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交变电流专项复习
交变电流的产生及变化规律
交变电流：
大小和方向都随时间做周期性变化的电流
简称：交流（AC ）
直流电流：
方向不随时间变化的电流 （DC）
一、交变电流的概念
二、交变电流的产生
交流发电机模型
将立体图转化为平面图
两个特殊位置：
第一特殊位置：S
B
中性面特点：
2、导体边不切割磁感线
1、磁通量最大Ф=Фmax
所以，E感=0，i感=0
即：此时线圈中无电流！
—中性面
特点：
2、导体边垂直切割磁感线
1、磁通量为最小，Ф=0
第二特殊位置：S
B
线圈中有感应电流
方向：
D—C—B—A
在线圈旋转至任何一个非特殊位置时的感应电动势如何计算？
（
V垂直
以线圈从中性面转动为t=0时刻开始计时，经过t时间
V
1、正弦交变电流的图象
e
o
Em
T/4
2T/4
3T/4
T
π/2
π
3π/2
2π
ωt
t
三、交变电流的图像和变化规律
2、交变电流的变化规律
(1)感应电动势:
(2)感应电流:
(3)外电路电阻两端的电压:
e=nBsωsinωt=Emsinωt(从中性面开始计时)
i=(nBsω/R)sinωt=Imsinωt(从中性面开始计时)
u=Umsinωt(从中性面开始计时)
e=nBsωcosωt=Emcosωt(从B∥S开始计时)
i=(nBsω/R)cosωt=Imcosωt(从从B∥S开始计时)
u=Umcosωt(从从B∥S开始计时)
3、交变电流的种类
(1)正弦交流电
(2)示波器中的锯齿波扫描电压
(3)电子计算机中的矩形脉冲
(4)激光通信中的尖脉冲
四、交流发电机
1、构造
2、种类
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
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
表征交变电流的物理量
一、描述电流变化快慢的物理量
1．周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间
2．频率：1s内交变电流完成周期性变化的次数
　　我国工农业及生活用电的周期为0.02s，频率为50Hz，电流方向每秒改变100次．
二、描述交变电流大小的物理量
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速旋转时，电动势最大值：
2、最大值(峰值)：
1、瞬时值
0
t/s
U/V
Um
电压最大值
电压瞬时值
3．有效值
（1）定义：使交变电流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相等时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交变电流的有效值．（热效应相同）
（2）说明：
①交变电流的有效植根据电流的热效应来规定，与电流的方向无关，计算电功和热量必须用有效值
②有效值一般与所取时间的长短有关，在无特别说明时是以一个周期的时间来确定有效值的．
③交流电压表和电流表通过交流电时，实际上已经由电表内部元件把交流电变成了等效的直流，所以读出的就是交流的有效值，并且电表的指针不会忽左忽右地摆动。
注意：电容器的耐压值是交流的最大值。
(4)一般用电器上标注的额定值是有效值，而电容器上标注的是最大值
4．平均值：
计算通过某导体截面的电量一定要用平均值。
(3)．正弦（或余弦）交变电流有效值与最大值之间的关系
电感和电容对交变电流的影响
一、电感对交变电流的阻碍作用
1.演示实验
现象：
2.感抗
（1）反映电感对交变电流阻碍作用的大小。
（2）影响感抗大小的因素
接直流的亮些，接交流的暗些．
结论：
电感对直流电没有阻碍作用对交流电却有
自感系数越大、交流的频率越高，线圈的感抗越大。
*具体关系：
交变电流频率越高，灯越暗
（4）应用：
（a）低频扼流圈：
（b）高频扼流圈：
（3）特性：
通直流、阻交流；通低频、阻高频
低频扼流圈和高频扼流圈
A、构造：线圈绕在铁芯上，匝数多
B、作用：“通直流、阻交流”
A、构造：线圈绕在铁氧体芯上，匝数少
B、作用：“通直流、通低频，阻高频”
3.容抗
（1）反映电容对交流的阻碍作用
（2）影响容抗大小的因素
电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用就越小，容抗越小。
应用：
（1）隔直电容：隔直流，通交流。
（2）高频旁路电容：让高频交流信号通过电容，而将低频信号送到下一级。作用：通高频，阻低频。
*公式：
通交流、隔直流，通高频、阻低频
总结：
通直流 ，阻交流
通低频， 阻高频
电容对交变电流的作用：
通交流 ，隔直流
通高频 ，阻低频
电感对交变电流的作用：
低频扼流圈（L大）
高频扼流圈（L小）
隔直电容器
高频旁路电容器（C小）
变压器
1、示意图
(1)闭合铁芯
(绝缘硅钢片叠合而成)
(2)原线圈(初级线圈)
其匝数用n1表示
与交变电源相连
(3)副线圈(次级线圈)
其匝数用n2表示
与负载相连
(4)输入电压U1
输出电压U2
一、变压器的构造
原线圈
副线圈
铁芯
U1
U2
n1
n2
∽
原线圈
接 交
流 电
在铁芯中
