(共18张PPT)
【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第5章本章优化总结
专题归纳整合
章末综合检测
本章优化总结
知识网络构建
知识网络构建
交变电流
交变电流
专题归纳整合
交变电流四值的对比及应用
交变电流的四值是指：瞬时值、峰值、有效值、平均值
1．瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向,正弦式电流瞬时值表达式为：e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt.应当注意必须从中性面开始．在研究某一时刻线圈受到安培力时，只能用瞬时值．
2．峰值：交变电流的峰值是它能达到的最大值．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的交变电流的电动势，其最大值Em＝nBSω，在考虑电容器的耐压值时，应根据交流电的最大值．
如图5－1所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度为ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω，求：
图5－1
例1
【答案】 (1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V (4)1.78 V
(5)0.99 J (6)0.0866 C
理想变压器的基本关系和动态分析问题
2．关于理想变压器的动态分析问题
处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系，大致有两种情况．
(1)负载电阻，原线圈电压不变，副线圈的电压、原副线圈的电流、功率随匝数变化而变化．
(2)匝数比，原线圈电压不变，原副线圈的电流、功率随负载电阻的变化而变化．
如图5－2所示电路中的变压器为理想变压器,S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流.下列说法正确的是( )
图5－2
例2
A．保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小
B．保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小
C．保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1增大
D．保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小
【精讲精析】 S由b切换到a时，副线圈匝数增多,则输出电压U2增大，R上消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故输入电流I1增大，所以A错，C对；S由a切换到b时，副线圈匝数减少，则输出电压U2减小，I2减小，B对；P向上滑动时，R减小，I2增大，由电流与匝数的关系可知，I1增大，D错．
【答案】 BC(共44张PPT)
【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第5章第二节描述交变电流的物理量
第二节 描述交变电流的物理量
课标定位
学习目标：1.知道交变电流的周期和频率，以及它们之间的关系．
2．知道交变电流和电压的最大值、瞬时值、有效值等及其关系．
3．知道我国供电线路交变电流的周期与频率．
重点难点：1.对交变电流的理解和应用．
2．计算一些非正弦式交变电流的有效值．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第二节
描述交变电流的物理量
课前自主学案
课前自主学案
一、周期和频率
1．周期：交变电流完成_______________所需的时间，用___表示，单位是___．
2．频率：交变电流在1 s内完成____________的次数，用___表示，单位：______．
一次周期性变化
T
秒
周期性变化
f
赫兹
二、峰值和有效值
1．峰值：交变电流在一个周期内所能达到的_______，峰值可以用来表示交变电流的_____或电压的______，但不能用来表示交变电流产生的________．
峰值在实际中有一定的指导意义，所有使用交变电流的用电器，其最大耐压值应_______其使用的交流电压的峰值，电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许施加电压的________．
最大值
强弱
高低
热效应
不小于
最大值
2．有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U,我们就把I、U叫做这个交流的有效值．
在没有特别说明时，通常所说的交变电流、电压、电动势都是指有效值，交流电流表测量的值也是有效值，交流用电设备铭牌标出的电压、电流值也是指有效值．
正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系：
I＝____Im，U＝_____Um，E＝_____Em.
