专题十二交变电流(讲解部分)-高考物理复习专题(教师用)课件

,考点清单,知能拓展,实践探究,栏目索引,专题十二交变电流,高考物理,专题十二交变电流高考物理,考点一交变电流的产生和描述,1.交变电流,方向随时间,做周期性变化,的电流叫做交变电流。如图(a)、(b)、,(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按,正弦,规律变化的交变电流叫,正弦式交变电流,如图(a)所示。,考点,清单,考点一交变电流的产生和描述考点清单,2,2.正弦式交变电流的产生和变化规律,(1)产生:在匀强磁场里,绕垂直于磁场方向的轴,匀速,转动的线圈里,产生的是正弦式交变电流。,(2)规律,a.函数形式:若,N,匝面积为,S,的线圈以角速度,绕垂直于磁场方向的轴匀速,转动,磁感应强度为,B,从中性面开始计时,其函数形式为,e,=,NBS,sin,t,用,E,m,=,NBS,表示电动势的最大值,则有,e,=,E,m,sin,t,。其电流大小,为,i,=,=,sin,t,=,I,m,sin,t,。,b.图像:用以描述正弦交流电电流随时间变化的规律,如图(a)所示。,c.正弦式交变电流磁通量和电动势的关系,2.正弦式交变电流的产生和变化规律,3,专题十二交变电流(讲解部分)-高考物理复习专题(教师用)课件,4,3.表征交变电流的物理量,(1)瞬时值:交变电流某一时刻的值。,(2)最大值:即最大的瞬时值。,(3)有效值:跟交变电流的,热效应,等效的恒定电流的值叫做交变电流,的有效值。,(4)周期和频率:交变电流完成,一次周期性变化,所用的时间叫周期;,1 s内完成周期性变化的次数叫频率。它们和角速度间的关系为,=,=2,f,。,3.表征交变电流的物理量,5,考点二变压器、电能的输送,1.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,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向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。对直流的阻碍作用无限大,对交流的阻碍作用随频率的减小而增大,决定,因素,由导体本身(长短、粗细、材料)决定,与温度有关,由线圈本身的自感系数和交流电的频率决定,由电容的大小和交流电的频率决定,电能的转化与做功,电流通过电阻做功,电能转化为内能,电能和磁场能相互转化,电能与电场能相互转化,考点二变压器、电能的输送 电阻感抗容抗产生的定向移动的自由,6,2.变压器及其原理,(1)主要构造:常见变压器的模型与符号如图甲、乙所示。,甲,乙,注:与电源相连的为原线圈,其余则为副线圈。,2.变压器及其原理乙,7,(2)工作原理,理想变压器,没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中),基本关系,功率关系,原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P,入,=,P,出,电压关系,原、副线圈的电压比等于匝数比,公式:,U,1,/,U,2,=,n,1,/,n,2,与负载、副线圈的多少无关,电流关系,(1)只有一个副线圈时:,I,1,/,I,2,=,n,2,/,n,1,(2)有多个副线圈时:由,P,入,=,P,出,得,I,1,U,1,=,I,2,U,2,+,I,3,U,3,+,+,I,n,U,n,或,I,1,n,1,=,I,2,n,2,+,I,3,n,3,+,+,I,n,n,n,频率关系,f,1,=,f,2,(变压器不改变交流电的频率),制约关系,电压,副线圈电压,U,2,由原线圈电压,U,1,和原副线圈匝数比决定,功率,原线圈的输入功率,P,1,由副线圈的输出功率,P,2,决定,电流,原线圈电流,I,1,由副线圈电流,I,2,和原副线圈匝数比决定,(2)工作原理理想变压器没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通,8,(3)几种常见的变压器,a.自耦变压器调压变压器。,b.互感器,3.电能的输送,(1)为减小输电线路上的电能损失,常采用,高压,输电,这是因为输电,功率一定时,输电线上电流,I,=,输电线上损失的功率,P,损,=,I,2,R,=,可知,P,损,。