復(fù)習(xí)本章知識(shí)應(yīng)重點(diǎn)抓好下列三個(gè)方面:
1、要注意區(qū)分瞬時(shí)值、有效值、最大值、平均值,瞬時(shí)值隨時(shí)間做周期性變化規(guī)律。
2、理想變壓器的有關(guān)間題,要掌握理想變壓器的輸入功率與輸出功率一定相等,輸出功率改變時(shí)輸入功率也一定改變.變壓器的變壓原理是電磁感應(yīng),對(duì)正弦交流電,當(dāng)輸入電流過(guò)最大值時(shí),輸出電流為零。
3、電能的輸送問(wèn)題是與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的問(wèn)題,該內(nèi)容的掌握要抓住“輸送一定的電功率”這一前提,即P=I送U送是定值。掌握這部分內(nèi)容須理解送電電路圖,要注意電線電阻上的電壓不是升壓變壓器的輸出電壓,也不是降壓變壓器的輸入電壓或用戶得到電壓,在計(jì)算中要特別注意.
第一課時(shí) 交變電流的產(chǎn)生及描述
【教學(xué)要求】
1.知道交變電流,能用函數(shù)表達(dá)式和圖像描述交變電流;
2.了解表征交變電流的物理量;
3.了解電容器和電感器對(duì)交變電流的作用。
【知識(shí)再現(xiàn)】
一、交變電流的產(chǎn)生:
閉合矩形線圈在磁場(chǎng)中繞垂直于場(chǎng)強(qiáng)方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電流隨時(shí)間作周期性變化,稱交變電流. 當(dāng)閉合線圈由中性面位置(圖中O1O2位置)開始在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間而變的函數(shù)是正弦函數(shù): ,其中
這就是正弦交變電流。
二、交變電流的變化規(guī)律
1、從線圈轉(zhuǎn)至中性面開始計(jì)時(shí),
若從轉(zhuǎn)至平行磁感線開始計(jì)時(shí),
2、最大值: ;Em 與轉(zhuǎn)軸的所在位置及線圈形狀無(wú)關(guān)。
3、線圈轉(zhuǎn)至中性面時(shí),電流方向發(fā)生, 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,電流方向改變兩次。
三. 表征正弦交變電流的物理量.
1、交變電流的最大值:Em=nBSω
2、交變電流的有效值:交變電流的有效值是根據(jù)電流的 規(guī)定的.
3、交變電流的周期和頻率
①周期T:交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間.
②頻率f:交變電流在1 s內(nèi)完成 變化的次數(shù)。
知識(shí)點(diǎn)一什么是交流電
交流電是大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流。
【應(yīng)用1】下列圖示的電流屬于交流電的有哪些?
導(dǎo)示: 根據(jù)交流電的定義可以知道,圖C的電流大小和方向隨時(shí)間作周期性變化,所以是交流電,其他ABD為直流電。
知識(shí)點(diǎn)二正弦交流電的產(chǎn)生
【應(yīng)用2】面積為S的兩個(gè)完全相同的單匝金屬線圈分別放置在如圖甲、乙所示的磁場(chǎng)中。甲圖中是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng),線圈在磁場(chǎng)中以周期T繞OO′軸作勻速轉(zhuǎn)動(dòng),乙圖中的磁場(chǎng)的變化規(guī)律為B=B0cos t,從圖示時(shí)刻起計(jì)時(shí),則( )
A.兩線圈中磁通量變化規(guī)律均為φ=B0Scos t
B.兩線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大值的時(shí)刻不同
C.兩線圈中產(chǎn)生的交流電流的有效值不同
D.從此刻起,T/4時(shí)間內(nèi)流過(guò)線圈截面的電量相同
導(dǎo)示: 選擇AD。圖中介紹了產(chǎn)生交流電的兩種方式,一種是線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)(動(dòng)生),另一種是通過(guò)線圈的磁場(chǎng)在變化(感生)。對(duì)甲圖,線圈從中性面開始計(jì)時(shí),磁通量隨時(shí)間成全余弦規(guī)律變化;對(duì)乙圖磁通量ф=BS= B0Scos t。所以兩種情況下產(chǎn)生的交流電是相同的。
知識(shí)點(diǎn)三表征交流電強(qiáng)弱的物理量
1、交變電流的最大值(Im和Um);它是交變電流在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值,可以用來(lái)表示交變電流的電流強(qiáng)弱或電壓高低。電容器的耐壓值是交流的最大值。
2、交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的:讓交流和直流通過(guò)相同阻值的電阻,如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等,就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流電的有效值。
正弦式交變電流的有效值 與其相應(yīng)的最大值 間的關(guān)系為:
注意:通常所說(shuō)的交變電流的電流、電壓;交流電表的讀數(shù);交流電器的額定電壓、額定電流、保險(xiǎn)絲的熔斷電流等都是指有效值。求解交流電產(chǎn)生的熱量問(wèn)題時(shí),必須用有效值。
3、交變電流瞬時(shí)值是指某一時(shí)刻的電流值,是時(shí)間的函數(shù) ,不同時(shí)刻,瞬時(shí)值不同。
4、交變電流平均值:E=n△ф/△t。若計(jì)算通過(guò)電路某一截面的電量,需用電流的平均值。
【應(yīng)用3】(07年1月北京市崇文區(qū)期末統(tǒng)一練習(xí)3.)如圖甲所示電路,電阻R的阻值為50Ω,在ab間加上圖乙所示的正弦交流電,則下面說(shuō)法中錯(cuò)誤的是( )
