物理第十一章 交變電流 29 交變電流、變壓器

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1、第第2929講講交變電流、變壓器交變電流、變壓器-3-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升交變電流及其產(chǎn)生和描述1.交變電流(1)定義:和都隨時間做周期性變化的電流。(2)圖象:如圖甲、乙、丙、丁所示都屬于交變電流。其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫交變電流,如圖甲所示。大小 方向正弦式-4-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.正弦式交變電流的產(chǎn)生和圖象(1)產(chǎn)生:在勻強磁場里,線圈繞方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。(2)圖象:用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律,如果線圈從中性面位置開始計時,其圖象為正弦曲線。如圖甲、乙所示。垂直于磁場-5-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納

2、提升3.正弦式交變電流的描述(1)周期和頻率周期(T):交變電流完成變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時間,公式頻率(f):交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的。單位是赫茲(Hz)。周期和頻率的關(guān)系:(2)正弦式交變電流的函數(shù)表達式(線圈在中性面位置開始計時)電動勢e隨時間變化的規(guī)律:e=。其中等于線圈轉(zhuǎn)動的,Em=。負載兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律:u=。電流i隨時間變化的規(guī)律:i=。一次周期性次數(shù)Emsint 角速度nBS Umsint Imsint -6-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(3)交變電流的峰值、有效值讓交流與恒定電流分別通過大小相同的電阻,如果在交流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的

3、熱量相等,而這個恒定電流值、電壓值叫這個交流的有效值。對正弦式交變電流,其有效值和峰值的關(guān)系為-7-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.(多選)右圖為交流發(fā)電機示意圖,線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上,CD邊連在滑環(huán)L上,導(dǎo)體制作的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。關(guān)于其工作原理,下列分析正確的是()A.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,穿過線圈的磁通量最大B.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,線圈中的感應(yīng)電流最大C.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,穿過線圈的磁通量最小D.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,線圈中的感應(yīng)電流最小AC-8-基礎(chǔ)夯

4、實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.(多選)圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖,兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場,A為交流電流表。線圈繞垂直于磁場的水平軸OO沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動,從圖甲所示位置開始計時,產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示。以下判斷正確的是()A.電流表的示數(shù)為10AB.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50rad/sC.t=0.01s時,線圈平面與磁場方向平行D.t=0.02s時,電阻R中電流的方向自右向左AC-9-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升解析:電流表測量的是電路中電流的有效值I=10A,選項A正確;由題圖乙可知,T=0.02s,所以,選項B錯誤

5、;t=0.01s時,電流最大,線圈平面與磁場方向平行,選項C正確;t=0.02s時,線圈所處的狀態(tài)就是圖示狀況,此時R中電流的方向自左向右,選項D錯誤。-10-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升交變電流的瞬時值、峰值、有效值的比較 -11-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升要掌握中性面特點:磁通量最大,但磁通量變化率為零,感應(yīng)電動勢為零。感應(yīng)電流方向從經(jīng)過中性面開始改變,從中性面開始計時,瞬時值表達式為正弦函數(shù)。-12-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升電感和電容對交變電流的影響1.電感器對交變電流的作用(1)電感器對恒定電流是的,對交變電流有作用。(

6、2)電感器的自感系數(shù)越大,交變電流的頻率越高,電感器對交變電流的阻礙作用就。(3)低頻扼流圈:通、阻;高頻扼流圈:通、通、阻。2.電容器對交變電流的作用(1)電容器對恒定電流是的,對交變電流有作用。(2)電容器的電容越大,交變電流的頻率越高,電容器對交變電流的阻礙作用就。導(dǎo)通阻礙越大直流交流直流低頻高頻隔絕阻礙越小-13-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.(多選)如圖所示,電阻R、電容C和電感L并聯(lián)后,接入輸出電壓有效值、頻率可調(diào)的交流電源。當(dāng)電路中交變電流的頻率為f時,通過R、C和L的電流有效值恰好相等。若將頻率降低為f,分別用I1、I2和I3表示此時通過R、C和L的電流有