三、相位
如图5－2－1所示，甲、乙两交流电的表达式分别为：u甲＝Emsinωt；u乙＝Emsin(ωt＋Φ)，其中“________”叫做交变电流的______，Φ是t＝0时的相位，叫做交变电流的________．
图5－2－1
ωt＋Φ
相位
初相位
两支交流的__________叫做它们的相位差．例如两支交流电，u1＝Emsin(ωt＋Φ1)，u2＝Emsin(ωt＋Φ2)，它们的__________，但初相位不同，它们的相位差(ωt＋Φ2)－(ωt＋Φ1)＝ _________，是一个常量，等于两个初相之差，不随时间变化，可以说，这两支交变电流的变化规律是相同的，只是__________不同．
相位之差
频率相同
Φ2－Φ1
变化步调
核心要点突破
一、对有效值的理解、计算方法
1．有效值的理解
交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，理解有效值重点在“等效”，“效果”相同在定义中体现为相同电阻、相同时间，产生相同热量，交变电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多大．
3．几种典型的有效值
特别提醒：铭牌上表示的和电表测量的都是有效值，电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．关于交流电的有效值，正确的说法是( )
A．对于各种交变电流，最大值的平方都等于有效值平方的2倍
B．有效值就是交流电在一个周期内的平均值
C．交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的
D．在交流电路中，交流电流表及交流电压表的读数表示的均为有效值
二、交变电流的四值对比
特别提醒：(1)交变电流的平均值不等于有效值，不是初、末状态瞬时值的平均值．
(2)交变电流的平均值与交变电流的方向及所取时间的长短均有关．
(3)计算通过导体某一截面的电荷量时，只能用交变电流的平均值．
一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图5－2－2所示．由图可知( )
图5－2－2
课堂互动讲练
表征交变电流的物理量及其应用
例1
【思路点拨】 本题首先可以从图中得到交变电流的频率和峰值，然后可由正弦式交变电流峰值与有效值的关系确定其有效值，最后由有效值计算电阻消耗的电功率．
【答案】 BD
【规律总结】 根据函数表达式和图象确定表征交变电流的物理量时，首先要确定交变电流的周期和峰值，在此基础上正确运用相关关系式进行分析求解．
变式训练1 将阻值为5 Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图5－2－3所示．下列说法正确的是( )
图5－2－3
某一交流电的电压波形如图5－2－4所示，求这一交流电的电压的有效值U.
根据图象计算有效值
例2
图5－2－4
【思路点拨】 首先根据u－t图象得出交变电流的周期，然后根据有效值的定义计算出有效值，时间可取一个周期．
变式训练2 如图5－2－5甲为电热毯的电路图，电热丝接在u＝311sin100πt V的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置P使输出电压变为图乙所示波形,从而进入保温状态．若电阻丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是( )
图5－2－5
A．110 V B．156 V
C．220 V D．311 V
交变电流“四值”的应用
例3
图5－2－6
(1)转动中感应电动势的最大值和有效值．
(2)电路中交流电压表和电流表的示数．
(3)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R的电量．
【思路点拨】 解答本题时应把握以下三点：
(1)由交流电的瞬时值表达式确定最大值．
(2)电表示数对应交流电的有效值．
(3)计算电量用交流电的平均值．
【答案】 (1)50 V 35.4 V (2)31.86 V 3.54 A
(3)0.16 C
【规律总结】 在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时只能用有效值；在研究交变电流通过导体横截面的电荷量时只能用平均值．
变式训练3 (2009年高考福建理综卷)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图5－2－7甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0 Ω,现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡，如图乙所示，则( )
图5－2－7
A．电压表V的示数为220 V
B．电路中的电流方向每秒钟改变50次
C．灯泡实际消耗的功率为484 W
D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J(共41张PPT)
【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第5章第一节交变电流
课标定位
学习目标：1.知道什么是交变电流．
2．理解交变电流的产生及变化规律．
3．了解正弦式交变电流的图象和三角函数表达式．
重点难点：1.交变电流产生的物理过程的分析及中性面的特点．
2．交变电流产生的物理过程的分析及图象的表达．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
第一节
交变电流
课前自主学案
课前自主学案
一、交变电流
1．交变电流：大小和方向都随时间做_______变化的电流，称为交变电流，简称交流．
