从线圈转至中性面开始计时，
若从转至平行磁感线开始计时，
（2）最大值：
（3）Em 与转轴的所在位置及线圈形状无关
（4） 线圈转至中性面时,电流方向发生, 线圈转动一周,电流方向改变两次.
在纯电阻的电路中，适用于直流电路的欧姆定律也适用于交流电路．设闭合电路的总电阻为R，则电流的瞬时值 i＝e / R＝（Em/R）sinωt，
其中Em/R为电流的最大值，用Im表示，于是有
i = Imsinωt．
可见，感应电流也是按正弦规律变化的
三. 表征正弦交变电流的物理量．
1. 交变电流的最大值（Im和Um） 它是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流强弱或电压高低.
2.周期和频率
a. 周期 交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫做交变电流的周期，通常用T表示，单位是s．
b. 频率 交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫做交变电流的频率，通常用f表示,单位是赫兹(Hz)．
c. 周期和频率的 关系是
ω=2π/T= 2πf
d. 转速 单位时间线圈转过的转数.单位为 r/s 或 r/min
3、交变电流的有效值
交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流电的有效值。
（2）通常所说的交变电流的电流、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的最大值。）
（3）求解交流电产生的热量问题时,必须用有效值。
若计算通过电路某一截面的电量,需用电流的平均值.
表征交流电的物理量、四值问题
1、如图，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T,边长为L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r=1Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动。 外电路电阻R=4Ω。
求 （1）感应电动势最大值
（2）由图示位置转过60。角时的感应电动势值
（3）由图示位转过60。角过程中产生的感应电动势值
（4）交流电压表的示数
（5）线圈转动一周在电
阻R上产生的热量
（6）在 周期内通过电阻
R的电荷量为多少。
2．如图甲所示，电阻R的阻值为50Ω，在ab间加上图乙所示的正弦交流电，则下面说法中错误的是 ( )
A．电阻R的功率为200W
B．电流表示数为2A
C．产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14rad/s
D．如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，则电流表的示数也增大一倍
C
3．让匝数为100匝的闭合矩形线圈绕某垂直磁场的转动轴在匀强磁场中匀速转动时，线圈内可产生如图所示的交流电，由该图象可计算出 （ ）
A．该交流电压的有效值为10V
B．该交流电变化频率为25Hz
C．矩形线圈转动的角速度为50πrad/s
D．矩形线圈转动过程中，穿过线圈平面的最大磁通量为 Wb
点拨：
D错
A B C
4.如图是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮。电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦交流电，给车头灯供电。
已知自行车车轮半径r=35cm，摩擦小轮半径r0=1.00cm, 线圈有n=800匝，线圈横截面积s=20cm2，总电阻R1=40Ω，旋转磁极的磁感应强度B＝0.010T，车头灯电阻R2＝10Ω。当车轮转动的角速度ω＝8rad/s时。求：
（1）发电机磁极转动的角速度。
（2）车头灯中电流的有效值。
解：
（1）磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有
①
②
（2）摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为
③
感应电动势的有效值
④
通过电流的有效值
⑤
B
解：
画出T/2的图像如图示，
在T/2中，放电管发光的时间为
放电管实际发光的时间占总时间的5/12,
在一小时内放电管实际发光的时间为
6、如图所示，同轴的两个平行导线圈M、N，M中通有图象所示的交变电流，则（ ）
A.在t1到t2时间内导线圈M、N 互相排斥
B.在t2到t3时间内导线圈M、N 互相吸引
C.在t1时刻M、N 间相互作用的磁场力为零
D.在t2时刻M、N 间相互作用的磁场力最大
1. 变压器的构造:
一. 变压器原理
变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的．一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；
另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）．两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成．
2.变压器的变压比:
U1／U2 =n 1／n2
U1／n1 = U2／n2= U3／n3 =… = ΔU／Δn = k
理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比.
当n2＞n1时，U2＞U1，变压器使电压升 高，
这种变压器叫做升压变压器．
当n2＜n1时，U2＜U1，变压器使电压降低，
这种变压器叫做降压变压器．
3. 变压器的变流比:
⑴当变压器只有一个副线圈工作时，有：
可见，变压器工作时，原线圈和副线圈中的电流跟它们的匝数成反比．
⑵有多个副线圈时, 有P入=P出，即无论有几个副线圈在工作,变压器的输入功率总等于所有输出功率之和.
由U1I1=U2I2+U3I3+……
得到 n1I1=n2I2+n3I3+……
有多个副线圈时满足 n1I1=n2I2+n3I3+……
变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制
变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制
4.理想变压器的输入功率由输出功率决定：
即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比。
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。实际上，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。
C
B C D
四川卷
3、如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的。V1和V2为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1、A2 和A3为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是 （ ）
A．U2变小、I3变小
B．U2不变、I3变大
C．I1变小、I2变小
D．I1变大、I2变大
B C
因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确．
解析：
因为变压器的匝数与U1不变，所以U2与两电压表的示数均不变．
当S断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I2减小，
由于输入功率等于输出功率,所以I1也将减小，C正确
4．如图甲所示，变压器原副线圈的匝数比为3:1，L1、L2、L3、L4为四只规格均为 “9V，6W” 的相同灯泡, 各电表均为理想交流电表，输入端交变电压u的图象如图乙所示．则以下说法中正确的是
( )
A．电压表的示数为36V
B．电流表的示数为2A
C．四只灯泡均能正常发光
D．变压器副线圈两端交变电流的频率为50Hz
B C D
一、远距离输电:
减少输电中的功率损失可以有两种方法: P损=I2 R
一种方法是: 减小电阻. 在电线长度L一定的情况下,
应当选用电阻率小、横截面积大的导线．
另一种方法是提高输电的电压U，减小电流I．减
小输电导线中的电流．
在导线电阻不变的条件下,电流如果减小到原来的百分之一,功率损失△P=I2R 就减小到原来的万分之一.
减小输电线路上的电压损失也有两种方法．U损 =IR
一种是增大输电导线的截面积以减小电阻．
另一种是减小输电电流．在输送电功率不变的前 提下，必须提高输电电压．
通过以上分析，我们看到，无论从减小输电中的功率 损失，还是从减小电压损失方面看，都要求提高输电电压，减小输电电流．
二、输电线上的功率损失
由此得出的结论：
⑴减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积。两者相比，当然选择前者。⑵若输电线功率损失已经确定，那么升高输电电压能减小输电线截面积，从而节约大量金属材料和架设电线所需的钢材和水泥，还能少占用土地。
可见其中电流之间的关系最简单，I1′、Ir、I2中只要知道一个，另两个总和它相等。
三、远距离输电问题的解题方法
首先要画出远距离输电的示意图来，并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为: n1、n1′、n2、n2′，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。
1.从图中可看出功率之间的关系是：
P1=P1′， P2=P2′ ， P1′=Pr+P2
2.电压之间的关系是：
3.电流之间的关系是：
因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。
四、远距离输送电示意图
08年高考物理上海卷
20B．（10分）某小型水电站输出功率为20 kW，输电线路总电阻是6?，
（1）若采用380V输电，求输电线路损耗的功率；
（2）若改用5000V高压输电，用户端利用n1:n2＝22:1的变压器降压，求用户得到的电压。
解：（1）
输电线上的电流强度为
输电线路损耗的功率为
P损＝I2R＝52.632×6W≈16620W＝16.62kW
（2）改用高压输电后，输电线上的电流强度变为
用户端在变压器降压前获得的电压
U1＝U－I′R＝（5000－4×6）V＝4976V
根据
用户得到的电压为