高二物理《交變電流》
第1單元交變電流
一、交變電流的產生
1. 正弦交流電的產生
當閉合矩形線圈在勻強磁場中，繞垂直於磁感線的軸線做勻角速轉動時，閉合線圈中就
有交流電產生．如圖所示．設矩形線圈abcd以角速度ω繞oo' 軸、從線圈平面跟磁感線垂直的位置開始做逆時針方向轉動．此時，線圈都不切割磁感線，線圈中感應電動勢等於零．經過時間t線圈轉過ωt角，這時ab邊的線速度v方向跟磁感線方向夾角等於ωt ，設ab邊的長度為l，bd邊的長度為l'，線圈中感應電動勢為，對於n匝線圈，有或者寫成（叫做電動勢的最大值。）由上式，在勻強磁場中，繞垂直於磁感線的軸做勻角速轉動的線圈裡產生的感應電動勢是按正弦規律變化的．根據閉合電路歐姆定
2．中性面——線圈轉動至線圈平面垂直於磁感線位置時，各邊都不切割磁感線，線圈中沒有感應電流，這個特定位置叫中性面．
應注意：①中性面在垂直於磁場位置．②線圈通過中性麵時，穿過線圈的磁通量最大．③線圈平面通過中性麵時感應電動勢為零．④線圈平面每轉過中性麵時，線圈中感應電流方向改變一次，轉動一周線圈兩次通過中性面，一周裡線圈中電流方向改變兩次．
3．正弦交流電的圖象
矩形線圈在勻強磁場中，繞垂直於磁感線的軸做勻角速轉動，線圈裡產生正弦交流電．當線圈從中性面開始轉動，在乙個週期中：在t（0，t/4）時間內，線圈中感應電動勢從0達到最大值em．在t （t/4，t/2）時間內，線圈中感應電動勢從最大值em減小到0．在t （t/2，3t/4）時間內，線圈中感應電動勢從0增加到負的最大值-em．在t （3t/4，t）時間內，線圈中感應電動勢的值從負的最大值-em減小到0．
電路中的感應電流、路端電壓與感應電動勢的變化規律相同，如圖所示．
二、描述交變電流的物理量
1、瞬時值：它是反映不同時刻交流電的大小和方向，正弦交流瞬時值表示式為：，.應當注意必須從中性面開始。
【例1】有一正弦交流電源，電壓有效值u=120v，頻率為f=50hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發電壓和熄滅電壓均為u0=60v，試估算在乙個小時內，霓虹燈發光時間有多長？為什麼人眼不能感到這種忽明忽暗的現象？
2、最大值：也叫峰值，它是瞬時值的最大者，它反映的是交流電大小的變化範圍，當線圈平面跟磁感線平行時，交流電動勢最大，**軸垂直於磁感線）。電容器接在交流電路中，則交變電壓的最大值不能超過電容器的耐壓值。
【例2】把一電容器c接在220v的交流電路中，為了保證電容不被擊穿，電容器c的耐壓值是多少？
3、平均值：它是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時間的比值.其量值可用法拉第電磁感應定律·來求，特殊地，當線圈從中性面轉過90度的過程中，有.
計算平均值切忌用算術平均法即求解。平均值不等於有效值。
【例3】如圖所示，求線圈由圖示位置轉過60°角的過程中，通過線圈某一橫截面的電量.
4、有效值：有效值是根據電流的熱效應規定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內產生的熱量相等，就把這一直流的數值叫做這一交流的有效值。
正弦交流電的有效值跟最大值之間的關係是：，，對於非正弦電流的有效值以上關係不成立，應根據定義來求。
①電器裝置上標註的額定值是有效值
②交流電表測量的是交流的有效值
③如果沒有特殊強調，交流的數值指的都是有效值
④計算某一時間段的功率，要用有效值，計算某一時刻的功率，要用瞬時值，計算通過某個截面的電量，要用平均值
【例4】 左圖所示是某種型號的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交變電源上，通過裝置p使加在電熱絲上的電壓的波形如右圖所示。此時接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數為
a.110v b.156v c.220v d.311v
【例5】如圖所示，兩平行導軌與水平面間的傾角為，電阻不計，間距l＝0.3m，長度足夠長，導軌處於磁感應強度b＝1t，方向垂直於導軌平面向上的勻強磁場中.導軌兩端各接乙個阻值為r0＝2ω電阻，另一橫跨在導軌間的金屬棒質量m＝1kg，電阻r＝1ω棒與導軌間的滑動摩擦因數μ＝0.