2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．
二、交变电流的产生
1．在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是_________．
2．线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流_____，这一位置叫_______．线圈平面经过中性面时，______________就发生改变．线圈绕轴转一周经过中性面______，因此感应电流方向改变______．
周期性
交变电流
为零
中性面
感应电流方向
两次
两次
三、交变电流的变化规律
1．正弦式交变电流的瞬时值表达式
i＝_________
u＝__________
e＝________
其中i、u、e分别表示电流、电压、电动势的________，Im、Um、Em分别表示电流、电压、电动势的_______．
Imsinωt
Umsinωt
Emsinωt
瞬时值
最大值
2．正弦式交变电流的图象：如图5－1－1所示．
图5－1－1
3．几种不同类型的交变电流
实际应用中，交变电流有不同的变化规律，常见的有以下几种，如图5－1－2所示．
图5－1－2
核心要点突破
一、两个特定位置的特点
图示
概念 中性面位置 与中性面垂直的位置
特别提醒：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，仅是产生交变电流的一种方式但不是唯一方式．例如线圈不动，磁场按正弦规律变化也可以产生正弦式电流．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是( )
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线
解析：选CD.线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻变化．垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度方向与磁感线垂直，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大．故C、D正确．
二、正弦交变电流瞬时值、峰值表达式的推导
1．瞬时值表达式的推导设线圈从中性面起经时间t转过角度θ，则θ＝ωt，此时两边ab、cd速度方向与磁感线方向的夹角分别为ωt和(180°－ωt)，如图5－1－3所示，它们产生的感应电动势同向相加，整个线圈中的感应电动势为：
图5－1－3
2．峰值表达式
由e＝NBSωsinωt可知，电动势的峰值Em＝NBSω＝NΦmω，与线圈的形状及转轴位置无关．
特别提醒：(1)瞬时值与开始计时的位置及线圈转动的时间有关．
①若线圈从中性面开始计时，e＝Emsinωt.
②若线圈从位于与中性面垂直的位置开始计时，e＝Emcosωt.
(2)峰值与开始计时的位置及线圈转动的时间无关，与线圈形状无关，与转轴的位置无关．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．交流发电机在工作时电动势为e＝Emsinωt，若将发电机的角速度提高一倍，同时将线框所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为( )
解析：选C.交变电流的瞬时值表达式e＝Emsinωt，其中Em＝NBSω，当ω加倍而S减半时，Em不变，故C正确．
三、对正弦式交变电流的图象的理解
正弦式交变电流随时间变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图5－1－4所示．
图5－1－4
从图象中可以解读到以下信息：
1．交变电流的最大值Im、Em、周期T.
2．因线圈在中性面时感应电动势、感应电流均为零，磁通量最大，所以可确定线圈位于中性面的时刻．
3．找出线圈平行磁感线的时刻．
4．判断线圈中磁通量的变化情况．
5．分析判断i、e随时间的变化规律．
特别提醒：用物理图象反映某些物理量的变化过程,既可使该变化的整体特征一目了然，还可将变化过程中的暂态“定格”，从而对变化过程中的某一瞬态进行深入研究．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e－t图象如图5－1－5所示，则( )
A．t1、t3时刻线圈通过中性面
B．t2、t4时刻线圈中磁通量最大
C．t1、t3时刻线圈中磁通量变化率最大
D．t2、t4时刻线圈平面与中性面垂直
图5－1－5
解析：选AD.t1、t3时刻电动势为零，线圈处在中性面位置，此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小，A对，C错．t2、t4时刻电动势最大，线圈平面与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为零，B错，D对．
有一个正方形线圈的匝数为10匝，边长为20 cm，线圈总电阻为1 Ω，线圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如图5－1－6，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：
课堂互动讲练
交变电流瞬时值的计算
例1
图5－1－6
(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰值、电流的峰值分别是多少？
(2)写出感应电动势随时间变化的表达式．
(3)线圈从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？
【思路点拨】 先根据Em＝NBSω计算电动势的最大值，再根据计时起点确定瞬时值表达式是e＝Emsinωt还是e＝Emcosωt.
