高中物理交流电知识点概括.pdf

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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,简称交流。如图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。
iiii
i
od
ototoo
ttt
(a)(b)
(c)(d)(e)
图151
二、正弦交流的产生及变化规律。
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平面叫做中性面。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:
()、函数表达式:从中性面开始计时,则ωω。用ε表示峰值εω
1e=NBSsintMM=NBS
e
则e=εsinωt在纯电阻电路中,电流I=msinωt=Isinωt,电压u=Usinωt。
MRRmm
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(电枢动磁极动)②旋转磁极式发电机(磁极动电枢不动)无不
论哪种发电机,转动的部分叫转子,动的不部分叫定子
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,eiu
②峰值:即最大的瞬时值用大写字母表示,Iε
Ummm
εωIε
m=nsBm=m/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,
m
线圈的形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。
IU
ⅲ、正弦交流的有效值与峰值之间的关系是ε=mI=mU=m。
222
1
UI
注意:正弦交流的有效值和峰值之间具有ε=m,U=mIm的关系,非正弦(或余弦)交流无
222
此关系,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、平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。而平均值是由

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
t
正弦交流,其正半周或负半周的平均电动势大小
n2Bs2nBs
为,而一周期内的平均电动势却为零。在计算交流通过电阻产生的热功率时,只能用
T
2
有效值,而不能用平均值。在计算通过导体的电量时,只能用平均值,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φ
①、周期T:电流完成一次周期性变化所用的时间。单位:
②、频率:一秒内完成周期性变化的次数。单位:H
fZ.
③、角频率ω:就是线圈在匀强磁场中转动的角速度。单位:rad/
2
④、角速度、频率、周期,的关系ω=2f=(a)
Tε
3、疑难辨析m
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()
T152
为余弦函数,此刻变化率为零(切线斜率为零),t=时,磁通量为零,此刻变化率最大(切线斜率最大),
4
因此从中性面开始计时,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=φcos
m
ωt和e=εsinωt。
m
第三节电感和电容对交对电流的作用
。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

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。
2
第四节变压器

原线圈、副线圈、铁心

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。

磁通量全部集中在铁心内,变压器没有能量损失,输入功率等于输出功率。
:
U/U=n/n
1212
说明:对理想变压器各线圈上电压与匝数成正比的关系,不仅适用于原、副圈只有一个的情况,而且
UUU
适用于多个副线圈的情况。即有123=……。这是因为理想变压器的磁通量全部集中在铁心内。
nnn
123
因此穿过每匝线圈的磁通量的变化率是相同的,每匝线圈产生相同的电动势,因此每组线圈的电动势与匝
数成正比。在线圈内阻不计的情况下,每组线圈两端的电压即等于电动势,故每组电压都与匝数成正比。

I/I=n/n(适用于只有一个副线圈的变压器)
1221
说明:原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况,一旦有多个副线圈时,
反比关系即不适用了,可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出:UI=UI+UI+UI+……再根据
11223344
nnn
U=2UU=3UU=4U……可得出:
2n13n14n4
111
nI=nI+nI+nI+……
11223344

nn
(1)变压器原副线圈匝数比当(1)确定以后,其输出电压U是由输入电压U决定的(即U=2U)但若
n212n1
21
副线圈上没有负载,副线圈电流为零输出功率为零,则输入功率为零,原线圈电流也为零,只有副线圈接
n
入一定负载,有了一定的电流,即有了一定的输出功率,原线圈上才有了相应的电流(I=2I),同时有了相
1n2
1
等的输入功率,(P=P)所以说:变压器上的电压是由原线圈决定的,而电流和功率是由副线圈上的负
入出
载来决定的。
第五节电能的输送
=IR=(P2/U2)R
2输入输入

I=I=I
2线3
U=U+U
2线3
P=P+P
2线3
输电电压提高到原来的n倍输电线上损失的电功率降为原来的1/n2
3