,(2)输电线上的功率损失,P,损,=,UI,、,P,损,=,R,、,P,损,=,中的“,U,”是指同一,电压吗?,a.,P,损,=,UI,和,P,损,=,中的,U,是指输电线上损失的电压,相当于,U,或,U,线,所以式,(3)几种常见的变压器,9,子可写为,P,损,=,UI,=,U,线,I,、,P,损,=,=,。,b.,P,损,=,R,中的,U,是指输电电压,即从发电机发出经过变压器升压后的,电压。,c.注意三个式子中,U,的不同,切记不要混淆。,子可写为P损=UI=U线I、P损=。,10,拓展一交流电有效值的求解,1.交变电流有效值的规定,交变电流、恒定电流,I,直,分别通过同一电阻,R,在交流的一个周期内产生的,焦耳热分别为,Q,交,、,Q,直,若,Q,交,=,Q,直,则交变电流的有效值,I,=,I,直,(直流有效值也,可以这样算)。,2.对有效值的理解,(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值;,(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值;,(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流用的是有效值;,知能拓展,拓展一交流电有效值的求解知能拓展,11,(1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内,“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解。,(2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量。,(3)利用两个公式,Q,=,I,2,Rt,和,Q,=,t,可分别求得电流有效值和电压有效值。,(4)若图像部分是正弦式交变电流,其中的,周期(必须是从零至最大值或从,最大值至零)和,周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间,的关系,I,=,、,U,=,求解。,(4)通常没有特别加以说明的,是指有效值;,(5)“交流的最大值是有效值的,倍”适用于正弦式交变电流。,3.,计算交变电流有效值的方法,(1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时,12,例1如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压,正弦交流电,的每一个二分之一周期中,前面四分之一周期被截去,则现在电灯上电压的,有效值为,(),A.,U,m,B.,C.,D.,例1如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压,正弦交,13,解析由题给图像可知,交流电压的变化规律具有周期性,用电流热效应的,等效法求解。设电灯的阻值为,R,正弦交流电压的有效值与峰值的关系是,U,=,由于一个周期内半个周期有交流电压,一周期内交流电产生的热量,为,Q,=,t,=,设交流电压的有效值为,U,由电流热效应得,Q,=,=,T,所以该交流电压的有效值,U,=,可见选项D正确。,答案D,解析由题给图像可知,交流电压的变化规律具有周期性,用电流热,14,物理量,物理含义,重要关系,适用情况及说明,交变电流某一时刻的值,e,=,E,m,sin,t,i,=,I,m,sin,t,计算线圈某时刻的受力情况的瞬时值,峰,值,最大的瞬时值,E,m,=,NBS,E,m,=,N,m,I,m,=,讨论电容器的击穿电压,拓展二交变电流“四值”的理解,物理量物理含义重要关系适用情况及说明交变电流某一时刻的值e,15,跟交变电流的热效应等效的恒定电流值,对正弦式交变电流有:,E,=,E,m,/,U,=,U,m,/,I,=,I,m,/,(1),计算与电流热效应有关的量(如功、功率、热量等),(2),电器设备“铭牌”上所标的一般是有效值,(3),保险丝的熔断电流为有效值,平,均,值,交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值,=,BL,=,n,=,计算一段时间内通过导体横截面的电荷量,跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正弦式交变电流有:(1,16,例2如图所示,矩形线圈面积为,S,匝数为,N,线圈电阻为,r,线圈在磁感应强,度为,B,的匀强磁场中绕,OO,轴以角速度,匀速转动,外电路电阻为,R,当线圈,由图示位置转过60,的过程中,下列判断正确的是,(),A.