【答案】 (1)6.28 V 6.28 A
(2)e＝6.28cos10πt V
(3)3.14 V
【规律总结】 确定交变电流的电动势瞬时值表达式时，首先要确定线圈转动是从哪个位置开始计时,以便确定表达式是正弦式还是余弦式；其次是确定线圈转动的角速度ω；再次是确定感应电动势的峰值Em＝nBSω；最后写瞬时值表达式e＝Emsinωt(或e＝Emcosωt)．
变式训练1 单匝矩形线圈面积为S，如图5－1－7所示，一半在匀强磁场中，磁感应强度为B，另一半没有磁场，当线圈绕OO′轴以角速度ω匀速转动时，求回路中感应电动势的瞬时值表达式．
图5－1－7
如图5－1－8所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.1 T，所用矩形线圈总电阻为R＝100 Ω，线圈的匝数n＝100，边长lab＝0.2 m，lbc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s绕OO′轴匀速转动，试求当线圈平面从图示位置(与中性面垂直)转过90°的过程中：
(1)线圈中的平均电动势．
(2)通过线圈某一截面的电荷量．
交变电流平均值的计算
例2
图5－1－8
【答案】 (1)200 V (2)1×10－2 C
【规律总结】 平均电动势既不是电动势峰值的一半，也不是历时一半时间的瞬时电动势，必须由法拉第电磁感应定律求解．计算通过线圈某一截面的电荷量，必须根据电流的平均值进行求解．
矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的图象如图5－1－9所示，下列说法中正确的是( )
图5－1－9
交变电流的图象
例3
A．在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
B．在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
C．在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
D．在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
【思路点拨】 磁通量最大时，变化率为0，电动势为0，电流为0；磁通量为0时，变化率最大,电动势最大，电流最大．
【精讲精析】 从题图可知，t1时刻线圈中感应电动势达到峰值，则磁通量变化率达到峰值，而磁通量最小，此时线圈平面应与磁感线平行．t2时刻感应电动势等于零，则磁通量变化率为零，线圈处于中性面位置，磁通量达到峰值．t3时刻感应电动势达到峰值，则线圈中的磁通量变化率达到峰值．正确选项为B、C.
【答案】 BC
【规律总结】 解决图象问题的基本方法是：“一看”、“二变”、“三判断”．即：
一看：看“轴”、看“线”、看“斜率”、看“点”．
二变：掌握“图与图”、“图与式”和“图与物”之间的变通能力．
三判断：结合图象和公式进行正确分析和判断．
变式训练3 如图5－1－10甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时
图5－1－10
起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则图5－1－11的四幅图中正确的是( )
图5－1－11(共34张PPT)
【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第5章第五节电能的输送
课标定位
学习目标：1.了解交变电流从变电站到用户的输电过程．
2．知道远距离输电时输电线上的损失与哪些因素有关，理解高压输电的道理．
3．知道远距离输电线路的基本构成，会对简单的远距离输电线路进行定量计算．
重点难点：输电线路中的电压及功率的计算．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
第五节 电能的输送
课前自主学案
一、输送电能的基本要求
1．可靠：保证供电线路可靠的工作．
2．保质：保证电能的质量——______和______稳定．
3．经济：输电线路的建设和运行费用低，能量损耗少．
电压
频率
二、降低输电损耗的两个途径
1．由于输电导线有电阻，在输电过程中必有一部分电能要转化成热能而损失掉，设输电导线中电流为I，输电导线的电阻为R，则输电导线上的功率损失为ΔP＝_____.
I2R
电阻
电流
三、电网供电
1．远距离输电基本原理：在发电站内用_____变压器_____，然后进行远距离输电，在用电区域通过_____变压器降到所需的电压．
2．电网：通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络．
升压
升压
降压
3．电网输电的优点
(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益．
(2)减少______的风险，调剂不同地区__________的平衡，保障供电的质量．
(3)合理调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高．
断电
电力供需
一、输电线上的电压损失和功率损失
1．电压损失
输电线始端电压U与输电线末端电压U′的差值．ΔU＝U－U′＝IR.