5，當金屬棒以平行於導軌的向上初速度υ0＝10m/s上滑，直至上公升到最高點過程中，通過上端電阻電量＝0.1c（g取10m/s2），求上端電阻r0產生的焦耳熱？
三、感抗和容抗（統稱電抗）
a、電感對電路的影響
接通直流和交流，比較燈泡的亮度，先接通交流，再接上電感，比較燈泡的亮
1、 感抗：
2、 作用：通直流、阻交流、通低頻、阻高頻
3、 原因：電磁感應（自感）
b、電容對電路的影響
接通直流和交流，比較燈泡的亮度先接通交流，再接上電感，比較燈泡的亮度
1、 容抗：
2、 作用：通交流、阻支流、通高頻、阻低頻
3、 原因：充放電過程中，電荷間的相互作用
c、電感和電容的應用
1、 高頻扼流圈——感抗小，匝數較少，通高頻，阻低頻
2、 低頻扼流圈——感抗大，匝數較多，通低頻，阻直流
3、 隔直電容器
4、 高頻旁路電容
d、小結：交流的強度不僅與電壓和電阻有關，還與電容和電感有關
第2單元變壓器電能的輸送
一、理想變壓器
1、構造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同乙個閉合鐵芯上構成變壓器．
2、作用：在輸送電能的過程中改變電壓．
3、原理：其工作原理是利用了電磁感應現象．（互感）．
4、理想變壓器的理想化條件及其規律．
在理想變壓器的原線圈兩端加交變電壓u1後，由於電磁感應的原因，原、副線圈中都將產生感應電動勢，根據法拉第電磁感應定律有：，，忽略原、副線圈內阻，有 u1＝e1 ，u2＝e2，另外，考慮到鐵心的導磁作用而且忽略漏磁，即認為在任意時刻穿過原、副線圈的磁感線條數都相等，於是又有由此便可得理想變壓器的電壓變化規律為
在此基礎上再忽略變壓器自身的能量損失（一般包括線圈內能量損失和鐵芯內能量損失這兩部分，分別俗稱為「銅損」和「鐵損」），有，而，
於是又得理想變壓器的電流變化規律為，由此可見：理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因數的差別．）
二、變壓器的物理量變化的規律
1、電壓規律
理解：（1）u1由電源決定，u2 隨u1和n的變化而變化，副線圈相當於乙個新電源
（2）u / n 表示單匝線圈的電壓。（模擬於砌牆）
2、功率規律
理解：（1）理想變壓器只傳遞能量，不消耗能量
（2）p1隨p2的變化而變化，但p1不能無限地變大，要受到發電機最大輸出功率地限制（模擬：銀行出納）
3、電流規律
理解： r增大，i2 減小，p2 減小，p1減小，i1 減小
n2增加，u2增加，i2 增加，p2增加，p1增加，i1增加
結論：i1隨i2地變化而變化
4、 多組副線圈
（1）無論原副線圈，磁通量變化率相同，所以有（模擬：砌牆）
（2）令【例1】 理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈的匝數分別為n1=1760匝、n2=288匝、n3=800 0匝，電源電壓為u1=220v。n2上連線的燈泡的實際功率為36w，測得初級線圈的電流為i1=0.3a，求通過n3的負載r的電流i3。
。【例2】在變電站裡，經常要用交流電表去監測電網上的強電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個圖中，能正確反應其工作原理的是 （ ）
【例3】如圖，為一理想變壓器，k為單刀雙擲開關，p為滑動變阻器的滑動觸頭，u1為加在原線圈兩端的電壓，i1為原線圈中的電流強度，則（ ）
a.保持u1及p的位置不變，k由a合到b時，i1將增大
b.保持u1及p的位置不變，k由b合到a時，r消耗的功率減小
c.保持u1不變，k合在a處，使p上滑，i1將增大
d.保持p的位置不變，k合在a處，若u1增大，i1將增大
【例4】一台理想變壓器原線圈匝數n1=1100匝，兩個副線圈的匝數分別是n2=60匝，n3=600匝，若通過兩個副線圈中的電流強度分別是i2=1 a，i3=4 a，求原線圈中的電流強度.