产生变化
的磁通量
副线圈
产生感
应电动势
在铁芯中
产生变化
的磁通量
二、变压器的工作原理
——互感现象
副线圈
有 交
流 电
原线圈
产生感
应电动势
变压器通过闭合铁芯，利用互感现象实现了：
电能 → 磁场能 → 电能转化
(U1、I1) (变化的磁场) ( U2、I2)
原线圈
副线圈
铁芯
U1
U2
n1
n2
∽
0
e
t
t1
t2
t3
t4
若给原线圈接直流电压U1,副线圈电压U2
=0
三、理想变压器
——没有能量损失的变压器
P入＝P出
输入功率等于输出功率
n2 >n1 U2>U1——升压变压器
n2 （1）输出功率等于输入功率P出＝P入，U1I1＝U2I2．
（2）原、副线圈的电压跟它们的匝数成正比：
四、变压器的规律
（3）原副线圈中的电流跟匝数成反比：
（仅限一个副线圈）。
（4）原副线圈的交变电流的周期T和频率f相同．
五、理想变压器的物理量间的制约关系
理想变压器的三个决定关系：
（1）输出功率决定输入功率．
（2）副线圈两端电压由原线圈两端电压和匝数比所决定．
（3）副线圈中的电流决定原线圈中的电流．
电能的输送
电能输送的历程
请根据对电能输送的介绍，画出电能输送的简图，*（设一个发电厂一对一的单一用户端进行供电）
1
4
2
2
3
U
U
U
U
R
I
F
用
线
r
I1
I3
I4
n1
n2
n3
n4
P1
P2
P3
P4
升压变压器
降压变压器
电压之间的关系是：
功率之间的关系是：
P1=P2，P3=P4，P2=Pr+P3
课堂练习
　1、下列说法正确的是（ ）
　A．电流在一个周期内电流方向改变两次．
　B．电流的有效值是最大值的　　　倍．
　C．因为有效值表示交流产生的平均效果，所以有效值与平均值相同．
　D．若正弦交变电流的最大值是10A，则它的最小值是-10A ．
AB
2、某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系，如图所示，如果其它条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为（ ）
A．400V，0.02s
B．200V, 0.02s
C．400V, 0.08s
D．200V, 0.08s
B
3、在如图所示的几种电流随时间变化的图线中，属于交变电流的是 ，属于正弦交变电流的是 。
t
i
A
B
C
D
A B D
A
4、图中两交变电流通过相同的电阻R。求：
（1）分别写出它们的有效值、周期和频率。
（2）计算它们在R上产生的功率之比。
5、如图所示，从ab端输入的交流含有高频和低频成分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采用图示电路，其L的作用是________________，C的作用是__________。
解析：因L有“通低频、阻高频”的特点，因此L的作用是阻挡高频成分；而通过L后还有少量的高频成分，利用C“通高频、阻低频”的特点，使绝大部分高频成分从C流过。
6、如图所示，线圈L的自感系数和电容器的电容C都很小（如L＝100μH，C＝100pF）。此电路的主要作用是---------（ ）
A．阻直流、通交流，输出交流
B．阻交流、通直流，输出直流
C．阻低频、通高频，输出高频交变电流
D．阻高频、通低频，输出低频交变电流和直流电
D
7、如图所示，理想变压器的原线圈与灯泡A串联后，加上交变电压U，副线圈两端电压为U2，接有B和C两个灯泡，若A、B、C是三个相同的灯泡，且均正常发光，则U∶U2=_______。
U
B
A
C
3∶1
8、如图是一个理想变压器的电路图，若A、B两点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为 （ ）
A. 5 1
B. 1 5
C. 4 1
D. 1 4
n1
n2
U
A
B
解：设灯泡正常发光的电流为I，
则原、副线圈的电流分别为I和4I，如图示。
I
4I
所以原、副线圈的匝数比为 4 1
C
9、理想变压器的原副线圈分别接有相同的白炽灯，原副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，电源电压为U, 求B灯两端电压UB＝？
10、变压器的原线圈接到220V的交流电源上，副线圈有两个，副线圈2 的匝数n2＝30匝，与一个标有“12V　12W”的灯泡组成闭合回路，且灯泡L正常发光，副线圈3的输出电压U3＝110V，与电阻R组成闭合回路，通过电阻R的电流强度为0.4A，求(1)　副线圈3的匝数n3＝？(2)　原线圈匝数n1＝？及流经它的电流强度I1＝？
11、某小水电站，输出功率P＝40kW，机端电压U机＝500V，向远处输电，导线总　电阻R＝5Ω，升压变压器匝数比为1∶5，降压变压器匝数比为11∶1，向用户供电。求(1)　用户得到的电压(2)　此输电过程的效率有多高(3)　若如果不升压直接输电，输电线上损耗的功率是多少？
12、一发电机组的输出电压为500v，输出功率为160kw，通过升压变压器后向远处输送，已知输电线的总电阻为5Ω，要使输电线上损失的功率不超过发电机组输出功率的5％那么升压变压器原副线圈的匝数比不能超过何值。

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