核心要点突破
特别提醒：(1)输电电压是指加在高压输电线始端的电压U，损失电压是指降落在输电线路上的电压ΔU＝IR.
(2)输送功率是指高压输电线始端输出的电功率，损失功率是输电线上消耗的功率．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．在远距离输电中，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，那么( )
A．输电线路上损失的电压与输送的电流成正比
B．输电的电压越高，输电线路上损失的电压越大
C．输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比
D．输电线路上损失的功率跟输电线上的电流成正比
二、远距离输电的几个基本关系电路(如图5－5－1所示)
图5－5－1
特别提醒：(1)有关远距离输电的问题，应首先画出远距离输电的电路图，并将已知量和待求量写在电路图的相应位置．
(2)以变压器为界将整个输电电路划分为几个独立的回路，每个回路都可以用欧姆定律、串并联电路的特点和电功、电功率的公式等进行计算，联系各回路的桥梁是原、副线圈电压、电流与匝数关系及输入功率和输出功率的关系．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．远距离输电线路的示意图如图5－5－2所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( )
图5－5－2
A．升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关
B．输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定
C．当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大
D．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
课堂互动讲练
输电损耗的计算
例1
某变电站用11 kV交变电压输电，输送功率一定，输电线的电阻为R.现若用变压器将电压升高到220 kV送电，下面选项正确的是( )
【答案】 B
变式训练1 (2010年高考福建卷)中国已投产运行的1000 kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程．假设甲、乙两地原来用500 kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000 kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为( )
发电机的端电压为220 V，输出电功率为44 kW，输电导线的电阻为0.2 Ω，如果用初、次级匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线后，再用初、次级匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，求用户得到的电压和功率．
高压输电线路的计算
例2
【思路点拨】 熟练掌握远距离输电过程中的电压关系、电流关系与功率关系是解决这类问题的关键．
【答案】 219.6 V 4.392×104 W
【规律总结】 解决这类问题，无论是否要求画出输电过程示意图，都要首先画出示意图，标明相关物理量，这样能帮助理清物理量间的关系，以防出错．
变式训练2 (2010年高考浙江卷)某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是( )
A．输电线上输送的电流大小为2×105 A
B．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV
C．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW
D．输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻(共38张PPT)
【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第5章第四节变压器
课标定位
学习目标：1.知道变压器的构造．
2．理解变压器的工作原理．
3．理解变压器的原、副线圈中电压与匝数的关系，能用它来分析解决基本问题．
4．知道互感器的原理及用处．
重点难点：1.变压器的工作原理．
2．推导变压器原、副线圈电流与匝数的关系．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
第四节 变压器
课前自主学案
一、变压器的原理
1．构造：由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成．
(1)原线圈：与__________相连的线圈．
(2)副线圈：与_____相连的线圈．
2．原理：变压器工作的基础是__________现象．
3．作用：改变_____电流的电压．
交流电源
负载
电磁感应
交流
二、电压与匝数的关系
1．理想变压器：没有_____损失的变压器．
2．变压规律：_______.