A.交流電壓的有效值為100V
B.電流表示數(shù)為2A
C.產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為3.14rad/s
D.如果產(chǎn)生該交流電的線圈轉(zhuǎn)速提高一倍,則電流表的示數(shù)也增大一倍
導(dǎo)示: 選擇:C。根據(jù)圖乙可以知道,電壓的最大值為:Em=100 V,則有效值為E= Em/ =100V,A正確;交流電流表的讀數(shù)為有效值I=E/R=2A,B正確;由圖知交流電的周期T=0.02s,則角速度
ω=2π/T=100πrad/s,故C錯(cuò);如果產(chǎn)生該交流電的線圈轉(zhuǎn)速提高一倍,交流電壓的最大值(Em=NBSω)也提高一倍,故電流表的示數(shù)也增大一倍,D正確。
類型一求交流電的有效值
【例1】多數(shù)同學(xué)家里都有調(diào)光臺(tái)燈、調(diào)速電風(fēng)扇.過(guò)去是用變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)上述調(diào)節(jié)的,缺點(diǎn)是成本高,體積大,效率低,且不能任意調(diào)節(jié)燈的亮度或風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速.現(xiàn)在的調(diào)光臺(tái)燈、調(diào)整電風(fēng)扇是用可控硅電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的.如圖所示為一個(gè)經(jīng)過(guò)雙向可控硅電子元件調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓,即在正弦交流電的每一個(gè)半周期中,前面的1/4被截去,從而改變了電燈上的電壓,那么現(xiàn)在電燈上的電壓為( )
A.Um B、 C、 D、
導(dǎo)示:選擇C。根據(jù)交流電的定義式可以得:
,所以電燈上的電壓U= 。
類型二交流電的圖象有應(yīng)用
【例2】2007年理綜寧夏卷17、一正弦交流電的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示。由圖可知( )
A.該交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為
u=100sin(25t)V
B.該交流電的頻率為25 Hz
C.該交流電的電壓的有效值為100
D.若將該交流電壓加在阻值R=100 Ω的電阻兩端,則電阻消耗的功率時(shí)50 W
導(dǎo)示: 選擇BD。從圖象可以直接讀出交流電壓的峰值是100V,周期T=4×10-2s。因此交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=100sin(50πt)V,A錯(cuò);頻率f=1/T=25 Hz,B正確;交流電的電壓的有效值為U=100/ =50 ,C錯(cuò);功率P=U2/R=50 W,D正確。
類型三電感器和電容器對(duì)交流電的影響
電感對(duì)交變電流有阻礙作用。交變電流通過(guò)電感線圈時(shí),線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙電流的變化,形成了對(duì)電流的阻礙作用,這種阻礙作用叫感抗。實(shí)驗(yàn)表明:線圈的自感系數(shù)越大,交變電流的頻率越高,線圈的感抗越大,所以,電感線圈在交流電路中有“通直流、阻交流、通低頻、阻高頻”的特性。
電容對(duì)交變電流也有阻礙作用。電容器接到交流電路中后,交替產(chǎn)生充電和放電,使電路中有交變電流,似乎電流“通過(guò)”了電容器,由于電荷在電路中定向移動(dòng)受到電容器極板上積聚電荷的反抗,因此產(chǎn)生對(duì)交變電流的阻礙作用,這種阻礙作用叫容抗。實(shí)驗(yàn)表明:電容越大,交變電流的頻率越高,線圈的容抗越小。所以,電容在交流電路中有“通交流、隔直流”“通高頻、阻低頻”的特性。
【例3】(07年廣東省汕尾市調(diào)研測(cè)試3、)如圖所示電路中,如果交流電的電壓不變而頻率降低,則三盞電燈的亮度變化情況是( )
A、三盞電燈的亮度都不變;
B、L1的亮度變亮,L2的亮度變暗,L3的亮度不變;
C、L2的亮度變亮,L1的亮度變暗,L3的亮度不變;
D、L1的亮度變亮,L3的亮度變暗,L2的亮度不變。
導(dǎo)示: 選擇B。如果交流電的電壓不變而頻率降低,則L的感抗變小,C的容抗變大,L1變亮、L2變暗;而L3亮度不變。
1.(2007理綜北京卷17.)電阻R1、R2與交流電源按照?qǐng)D1方式連接,R1=10Ω,R2 =20Ω。合上開關(guān)S后,通過(guò)電阻R1的正弦交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖2所示。則 ( )
A.通過(guò)R1的電流有效值是1.2A
B.R1兩端的電壓有效值是6V
C.通過(guò)R2的電流最大值是1.2 A
D.R2兩端的電壓最大值是6 V
2. (鹽城市2007?2008學(xué)年度第一次調(diào)研考試.1)一根電阻絲接入100V的恒定電流電路中,在lmin內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q,同樣的電阻絲接入正弦交變電流的電路中,在2min內(nèi)產(chǎn)生的熱量也為Q,則該交流電壓的峰值是( )
A、141.4V B、100V
C、70.7V D、50V
3.07學(xué)年南京市期末質(zhì)量調(diào)研5.兩個(gè)相同的L1和L2,接到如圖所示的電路中,燈L1與電容器串聯(lián),燈L2與電感線圈串聯(lián),當(dāng) 、 處接電壓最大值Um、頻率為 的正弦交流電源時(shí),兩燈都發(fā)光,且亮度相同。更換一個(gè)新的正弦交流電源后,燈L1的亮度高于燈L2的亮度,新電源的電壓最大值和頻率可能是 ( 。
A.最大值仍為Um,而頻率大于
B.最大值仍為Um,而頻率小于
C.最大值大于Um,而頻率仍為
D.最大值小于Um,而頻率仍為
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