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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(shí)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)里,線圈繞方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)圖象:用以描述交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律,如果線圈從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí),其圖象為正弦曲線。如圖甲、乙所示。垂直于磁場(chǎng)-5-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(shí)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(dá)式(線圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí))電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律:e=。其中等于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的,Em=。負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律:u=。電流i隨時(shí)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(guò)大小相同的電阻,如果在交流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的

3、熱量相等,而這個(gè)恒定電流值、電壓值叫這個(gè)交流的有效值。對(duì)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升1.(多選)右圖為交流發(fā)電機(jī)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(gè)電刷E、F分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過(guò)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(guò)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(guò)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(jī)的示意圖,兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),A為交流電流表。線圈繞垂直于磁場(chǎng)的水平軸OO沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng),從圖甲所示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)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(dòng)的角速度為50rad/sC.t=0.01s時(shí),線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D.t=0.02s時(shí),電阻R中電流的方向自右向左AC-9-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升解析:電流表測(cè)量的是電路中電流的有效值I=10A,選項(xiàng)A正確;由題圖乙可知,T=0.02s,所以,選項(xiàng)B錯(cuò)誤

5、;t=0.01s時(shí),電流最大,線圈平面與磁場(chǎng)方向平行,選項(xiàng)C正確;t=0.02s時(shí),線圈所處的狀態(tài)就是圖示狀況,此時(shí)R中電流的方向自左向右,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。-10-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值的比較 -11-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升要掌握中性面特點(diǎn):磁通量最大,但磁通量變化率為零,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。感應(yīng)電流方向從經(jīng)過(guò)中性面開(kāi)始改變,從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí),瞬時(shí)值表達(dá)式為正弦函數(shù)。-12-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升電感和電容對(duì)交變電流的影響1.電感器對(duì)交變電流的作用(1)電感器對(duì)恒定電流是的,對(duì)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(duì)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(duì)交變電流的作用(1)電容器對(duì)恒定電流是的,對(duì)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(duì)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(shí),通過(guò)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(shí)通過(guò)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(shí),通過(guò)R的電流不變,電容器的容抗增大,通過(guò)C的電流減小,則有I1I2。電感線圈的感抗減小,通過(guò)L的電流增大,則有I3I2。故A、D錯(cuò)誤,B、C正確。-14-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升2.(多選)某音響電路的簡(jiǎn)化電路圖如圖所示,輸入信號(hào)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(yáng)聲器甲用于輸出高頻成分D.揚(yáng)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(yáng)聲器甲用于輸出低頻成分,C1為旁路電容,A、C錯(cuò)誤。電容C2的作用是通高頻,

8、所以揚(yáng)聲器乙用于輸出高頻成分,B、D正確。-15-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(duì)兩種不同類(lèi)型的電流而言的,因?yàn)?恒定)直流不變化,不能引起自感現(xiàn)象,交變電流時(shí)刻改變,必有自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生來(lái)阻礙電流的變化。(2)“通低頻,阻高頻”這是對(duì)不同頻率的交變電流而言的,因?yàn)榻蛔冸娏鞯念l率越高,電流的變化越快,自感作用越強(qiáng),感抗也就越大。-16-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(gè)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(jiàn)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(gè)-17-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(yuǎn)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(yuǎn)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升B-2

10、0-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(xiàng)A、D正確。-21-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組

11、突破強(qiáng)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(shí),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?yàn)檩敵鲭妷寒?dāng)U1不變時(shí),不論負(fù)載電阻R變化與否,U2都不會(huì)改變。-23-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(fù)載電阻R增大時(shí),I2減小,則I1相應(yīng)減小;當(dāng)負(fù)載電阻R減小時(shí),I2增大,則I1相應(yīng)增大。在使用變壓器時(shí),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(fù)載電阻R增大時(shí),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(fù)載電阻R減小時(shí),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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升核心剖析歸納提升3.動(dòng)態(tài)分析,大致有兩種情況:一是負(fù)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(lèi)是匝數(shù)比不變,上述各量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況。動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的思路可表示為-25-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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(shí)驗(yàn)裝置圖2.實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)器材可拆變壓器、多用電表、學(xué)生交流電源、滑動(dòng)變阻器、導(dǎo)線若干。-26-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖所示實(shí)驗(yàn)電路連接實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)量副線圈兩端的電壓;(4)將數(shù)據(jù)填入表格,分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。-27-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升5.注意事項(xiàng)(1)輸入電壓不超過(guò)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(cè),然后再選用適當(dāng)?shù)蛽跷贿M(jìn)行測(cè)量。6.實(shí)驗(yàn)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升1.(實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)室中備有下列可供選擇的器材:A.可拆變壓器(鐵芯、兩個(gè)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(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干上述器材在本實(shí)驗(yàn)中不必用到的是(填器材前的字母),本實(shí)驗(yàn)中還需用到的器材是。答案 BC低壓交流電源-29-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升2.(實(shí)驗(yàn)原理與操作)(1)做探究變壓器兩個(gè)線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí),原線圈接在學(xué)生電源上,用多用電表測(cè)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(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)方法是控制變量法。答案 (1)D(2)增大減小-30-基礎(chǔ)夯實(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升3.(實(shí)驗(yàn)測(cè)量與誤差分析)有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器,如圖甲所示,它有兩個(gè)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(shí)

16、精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)化提升(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測(cè)量了A、B線圈的電阻值,指針?lè)謩e對(duì)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(cè)量A線圈的匝數(shù),提供的器材有一根足夠長(zhǎng)絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源,請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)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(cè)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(shí)際實(shí)驗(yàn)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(shí)精準(zhǔn)歸納題組突破強(qiáng)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