3．变流规律：________(只适用于一个副线圈)．
能量
三、常用的变压器——互感器
1．分类：电压互感器(如图5－4－1甲)和电流互感器(如图乙)．
图5－4－1
2．电压互感器：如图5－4－1甲所示,原线圈______在高压电路中，副线圈接电压表．互感器将_____变为_____，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压．
3．电流互感器：如图5－4－1乙所示,原线圈______在待测高电流电路中，副线圈接电流表．互感器将_______变成_______，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流．
并联
高压
低压
串联
大电流
小电流
核心要点突破
图5－4－2
4．功率关系
理想变压器不计铜损、铁损及漏磁，所以输入功率等于输出功率．当副线圈为断路时，原线圈输入功率为零．对有多个副线圈输出时，输入功率等于副线圈上输出功率之和．
5．频率关系
变压器不能改变交变电流的频率．
在原线圈中接上周期性变化的电流在副线圈中激发出同频率的交流电．
特别提醒：(1)变压器只能改变交流电压，若初级线圈加直流电压，则次级线圈输出电压为零．
(2)变压器的电动势关系、电压关系和电流关系是有效值间的关系，对最大值也适用，但对某时刻的瞬时值其关系并不成立．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．理想变压器的原、副线圈中一定相同的物理量有( )
A．交流电的频率 B．磁通量的变化率
C．功率 D．交流电的峰值
解析：选ABC.理想变压器没有漏磁，没有能量损失，所以原、副线圈中磁通量变化率相同，原、副线圈中功率相同，B、C项正确，变压器的原理是互感现象，其作用改变电压不改变频率，A项正确，D项错误．
二、变压器工作时的制约关系
1．电压制约
当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝n2U1/n1.
2．电流制约
当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2/n1.
3．负载制约
(1)变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…；
(2)变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2＝P2/U2；
(3)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输入功率，P1＝P2；
即变压器的输入功率是由输出功率决定的．
4．对理想变压器进行动态分析的两种常见情况
(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1.
(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1.
特别提醒：理想变压器的副线圈可看做给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．对理想变压器，下列说法中正确的是( )
A．原线圈的输入功率，随着副线圈的输出功率增大而增大
B．原线圈的输入电流，随副线圈的输出电流增大而增大
C．原线圈的电流，不随副线圈的输出电流变化而变化
D．当副线圈的电流为零时，原线圈的电压也为零
解析：选AB.理想变压器的原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，且随副线圈的输出功率的变化而变化，原线圈的输入电流取决于副线圈的输出电流，当副线圈的电流为零时，原线圈的电流也为零，但原线圈电压并不一定为零，故A、B正确，C、D错误．
课堂互动讲练
对变压器原理的理解
例1
图5－4－3
【答案】 BC
变式训练1 (2011年高考浙江理综卷)如图5－4－4所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin 314t V的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是( )
图5－4－4
A．2.0 V B．9.0 V
C．12.7 V D．144.0 V
如图5－4－5所示，一台有两个副线圈的变压器，原线圈匝数n1＝1100 匝．接入电压U1＝220 V的电路中．
(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2＝6 V，U3＝110 V，它们的匝数n2，n3分别为多少？
(2)若在两副线圈上分别接上“6 V 20 W”“110 V 60 W”的两个用电器，原线圈的输入电流为多少？
变压器基本规律的应用
例2
图5－4－5
【思路点拨】 解题时应特别把握以下两点：
(1)原、副线圈的电压与匝数的关系．
(2)根据原、副线圈的功率关系确定电流关系．
【答案】 (1)30 匝 550匝 (2)0.36 A
【规律总结】 对于理想变压器来说，变压公式和输入功率等于输出功率是普通适用的规律，对于有几个副线圈的理想变压器，电流公式就不能使用了．
图5－4－6
变压器的动态分析
例3
(2010年高考天津卷)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L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图5－4－7所示．当开关S闭合后( )
图5－4－7
A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大