电压表的读数为,B.通过电阻,R,的电荷量为,q,=,C.电阻,R,所产生的焦耳热为,Q,=,D.当线圈由图示位置转过60,时的电流为,例2如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,线,17,解析线圈在磁场中转动产生了正弦式电流,其电动势的最大值,E,m,=,NBS,电动势的有效值,E,=,电压表的读数等于交流电路路端电压,且为有效,值,则,U,=,R,A错误;求通过电阻,R,的电荷量要用交流电的平均电,流,则,q,=,t,=,=,=,故B正确;电阻,R,产生的热量应该,用有效值来计算,线圈由图示位置转过90,过程中,电阻,R,产生的热量为,R,=,故C错误;线圈由图示位置转过60,时的电流,为瞬时值,则瞬时值的表达式为,i,=,sin,t,=,sin,=,故D,错误。,答案B,解析线圈在磁场中转动产生了正弦式电流,其电动势的最大值Em,18,应用一探究理想变压器的动态分析,实践探究,理想变压器的几个因果关系。,当理想变压器原副线圈的匝数比不变时,如图所示,各量相互关系如下:,应用一探究理想变压器的动态分析实践探究理想变压器的几个,19,(1)输入电压,U,1,决定输出电压,U,2,。这是因为输出电压,U,2,=,U,1,当,U,1,不变时,不论负载电阻,R,变化与否,U,2,都不会改变。,(2)输出电流,I,2,决定输入电流,I,1,在输入电压,U,1,一定的情况下,输出电压,U,2,也,被确定。当负载电阻,R,增大时,I,2,减小,则,I,1,相应减小;当负载电阻,R,减小时,I,2,增大,则,I,1,相应增大。因此在使用变压器时,不能使变压器副线圈短路。,(3)输出功率,P,2,决定输入功率,P,1,理想变压器的输入功率与输出功率相等,即,P,1,=,P,2,。在输入电压,U,1,一定的情况下,当负载电阻,R,增大时,I,2,减小,则变压器,输出功率,P,2,=,I,2,U,2,减小,输入功率,P,1,也将相应减小;当负载电阻,R,减小时,I,2,增,大,变压器的输出功率,P,2,=,I,2,U,2,增大,则输入功率,P,1,也将增大。,利用上述因果关系,可解决变压器动态变化问题。,(1)输入电压U1决定输出电压U2。这是因为输出电压U2=,20,注意变压器只能改变交流电压,若原线圈加直流电压,则副线圈输出电,压为零,并且由于线圈对直流电无感抗,而使电流很大(相当于短路)易损坏,直流电源。,对“日”字形铁芯的变压器,因为穿过原副线圈的磁通量的变,化率不等。,注意变压器只能改变交流电压,若原线圈加直流电压,则副线圈,21,例图中,B,为理想变压器,接在交变电压有效值保持不变的电源上。指示灯,L,1,和L,2,完全相同(其阻值均恒定不变),R,是一个定值电阻,电压表、电流表都,为理想电表。开始时开关S是闭合的,当S断开后,下列说法正确的是(),A.电流表A,2,的示数变大,B.电压表的示数变大,C.电流表A,1,的示数变小,D.灯L,1,的亮度变暗,例图中B为理想变压器,接在交变电压有效值保持不变的电源上。,22,解题导引,解析变压器输出电压由输入电压和匝数比决定,S断开后输入电压和匝,数比不变,所以电压表的示数不变;但负载电阻变大,则输出电流变小,A,2,的,示数变小,输入电流变小,则A,1,的示数变小;因,R,上电压变小,则L,1,上电压变,大,亮度变亮。故只有C对。,答案C,解题导引 解析变压器输出电压由输入电压和匝数,23,应用二探究远距离输电的几个物理量之间的变化规律,1.理清三个回路,远距离输电电网间的基本结构如图所示。输电过程的电路被划分为三个,独立的回路,即电源回路1、输送回路2和用户回路3。在每个回路中,变压,器的原线圈是回路的用电器,而相应的副线圈是下一个回路的电源,每个回,路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律,而变压器的电压、电,流、功率关系则是联系不同回路的桥梁。,应用二探究远距离输电的几个物理量之间的变化规律1.理清三