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            【全优课堂】2014秋高中物理 第二章 交变电流章末整合课件 粤教版选修3-2


            交变电流

            专题 1 交流电最大值、有效值、平均值的计算和应用 1.最大值:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产 生的交变电流的电动势,其最大值 Em=nBSω,在考虑电容器的 耐压值时,应根据交流电的最大值. E ΔΦ 2.平均值:平均值需用 E =n 和 I = 进行计算,求一段 Δt R 时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值,q= I t.

            Im 3.有效值:正弦式交流电的有效值 I= ,其他交变电流的 2 有效值根据有效值的定义计算,求电功、电功率,确定保险丝的 熔断电流,要用到有效值;没有特殊说明时,交流电的电流、电 压、电动势均指有效值,交流电表的测量值是有效值,交流用电 设备上所标的额定电压、额定电流是有效值.

            【例 1】 边长为 a 的 N 匝正方形线圈在磁感应强度为 B 的 匀强磁场中,以角速度 ω 绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈的 电阻为 R.求线圈从中性面开始转过 90° 角的过程中产生的热量.

            解析:线圈中产生的热量需从转动过程中交流电的有效值考 虑.因线圈中感应电动势的峰值为 Em=NBa2ω,故线圈中电流的 T 2 有效值为 I=Im/ 2=NBa ω/( 2R), 线圈转过 90° 角的时间为 t= 4 π = .所以在转动过程中产生的热量 Q=I2Rt=πN2B2a4ω/4R. 2ω πN2B2a4ω 答案: 4R

            专题 2 远距离高压输电问题 输电示意图:

            1.正确理解几个基本关系 (1)功率关系,P1=P2,P2=P 损+P3,P3=P4 U1 n1 U3 n3 (2)电压关系: = ,U2=U 线+U3, = . U2 n2 U4 n4 I1 n2 I3 n4 (3)电流关系: = ,I2=I 线=I3, = . I2 n1 I4 n3 P2 P3 U线 (4)输电电流:I 线= = = . U2 U3 R线 (5)输电导线上损耗的电功率 2 U 线 2 P 损=P2-P3=I线R 线= =U 线 I 线. R线 (6)输电导线上的电压损失 U 线=I 线· R 线=U2-U3.

            2.处理思路 (1)根据具体问题画出输电线路示意图. (2)研究三个回路,分析其中的已知量、可求量、待求量. (3)研究两个变压器,分析其中的已知量、可求量、待求量. (4)确定求解思路,根据回路及变压器上的电压、电流、功率 关系列式求解.

            【例 2】 某小型水电站发电机的输出功率为 10 kW,输出电 压为 400 V,向距离较远的用户供电,为了减少电能损耗,使用 2 kV 高压输电,最后用户得到 220 V、9.5 kW 的电力,求: (1)水电站升压变压器原、副线圈匝数比 n1/n2. (2)输电线路导线电阻 R. (3)用户降压变压器原、副线圈匝数比 n3/n4.

            解析: n1 U1 400 1 (1)升压变压器原、副线圈匝数比为: = = = . n2 U2 2 000 5 (2)由 P 损=I2 2R,输送电流决定于输出电压及输送功率,有 P 2 2 I2=P/U2,所以 R=P 损/I2=P 损/( ) U2 10 000-9 500 = Ω=20 Ω. ?10 000/2 000?2 (3)设降压变压器原线圈上电压为 U3, U3=U2-I2R=(2 000-5×20) V=1 900 V. n3 U3 1 900 95 所以降压变压器原、副线圈匝数比为: = = = . n4 U4 220 11 1 95 答案:(1) (2)20 Ω (3) 5 11

            专题 3 变压器习题的一般解题思路 U1 n1 1.电压思路:变压器原、副线圈的电压之比为 = ;当 U2 n2 变压器有多个副线圈时,只要绕在同一闭合铁芯上,任意两线圈 UP nP 之间总有 = . UQ nQ 2.功率思路:理想变压器的输入、输出功率关系为 P 入=P 出,即 P1=P2;当变压器有多个副线圈时,P1=P2+P3+?

            I1 n2 3.电流思路:对只有一个副线圈的变压器有 = ;当变压 I2 n1 器有多个副线圈时 n1I1=n2I2+n3I3+? ΔΦ 4.原理思路:变压器原线圈中磁通量发生变化,铁芯中 Δt ΔΦ1 ΔΦ2 ΔΦ3 相等;当遇到 型变压器时有: = + . Δt Δt Δt

            5.(变压器动态问题)制约思路: n1 (1)电压制约:当变压器原、副线圈的匝数比 一定时,输出 n2 n2 电压 U2 由输入电压决定,即 U2= U1,可简述为“原制约副”. n1 n1 (2)电流制约:当变压器原、副线圈的匝数比 一定,且输入 n2 电压 U1 确定时,原线圈中的电流 I1 由副线圈中的输出电流 I2 决 n2 定,即 I1= I2,可简述为“副制约原”. n1

            (3)负载制约 ①变压器副线圈中的功率 P2 由用户负载决定,P2=P 负 1+P 负 2+? ②变压器副线圈中的电流 I2 由用户负载及电压 U2 确定,I2 P2 = ; U2 ③总功率 P 总=P 线+P2.

            【例 3】 有两个输出电压相同的交变电源, 第一个电源外接 电阻为 R1;第二个电源外接一个理想变压器,变压器原线圈的匝 数为 n1,副线圈的匝数为 n2,变压器的负载为一个阻值为 R2 的 电阻.今测得两个电源的输出功率相等,则两电阻的大小之比 R1∶R2 为( ) 2 A.n1∶n2 B.n2 1∶n2 2 C.n2∶n1 D.n2 2∶n1

            解析:两电源的输出电压和输出功率都相等,说明两电源的 电流都相等,对于连接变压器的电源,其电流 I1 与副线圈的电流 I2 关系为: I1 n2 U2 n2U2 n2 n2 2U1 = ,I = ,I = ,U2= U1,I1= 2 ① I2 n1 2 R2 1 n1R2 n1 n1R2 U 直接接电阻 R1 的电源的电流为 I= ,I=I1,U=U1, R1 2 将它们代入①式后可得:R1∶R2=n2 1∶n2, 所以本题的正确选项为 B. 答案:B


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