D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
【思路点拨】 解答本题时注意了解电路的结构,并正确理解原、副线圈的功率、电压、电流之间的关系．
【精讲精析】 电源电压有效值不变，所以V1示数不变，原、副线圈的电压之比等于匝数之比，匝数之比不变，故V2示数不变，V1与V2示数的比值也不变，所以C错误，D正确；当开关S闭合后，副线圈电路中的电阻减小，因为电压不变，所以副线圈电路中的电流增大，A2的示数增大，原、副线圈的电流之比等于匝数反比，匝数之比不变，A1与A2示数的比值不变，A1的示数也增大，所以A正确，B错误．
【答案】 AD
【规律总结】 处理这类问题的关键是要分清变量与不变量，弄清理想变压器中各量间的联系和制约关系，在理想变压器中，U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定．I1由I2和匝数比决定．
变式训练3 (2011年嘉兴高二检测)如图5－4－8所示有一理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交流电源上，副线圈电路中接入电阻R1和光敏电阻R2,各交流电表的内阻对电路的影响不计，当有光照射电阻R2时，各电表的示数变化情况是( )
图5－4－8
A．电流表A1示数变大
B．电流表A2示数变小
C．电压表V1示数变小
D．电压表V1示数变大(共34张PPT)
【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第5章第三节电感和电容对交变电流的影响
课标定位
学习目标：1.通过实验了解电感器对交变电流的阻碍作用，能够运用所学知识分析含有电感的简单交变电路．
2．通过实验了解电容器对交变电流的阻碍作用，能够分析简单交变电路中电容器的作用．
3．简单了解电感器和电容器在电工和电子技术中的应用．
重点难点：1.交变电流“通过”电容器的原理．
2．影响容抗、感抗大小的因素．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
第三节 电感和电容对交变电流的影响
课前自主学案
一、电感器对交变电流的阻碍作用
1．电感对交变电流的阻碍作用的大小用_____来表示，线圈的__________越大，交变电流的_____越高，阻碍作用就越大，_____也就越大．
感抗
自感系数
频率
感抗
2．扼流圈是电子技术中常用的电子元件，分为两种：一种是线圈绕在铁芯上，它的自感系数较____，感抗较大，叫做______扼流圈，它的作用是_______________；另一种是线圈绕在铁氧体芯上或空心，它的自感系数较___,感抗较小，叫做_____扼流圈,它的作用是________________．
大
低频
通直流，阻交流
小
高频
通低频，阻高频
二、交变电流能够通过电容器
通过实验可以看到交变电流能够通过电容器，其实自由电荷并未通过两极板间的绝缘介质，只是在交流电压的作用下，电容器交替进行_____和_____，电路中就有了电流．
充电
放电
三、电容器对交变电流的阻碍作用
电容对交变电流的阻碍作用的大小用______来表示，电容器的______越大，交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小， ______也就越小．电容对交变电流的作用是__________________________________．
容抗
电容
容抗
通交流，隔直流，通高频，阻低频
核心要点突破
一、电感器、电容器对交变电流的阻碍机理
1．电感器对交变电流的阻碍作用
交变电流通过线圈时，由于电流时刻在变化，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的变化，就形成了对交变电流的阻碍作用．
2．交变电流能够“通过”电容器
当电容器接到交流电源上时，由于两极板间的电压变化，电压升高时，形成充电电流，电压降低时，形成放电电流，充放电交替进行，电路中就好像交变电流“通过”了电容器，实际上，自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质．
3．电容器对交变电流的阻碍作用
电源电压推动自由电荷定向运动，而电容器两极板上积累的电荷反抗自由电荷的定向运动，从而产生了电容器对交变电流的阻碍作用．
特别提醒：当电容器与直流电源的两极相连接时，接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流．充电完毕后，电容器两极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．下列说法中正确的是( )
A．感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势，阻碍电流的变化
B．感抗大小不仅与自感系数有关，还与电流的频率有关
C．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流
D．容抗的大小不仅与电容有关，还与电流的频率有关．
解析：选ABD.交流电通过线圈时，由于电流时刻变化，在线圈中产生自感电动势，自感电动势总是阻碍电流变化，这就是产生感抗的原因，A正确．频率越高，电流变化越快，自感电动势越大；线圈自感系数越大，自感电动势越大，对电流的变化阻碍作用越大，感抗越大，B正确．电容器能通交变电流的实质是通过反复充、放电来实现的， 并无电荷通过电容器，所以C错．频率越高，充、放电越快，容抗越小，故D对．
二、电阻、感抗、容抗的比较
电阻 感抗 容抗
产生的原因 定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞 由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化 电容器两极板上积累的电荷对这个方向定向移动的电荷的反抗作用
