高二物理交变电流知识点及*题上课讲义

发布时间:2021-09-24 17:59:33

第一节 交流电的产生和变化规律 一、交变电流: 大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流,简*涣鳌H缤 15-1 所示(b)、(c)、(e)所示电流都属 于交流,其中按正弦规律变化的交流叫正弦交流。如图(b)所示。而(a)、(d)为直流其中(a)为恒定电流。 二、正弦交流的产生及变化规律。 i i i i i o t o o t t do o t t (a ) ( b) (c) (d ) ( e) 图15 1 1、产生:当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中产生的交流是随时间按正弦规律变化的。 即正弦交流。 2、中性面:匀速旋转的线圈,位于跟磁感线垂直的*面叫做中性面。这一位置穿过线圈的磁通量最大,但切割边 都未切割磁感线,或者说这时线圈的磁通量变化率为零,线圈中无感应电动势。 3、规律: (1)、函数表达式:从中性面开始计时,则 e=NBSωsinωt 。用εM 表示峰值εM=NBSω 则 e=εMsinωt 在纯电阻电路中,电流 I= e m sinωt=I sinωt,电压 u=U sinωt 。 RR m m 4、交流发电机 (1)发电机的基本组成:①用来产生感应电动势的线圈(叫电枢)②用来产生磁场的磁极 (2)发电机的基本种类①旋转电枢式发电机(电枢动磁极不动)②旋转磁极式发电机(磁极动电枢不动)无论哪种发 电机,转动的部分叫转子,不动的部分叫定子 第二节 表征交变电流的物理量 1、表征交变电流大小物理量 ①瞬时值:对应某一时刻的交流的值 用小写字母 x 表示,e i u ②峰值:即最大的瞬时值 用大写字母表示,Um Im εm εm= nsBω Im=εm/ R 注意:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线方向的轴匀速转动时,所产生感应电动势的峰值为 ε =NBSω,即仅由匝数 N,线圈面积 S,磁感强度 B 和角速度ω四个量决定。与轴的具体位置,线圈的形 m 状及线圈是否闭合都是无关的。 ③有效值: ⅰ、意义:描述交流电做功或热效应的物理量 ⅱ、定义:跟交流热效应相等的恒定电流的值叫做交流的有效值。 ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是ε= m I= I m U= U m 。 2 2 2 注意:正弦交流的有效值和峰值之间具有ε= m ,U= U m I I m 的关系,非正弦(或余弦)交流无此关系, 2 2 2 1 但可按有效值的定义进行推导,如对于正负半周最大值相等的方波电流,其热效应和与其最大值相等的恒 定电流是相同的,因而其有效值即等于其最大值。即 I=I 。 m ⅳ、交流用电器的额定电压和额定电流指的是有效值;交流电流表和交流电压表的读数是有效值。对于交流电若 没有特殊说明的均指有效值。 ⅴ、在求交流电的功、功率或电热时必须用交流电的有效值。 ④、峰值、有效值、*均值在应用上的区别。 峰值是交流变化中的某一瞬时值,对纯电阻电路来说,没有什么应用意义。若对含电容电路,在判断电容器 是否会被击穿时,则需考虑交流的峰值是否超过电容器的耐压值。 交流的有效值是按热效应来定义的,对于一个确定的交流来说,其有效值是一定的。而*均值是由公式 n 确定的,其值大小由某段时间磁通量的变化量来决定,在不同的时间段里是不相同的。如对正弦交流,其正 t 半周或负半周的*均电动势大小 为 n 2Bs 2nBs ,而一周期内的*均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时,只能用有效值, T 2 而不能用*均值。在计算通过导体的电量时,只能用*均值,而不能用有效值。 在实际应用中,交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流都是指有效值,交流电流表和交流电压表指示的 电流、电压也是有效值,解题中,若题示不加特别说明,提到的电流、电压、电动势时,都是指有效值。 2、表征交变电流变化快慢的物理量 ①、周期 T:电流完成一次周期性变化所用的时间。单位:s . φm ②、频率 f:一秒内完成周期性变化的次数。单位:HZ. o ③、角频率ω:就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位:rad/s. t ④、角速度、频率、周期,的关系 3、疑难辨析 ω=2 f= 2 T ( a) εm 交流电的电动势瞬时值和穿过线圈面积的磁通量的变化率成正 o t 比。当线圈在匀强磁场中匀速转动时,线圈磁通量也是按正弦(或余 弦)规律变化的,若从中性面开始计时,t=0 时,磁通量最大,φ应 ( b) 图 15 2 为余弦函数,此刻变化率为零(切线斜率为零),t= T 时,磁通量为零,此刻变化率最大(切线斜率最大),因此 4 从中性面开始计时,感应电动势的瞬时表达式是正弦函数,如图 15-2(a)(b)所示分别是φ=φ cosωt 和 e=ε sin m m ωt。 第三节 电感和电容对交对电流的作用 1.电感对交流有阻碍作用。电感对电流阻碍作用的大小用感抗来表示。感抗的大小与线圈的自感系数和交变电流的频 率有关,线圈的感系数越大,电流的频率越大。电感对交变电流的阻碍作用就越大,感抗也就越大。 低频扼流圈和高频扼流圈 低频扼流圈 高频扼流圈 构造:线圈绕在铁心上,匝数多,电阻小 线圈绕在铁氧体上,匝数少 作用:“通直流、阻交流” 通过低频,阻高频 2.电容器能通交流 电容器有“通交流,隔直流”的作用。电容器对交流有阻碍作用。电容器对交流阻碍作用的大小用容抗来表示。 影响容抗大小的因素:C 和 f 电容器的电容越大,电流频率越大,容抗越小。 第四节 变压器 1.变压器的构造 原线圈、 副线圈、 铁心 2 2.变压器的工作原理 在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象,叫做互感现象,互感现象是变压器工作的基础。 3.理想变压器 磁通量全部集中在铁心内,变压器没有能量损失,输入功率等于输

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