三、遠距離輸電
a、明確物理量
電源的輸出電壓u，輸出功率p
導線上損失電壓△u，損失功率△p
使用者得到的電壓u′，得到的功率p′
b．怎樣減少電能損失
1、 減小時間t
2、 減小電阻減小導線長度l，減小電阻率（銅和鋁）增大截面積s
3、 減小電流，提高輸出電壓，⊿p與輸出電壓u平方反比
c．其他方面的能量損失—輸電線上的電壓損失，除與輸電線的電阻有關，還與感抗和容抗有關。當輸電線路電壓較高、導線截面積較大時，電抗造成的電壓損失比電阻造成的還要大。
【例5】 在遠距離輸電時，要考慮儘量減少輸電線上的功率損失。有乙個坑口電站，輸送的電功率為p=500kw，當使用u=5kv的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩隻電度表一晝夜示數相差4800度。求：
⑴這時的輸電效率η和輸電線的總電阻r。⑵若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那麼電站應使用多高的電壓向外輸電？
【例6】發電機輸出功率為100 kw，輸出電壓是250 v，使用者需要的電壓是220 v，輸電線電阻為10 ω.若輸電線中因發熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求：
（1）在輸電線路中設定的公升、降壓變壓器原副線圈的匝數比.
（2）畫出此輸電線路的示意圖. （3）使用者得到的電功率是多少？
四、針對訓練
1如圖所示，在繞制變壓器時，某人誤將兩個線圈繞在圖示變壓器鐵芯的左右兩個臂上，當通以交流電時，每個線圈產生的磁通量都只有一半通過另乙個線圈，另一半通過中間的臂，已知線圈1、2的匝數比為n1∶n2=2∶1，在不接負載的情況下（ ）
a.當線圈1輸入電壓220 v時，線圈2輸出電壓為110 v
b.當線圈1輸入電壓220 v時，線圈2輸出電壓為55 v
c.當線圈2輸入電壓110 v時，線圈1輸出電壓為220 v
d.當線圈2輸入電壓110 v時，線圈1輸出電壓為110 v
2.在某交流電路中，有一正在工作的變壓器，原、副線圈匝數分別為n1=600，n2=120，電源電壓u1=220 v，原線圈中串聯乙個0.2 a的保險絲，為保證保險絲不被燒毀，則（ ）
a.負載功率不能超過44 w
b.副線圈電流最大值不能超過1 a
c.副線圈電流有效值不能超過1 a
d.副線圈電流有效值不能超過0.2 a
變壓器和交流電動機知識
第一節變壓器的構造 一 變壓器的用途和種類 變壓器是利用互感原理工作的電磁裝置，它的符號如圖11 1 所示，t是它的文字元號。1 變壓器的用途 變壓器除可變換電壓外，還可變換電流 變換阻抗 改變相位。2 變壓器的種類 按照使用的場合，變壓器有電力變壓器 整流變壓器 調壓變壓器輸入 輸出變壓器等。二 ...
交流電的基本知識及變壓器原理
4.交變電流電磁場和電磁波 一 正弦交變電流 目的要求 知識要點 1.正弦交變電流的產生 當閉合線圈由中性面位置 圖中o1o2位置 開始在勻強磁場中勻速轉動時，線圈中產生的感應電動勢隨時間而變的函式是正弦函式 e emsin t，其中em nbs 這就是正弦交變電流。2.交變電流的有效值 交變電流的...
三相交流電路及變壓器
單元測試 考試時間 100分鐘滿分 100分姓名得分 一 填空題 每空1分，共40分 1.三相對稱電壓就是三個頻率 幅值 相位互差的三相交流電壓。2.三相電源相線與中性線之間的電壓稱為三相電源相線與相線之間的電壓稱為 3.有中線的三相供電方式稱為無中線的三相供電方式稱為 4.在三相四線制的照明電路中...