7、效值,則() A.I1I3B.I1I2C.I3I2D.I2=I3BC解析:將頻率降低時,通過R的電流不變,電容器的容抗增大,通過C的電流減小,則有I1I2。電感線圈的感抗減小,通過L的電流增大,則有I3I2。故A、D錯誤,B、C正確。-14-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.(多選)某音響電路的簡化電路圖如圖所示,輸入信號既有高頻成分,也有低頻成分,則()A.電感L1的作用是通高頻B.電容C2的作用是通高頻C.揚聲器甲用于輸出高頻成分D.揚聲器乙用于輸出高頻成分BD解析:電感L1的作用是阻高頻,所以揚聲器甲用于輸出低頻成分,C1為旁路電容,A、C錯誤。電容C2的作用是通高頻,

8、所以揚聲器乙用于輸出高頻成分,B、D正確。-15-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升電感器的應(yīng)用扼流圈 (1)“通直流,阻交流”這是對兩種不同類型的電流而言的,因為(恒定)直流不變化,不能引起自感現(xiàn)象,交變電流時刻改變,必有自感電動勢產(chǎn)生來阻礙電流的變化。(2)“通低頻,阻高頻”這是對不同頻率的交變電流而言的,因為交變電流的頻率越高,電流的變化越快,自感作用越強,感抗也就越大。-16-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升變壓器、電能的輸送1.變壓器(1)基本結(jié)構(gòu):兩組線圈(原、副線圈)繞在同一個閉合鐵芯上構(gòu)成變壓器。(2)工作原理:利用了電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象。(3)常

9、見的變壓器:自耦變壓器(鐵芯上只繞線圈,可升壓,可降壓);互感器。一個-17-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(4)電壓互感器和電流互感器比較:并聯(lián)串聯(lián)電壓電流-18-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.電能的輸送(1)功率損失和電壓損失功率損失:遠距離輸送電能,由于輸電線上電流的熱效應(yīng),電能轉(zhuǎn)化為熱能,出現(xiàn)功率損失,P=。電壓損失:遠距離輸送電能,線路中電阻R線上消耗部分電壓,U=。(2)減小功率損失和電壓損失的方法減小輸電導(dǎo)線的,如采用電阻率小的材料,加大導(dǎo)線的橫截面積。I2R線IR線電阻輸電電流-19-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升B-2

10、0-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升2.(多選)電流互感器和電壓互感器如圖所示。其中n1、n2、n3、n4分別為四組線圈的匝數(shù),a、b為兩只交流電表,則()A.A為電流互感器,且n1n2,a是電壓表C.B為電流互感器,且n3n4,b是電壓表AD解析:由題圖可知A為電流互感器,B為電壓互感器,因此a是電流表,b是電壓表。在A中,有I1n1=I2n2,要把大電流變?yōu)樾‰娏?有n2n1;在B中,有,要把高電壓變成低電壓,則有n3n4;綜上所述可知,選項A、D正確。-21-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升1.理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系 -22-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組

11、突破強化提升核心剖析歸納提升2.輸入和輸出之間的制約關(guān)系當(dāng)理想變壓器的匝數(shù)比不變時,如圖所示,各量相互關(guān)系如下:(1)輸入電壓U1決定輸出電壓U2。這是因為輸出電壓當(dāng)U1不變時,不論負載電阻R變化與否,U2都不會改變。-23-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升(2)輸出電流I2決定輸入電流I1。在輸入電壓U1一定的情況下輸出電壓U2也被完全確定,當(dāng)負載電阻R增大時,I2減小,則I1相應(yīng)減小;當(dāng)負載電阻R減小時,I2增大,則I1相應(yīng)增大。在使用變壓器時,不能使變壓器副線圈短路。(3)輸出功率P2決定輸入功率P1,理想變壓器的輸入功率與輸出功率相等,即P1=P2。在輸入電壓U1一定的

