交流電知識結構：
重點、難點精析：
一. 關於交流電的產生
1. 交變電流
強度和方向都隨時間變化的電流叫做交變電流，簡稱交流，俗稱交流電
2. 交流電的產生
交流電產生的基本原理是電磁感應。乙個閉合線圈在勻強磁場中，繞與磁場方向垂直的軸勻速轉動時，就會產生正弦交流電。或利用電磁振盪產生。
應關注兩個特殊位置：
（1）中性面:線圈在勻強磁場中旋轉，當線圈平面與磁感線垂直時，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有電流，這個位置叫中性面。線圈位於中性麵時，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為0，感應電動勢為0。
線圈經過中性麵時，感應電流的方向將改變。線圈每轉一周經過中性面兩次，電流的方向改變兩次。
（2）與中性面垂直的位置：線圈平面與磁感線平行時，過程線圈的磁通量為0，但磁通量的變化率最大，這時感應電動勢和感應電流最大。
3. 交流電的變化規律
設線圈轉動的角速度為ω(rad/s)，則（從中性面開始計時）
交流電的表示式：e=emsinωt，u=umsinωt。
對純電阻電路,有:i=e/r=imsinωt。
4. 交流發電機
（1）基本結構:產生感應電動勢的線圈——電樞；產生磁場的磁極.
（2）交流發電機的型別:旋轉電樞式；旋轉磁極式。
二. 表徵交流電的物理量
1. 交流電的週期、頻率和角頻率(角速度)
交流電的週期和頻率都是描述交流電變化快慢的物理量.
交流電的週期：交流電完成一次週期性變化所需要的時間為交流電的週期，代表符號是t，單位：秒s；
交流電的頻率：單位時間內完成的週期性變化的次數為交流電的頻率，代表符號是f，單位:赫茲，簡稱赫hz；
交流電的角頻率(角速度)：產生交流電的線圈在單位時間內轉過的角度為角頻率，代表符號是ω，單位：弧度/秒rad/s；
它們之間的關係是：
f=1/t，ω=2πf=2π/t
交流電的週期和頻率都由線圈轉動的週期和頻率決定。線圈轉一周，交流電完成一次週期性變化。我國市電週期為0.02s，頻率為50hz。
2. 交流電的有效值
交流電的有效值是根據電流的熱效應規定的:讓交流電和直流電通過同樣阻值的電阻，若在相同的時間內產生的熱量相等，則這一交流電流的有效值與這個直流電的電流相等。
正弦交流電的有效值與其最大值之間的關係是
i=im/，u=um/，e=em/，
各種交流電的裝置上所標的、交流電表上所測的以及我們在題目中沒有特別加以說明的交流電的數值，都是指有效值。
3. 交流電壓的最大值：矩形線圈在勻強磁場中勻速轉動時的電動勢最大值.
em=2nblv=nbl1l2ω=nbsω=nфmω（實際上，電動勢的最大值與線圈的形狀和轉軸的位置無關）。
三. 變壓器
能夠改變交流電壓的裝置。基本構造:閉合鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成。
1. 變壓器工作原理和作用
變壓器的工作原理是電磁感應.原線圈和副線圈是靠電磁感應相關聯的，所以變壓器只可能改變交流電的電壓和電流。
2. 理想變壓器及有關物理量間的關係
磁通量全部集中在鐵芯內，即沒有漏磁，變壓器本身不損耗能量，這樣的變壓器稱為理想變壓器。理想變壓器的基本關係是
功率關係：p出=p入輸出功率等於輸入功率
電壓關係：u1/n1=u2/n2=u3/n3=-------。變壓器原線圈兩端的電壓與副線圈兩端的電壓之比，等於原、副線圈匝數之比。
電流關係：當只有乙個副線圈時，i1/i2=n2/n1，變壓器原線圈中的電流與副線圈中的電流跟它們的匝數成反比。當有兩個以上副線圈時，電流應由功率關係確定。
3. 幾種常用變壓器：自耦變壓器，調壓變壓器、互感器：電壓互感器、電流互感器。
四. 遠距離輸電
1. 遠距離輸電減小輸電導線上電能損失的方法：
遠距離輸電要解決的關鍵問題是減小輸電導線上的電能損失，由p=i2r可知減小損耗的具體方法是：
（1）減小輸電導線的電阻，如採用電阻率小的材料，適當增加導線的截面積。
（2）在輸電總功率一定的條件下：p=iu，提高輸電電壓，減小輸電電流.若電壓提高到原來的n倍，電流將減小到原來的1/n，輸電損失將減小到原來的1/n2。
2. 我國目前遠距離輸電採用的電壓：有110千伏、220千伏、330千伏，在少數地區已開始採用500千伏超高壓送電。目前世界上正在實驗的輸電電壓是1150千伏。
3. 大型發電機發出的電壓等級有：10.5千伏、13.8千伏、15.75千伏、18.0千伏。
4. 從發電站到使用者的輸電線路見高二教材。
【典型例題】
例1. 如圖1所示，各線圈均在勻強磁場中繞00'軸勻速轉動，則能在電阻中產生交流電的是（ ）