在电路中的特点 对直流、交流均有阻碍作用 只对变化的电流(如交流)有阻碍作用 不能通直流，只能通变化的电流
电阻 感抗 容抗
决定因素 由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关 由线圈的自感系数和交流电的频率决定(成正比) 由电容的大小和交流电的频率决定(成反比)
电能的转化与做功 电流通过电阻做功，电能转化为内能 电能和磁场能往复转化 电能与电场能往复转化
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．下列说法正确的是( )
A．电阻对直流、交流的阻碍作用相同，电流通过电阻时，消耗电能
B．电容器接在直流电路中，因为没有电流，所以不消耗电能，接在交流电路中，有交变电流，所以消耗电能
C．感抗虽然对交变电流有阻碍作用，但不消耗能量
D．感抗是线圈的电阻产生的
答案：AC
课堂互动讲练
电感器对电流的阻碍作用
例1
图5－3－1
A．电流表示数增大
B．电压表示数增大
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
【思路点拨】 根据频率的变化，判断感抗的变化，然后分析电路电流、电压及电灯功率的变化．
【答案】 BC
【规律总结】 感抗与线圈的自感系数和交变电流的频率成正比，交变电流频率越高，感抗越大．
变式训练1 一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图5－3－2所示．一铁块插进线圈之后，该灯将( )
图5－3－2
A．变亮
B．变暗
C．对灯没影响
D．无法判断
解析：选B.加入铁芯改变了电感自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗．
如图5－3－3所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端,当交流电源的频率增加时( )
A．电流表示数增大
B．电压表示数增大
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
电容器对电流的阻碍作用
例2
图5－3－3
【思路点拨】 根据频率的变化，判断容抗的变化，然后分析电流、电压及灯泡功率的变化．
【精讲精析】 频率增大可知，容抗减小，电流增大，电灯两端电压增大，电压表示数变小，灯泡功率增大而变亮，故A、D项正确．
【答案】 AD
【规律总结】 电容器对交流电的阻碍作用大小(容抗)与电容大小和交流电频率都有关．电容越大,容抗越小，频率越高，容抗越小．
变式训练2 如图5－3－4所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是( )
A．把电介质插入电容器，灯泡变亮
B．增大电容器两板间的距离，灯泡变亮
C．减小电容器两板间的正对面积，灯泡变暗
D．使交变电流频率减小，灯泡变暗
图5－3－4
解析：选ACD.电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与两板间距离成反比．而容抗与电容成反比，与频率成反比．把介质插入电容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，A正确．电容器两板间距离增大，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，B错．减小电容器两极正对面积，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，C正确．交流电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，D正确．
电感和电容电路的综合分析
例3
如图5－3－5所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用．
图5－3－5
【自主解答】 当含有多种成分的电流输入到C1两端时，由于C1具有“通交流、隔直流”的功能,电流中的交流成分被衰减；而线圈L有“通直流、阻交流”的功能，直流成分电流顺利通过L，一小部分交流通过L；到达C2两端时，由于C2具有“通交流、隔直流”的功能，C2进一步滤除电流中残余的交流成分，这样在输出端得到较稳定的直流电．
【答案】 见自主解答
【规律总结】 交流电路的分析跟直流电路的分析有很多相似的地方，但是由于电感、电容等电路元件自身的特点，而造成在分析电路时的不同,要特别注意这些元件的特性．
变式训练3 (2011年潮州高二检测)如图5－3－6所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流，L是一个25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是( )
图5－3－6
A．L的作用是“通低频、阻高频”
B．C的作用是“通交流，隔直流”
C．C的作用是“通高频，阻低频”
D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比
解析：选ACD.L是一个自感系数很小的高频扼流圈,其作用是“通低频，阻高频”，A正确；C是一个电容很小的电容器，在题图示电路中，对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频、阻低频”，C正确；因电路中无直流电流，B错误；由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流的百分比，D正确．