12、情況下,當(dāng)負載電阻R增大時,I2減小,則變壓器的輸出功率P2=U2I2減小,輸入功率P1也將相應(yīng)減小;當(dāng)負載電阻R減小時,I2增大,變壓器的輸出功率P2=U2I2增大,則輸入功率P1也將增大。-24-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升核心剖析歸納提升3.動態(tài)分析,大致有兩種情況:一是負載電阻不變,原副線圈的電壓U1、U2,電流I1、I2,輸入和輸出功率P1、P2隨匝數(shù)比變化而變化的情況;另一類是匝數(shù)比不變,上述各量隨負載電阻變化而變化的情況。動態(tài)分析問題的思路可表示為-25-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系1.實驗裝置圖2.實驗?zāi)康奶骄孔儔浩骶€圈兩端的電壓與匝

13、數(shù)的關(guān)系。3.實驗器材可拆變壓器、多用電表、學(xué)生交流電源、滑動變阻器、導(dǎo)線若干。-26-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升4.實驗步驟(1)按圖所示實驗電路連接實驗器材;(2)保持原線圈的匝數(shù)不變,增加或減少副線圈的匝數(shù),測量副線圈兩端的電壓;(3)保持副線圈的匝數(shù)不變,增加或減少原線圈的匝數(shù),測量副線圈兩端的電壓;(4)將數(shù)據(jù)填入表格,分析實驗數(shù)據(jù),得出實驗結(jié)論。-27-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升5.注意事項(1)輸入電壓不超過12V。(2)手不能接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱。(3)電壓表先用最大量程試測,然后再選用適當(dāng)?shù)蛽跷贿M行測量。6.實驗結(jié)論在各種損耗可以忽略的情況下,原、副線圈的電壓之

14、比等于原、副線圈的匝數(shù)之比,即-28-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升1.(實驗器材)在探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系的實驗中,實驗室中備有下列可供選擇的器材:A.可拆變壓器(鐵芯、兩個已知匝數(shù)的線圈)B.條形磁鐵C.直流電源D.多用電表E.開關(guān)、導(dǎo)線若干上述器材在本實驗中不必用到的是(填器材前的字母),本實驗中還需用到的器材是。答案 BC低壓交流電源-29-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升2.(實驗原理與操作)(1)做探究變壓器兩個線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系實驗時,原線圈接在學(xué)生電源上,用多用電表測量副線圈兩端的電壓,下列操作正確的是()A.原線圈接直流電壓,電表用直流電壓擋B.原線圈接直

15、流電壓,電表用交流電壓擋C.原線圈接交流電壓,電表用直流電壓擋D.原線圈接交流電壓,電表用交流電壓擋(2)該學(xué)生繼續(xù)做實驗,先保持原線圈的匝數(shù)不變,增加副線圈的匝數(shù),觀察到副線圈兩端的電壓(選填“增大”“減小”或“不變”);然后再保持副線圈的匝數(shù)不變,增加原線圈的匝數(shù),觀察到副線圈兩端的電壓(選填“增大”“減小”或“不變”)。上述探究副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系中采用的實驗方法是控制變量法。答案 (1)D(2)增大減小-30-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升3.(實驗測量與誤差分析)有一個教學(xué)用的可拆變壓器,如圖甲所示,它有兩個匝數(shù)不同其他相同的線圈A、B,線圈外部還可以繞線。-31-基礎(chǔ)夯實

16、精準歸納題組突破強化提升(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測量了A、B線圈的電阻值,指針分別對應(yīng)圖乙中的a、b位置,則A線圈的電阻為 ,由此可推斷(選填“A”或“B”)線圈的匝數(shù)較多。(2)如果把它看作理想變壓器,現(xiàn)要測量A線圈的匝數(shù),提供的器材有一根足夠長絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源,請完成以下實驗步驟:用絕緣導(dǎo)線在線圈的外部或變壓器的鐵芯上繞制n匝線圈;將線圈與低壓交流電源相連接;用多用電表的擋分別測量A線圈的輸入電壓UA和繞制線圈的輸出電壓U;則A線圈的匝數(shù)為(3)實際實驗中,利用可拆變壓器探究結(jié)果往往發(fā)現(xiàn)原、副線圈電壓比與匝數(shù)比有一定差距,造成這種誤差的原因是 。-32-基礎(chǔ)夯實精準歸納題組突破強化提升答案 (1)24A(2)A交流電壓(3)變壓器漏磁,線圈具有一定阻值等