圖1 答：d正確
本題考查的是對交流電的產生與利用是否形成了正確的認識。交流電的產生實質上的電磁感應現象，並非只要有線圈、有磁場、有轉動就一定產生交流電，轉軸必需與磁場垂直。而交流電從產生到有效利用，還要經過電路結構上的處理。
要想有效利用交流電，必需將封閉線圈開啟，成d圖所示情況。
例2. 一矩形線圈，繞垂直於勻強磁場並位於線圈平面內的固定軸轉動。線圈中的感應電動勢e隨時間t變化關係如圖2所。下面說法中正確的是
a. t1時刻通過線圈的磁通量為零
b. t2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大
c. t3時刻通過線圈的磁通量的變化率的絕對值最大
d. 每當e變換方向時，通過線圈的磁通量絕對值都為最大
圖2 分析：在題設條件下線圈中的感應電動勢在t=0時取最大值，線圈與磁場間方位關係為平行，此時穿過線圈的磁通量為0，但磁通量變化最快，即磁通量的變化率最大，也就是說此時刻切割邊切割速度最大。
經t/4，達到t1時刻，線圈轉過900，此時穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為0，換句話說此時切割速度為0，感應電動勢為0。
再經t/4，達到t2時刻，線圈平面又平行於磁場，與t=0時刻比，只是感應電動勢方向相反。
每當e改變方向時，是其瞬時值為0時，這時線圈平面與磁場垂直，磁通量都取最大值。
答：d正確
關於交流電應該掌握：圖景--公式--圖象。
例3. 圖3表示一交流電的電流隨時間而變化的圖象。此交流電的有效值是
a. 5a b. 5a c. 3.5a d. 3.5a
圖3 分析：交流電變化規律不同時，有效值一般不同。有效值為最大值的/2倍，僅適用於正弦交流電.根據有效值的定義：設有某一直流電i通過某電阻r，在時間t=t內，產生熱量q
則q=i2rt
設q剛好等於將圖3所示的交流電通過同乙個電阻，在相同時間內產生的熱量
即q=（4）2rt/2+（3）2rt/2=25rt
兩式連立有 i2rt=25rt，i=5a
答：b正確
例4. 有5個完全相同的燈泡連線在理想變壓器的原副線圈電路中，如圖4所示，若將該電路與交流電源接通，且電鍵接到1位置，發現5個燈亮度相同；若將電鍵接到2位置，且在變化中燈泡都不會燒毀，則可能的是
a. 該變壓器是降壓變壓器，線圈匝數比為4：1
b. 該變壓器是公升壓變壓器，線圈匝數比為1：4
c. 副線圈電路中的燈泡仍發光，只是更亮些
d. 副線圈電路中的燈泡仍發光，只是更暗些
圖4 分析：k接1時，燈均正常發光，表明i1=i2',i2=4i1,n1/n2=i2/i1=4/1，變壓器為降壓變壓器。這時電源電壓不等於輸入電壓
u=u燈+u1>u1
u燈=u2
k接2時,u1=u變大,由電壓變比關係可知u2變大,燈均變亮.
答：ac正確
解決變壓器問題要注意以下幾點：
（1）當變壓器原線圈迴路有除變壓器之外的其它用電器時，變壓器的輸入電壓以及變比公式中的u1並不是電源的電壓。
（2）當變壓器本身不變，輸出端負載不變時，由於輸入迴路結構的變化，可能導致輸入功率的變化。如本例，電鍵從1到2，p出增加，p入增加。
（3）當原線圈輸入電壓一定，變壓器一定時，由於負載的變化同樣會導致輸出、輸入功率的變化，但仍有p出=p入。
例5. 如圖5所示，理想變壓器的初級線圈兩端m、n接高壓交流電源，降壓後通過有一定電阻的輸電導線接用電器。a、v是交流電表（v與r1併聯），開始時k閉合，現將k斷開，那麼a、v的示數及r1消耗的功率該分別
a. 增大、增大、增大
b. 減小、增大、增大
c. 增大、減小、增大
d. 減小、增大、減小
圖5 解答：當u1一定時，u2=n2u1/n1 一定
對輸出迴路有
i2=u2/（r+r） （r、r分別為導線和負載的電阻）
k斷開，負載電阻r增加，i2將減小，由i2=n1i1/n2，有i1減小，伏特表示數
u=u2-i2(2r)，因為u2不變，i2減小，則u將增大。
因為u=ur1，r1為定值電阻，所以
pr1=ur12/r1 將增大
b正確變壓器輸入電壓一定時，輸入功率將隨負載的變化而變化。在k閉合前後儘管輸出電流減小，但分配給每乙個用電器的功率在k閉合前是較小的。
例6. 某發電站輸出總電功率為p，用公升壓變壓器將電壓公升到u後向遠方送電，已知輸電導線的總電阻為r，則在時間t內輸電導線上的功率損耗是
a. pt b. （u2/r）t c. （p/u）2rt d. u2rt
分析：pt是時間t內變壓器輸送的總功率，它不可能全部損耗在輸電導線上。導線上的損耗僅僅是其很小的一部分。
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