第1节交变电流

1、第1节交变电流一、交变电流1交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流。2直流：方向不随时间变化的电流。3交变电流的产生(1)产生方法闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。(2)过程分析，如图所示。(3)中性面：线圈平面与磁场垂直的位置。【重点提示】中性面、中性面的垂直位置的特性比较二、交变电流的变化规律1瞬时值表达式：电动势eEmsint，电压uUmsint，电流iImsint。2峰值：表达式中的Em、Um、Im分别为电动势、电压和电流可能达到的最大数值，叫做峰值。3正弦式电流：按正弦规律变化的交变电流。【知识拓展】计算峰值与瞬时值应注意的问题(1)交流电动势的峰值EmnBS，由

2、线圈匝数n、磁感应强度B、转动角速度和线圈面积S决定，与线圈的形状及转动轴的位置无关。(2)理解交变电流的瞬时值，要处理好两个关系：一是数、形、位的关系(即函数、图象、线圈位置三者之间的关系)；二是数、理关系(数学表达式、物理意义两者之间的关系)。第2节描述交变电流的物理量一、周期和频率1周期交变电流完成一次周期性变化所需的时间，用T表示，单位是秒。2频率交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，用f表示，单位是赫兹，符号Hz。3二者关系：T或f。二、峰值和有效值1峰值(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。(2)应用：电容器所能承受的电压为交流电压的峰值。2有效值 (1)定义：让交

3、变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻，在交变电流的一个周期内，它们产生的热量相等，这个恒定电流的电流、电压，叫做这个交变电流的电流、电压的有效值。(2)应用交流用电设备上所标的额定电压和额定电流。交流电压表测量的数值。无特别说明时提到的交变电流的数值。【知识拓展】(1)有效值的理解 交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，与电流的方向无关。“等效”理解：相同电阻、相同时间，产生相同热量。交变电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多大。(2)有效值的计算方法分段计算交变电流在一个周期内产生的热量Q。让直流电流(实际上是恒定电流)通过相同的电阻，在交变电流一个周期内产生的热量等于Q。如QI

4、2RT或QT，相对应的I、U即为交变电流、电压的有效值。3关系：对于正弦式交变电流，有效值I、U与峰值Im、Um之间的关系：I，U。【知识拓展】交变电流的四值对比 三、相位1相位与初相位：如图所示，甲、乙两交流电的表达式分别为u甲Umsint；u乙Umsin(t)；其中“t”叫做交变电流的相位，是t0时的相位，叫做交变电流的初相位。2相位差：两支交流的相位之差叫做它们的相位差。第3节电感和电容对交变电流的影响一、电感器对交变电流的阻碍作用1实验探究2感抗(1)物理意义：表示电感器对交变电流阻碍作用的大小的物理量。(2)影响因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大。(3)应用：扼流圈低

5、频扼流圈：可以用来“通直流，阻交流”。高频扼流圈：可以用来“通直流，通低频，阻高频”。【知识拓展】电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流的变化，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用。因此，感抗的产生是由线圈的自感现象引起的。直流电通过线圈时，电流的大小、方向都不变，线圈中不产生自感电动势，也就没有感抗。【应用技巧】含电感器交流电路的动态分析方法(1)分析电路中各元件的串、并联关系。(2)明确交流电源频率的变化情况。(3)根据电感器中线圈匝数、形状、横截面积、长短和是否插入铁芯，判断自感系数的情况。(4)判

6、断感抗的变化情况。(5)确定含电感器支路电流、电压的变化情况。二、电容器对交变电流的阻碍作用1交变电流能通过电容器(1)实验电路(如图)(2)实验目的：了解并验证电容器对交变电流的阻碍作用。(3)实验方法：把白炽灯和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况。把电容器从电路中取下来，将灯泡直接与交流电源相连，再观察灯泡的发光情况。(4)实验现象接到直流电源上的灯泡不亮，接到交流电源上的灯泡亮。把电容器从电路中取下来，将灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接有电容器时亮。(5)实验结论交变电流能够“通过”电容器，直流不能通过电容器。电容器对交变电流有阻碍作用。

7、2电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容器对交流阻碍作用的大小。(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越大，交流电的频率越高，容抗越小。(3)电容器特点：“通交流、隔直流；通高频、阻低频”。【应用技巧】(1)交变电流是怎样通过电容器的电容器两极板之间是相互绝缘的，不论是恒定电流还是交变电流，自由电荷都不能通过两极板之间的绝缘体(电介质)，通常所说的交变电流“通过”电容器，并不是自由电荷穿过了电容器，而是在交流电压作用下，当电压升高时电容器充电，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，如图甲所示；当电压降低时，电容器放电，电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，如图乙所示。由于电容器反复

8、不断地充电、放电，使电路中有持续的交变电流。(2)对容抗及“阻碍”作用的理解对容抗的理解：容抗是表示电容器对交变电流阻碍作用大小的物理量。容抗的大小与电容器的电容、交变电流的频率有关，可用XC来表示，单位是欧姆。此公式虽然不要求掌握，但可以用来定性地分析问题，当交变电流的频率增加时，容抗减小。电容器对交变电流的阻碍作用：对导线中形成电流的自由电荷来说，当电源的电压推动它们向某一方向做定向移动的时候，电容器两极板上积累的电荷却反抗它们向这个方向做定向移动，这就产生了对交变电流的阻碍作用。“阻碍”作用可概括为：“隔直流、通交流”，“通高频、阻低频”。(3)电阻、感抗、容抗的区别电阻感抗容抗产生的原

9、因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中的特点对直流、交流均有阻碍作用对交流有阻碍作用对直流的阻碍作用无限大，对交流的阻碍作用随频率的降低而增大决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定，还与温度有关由线圈本身的自感系数和交流的频率f决定由电容的大小和交流的频率f决定电能的转化与做功电流通过电阻做功，电能转化为内能电能和磁场能往复转化电能与电场能往复转化第4节变压器一、理想变压器1变压器的工作原理原线圈上加交变电压时铁芯中产生交变磁场，即在副线圈中产生交变磁通量，从而在副线圈中产生交变电动势

10、；当副线圈接负载时，副线圈相当于交流电源向负载供电。从能量转化角度看，变压器是把电能转化为磁场能，再将磁场能转化为电能的装置，一般地说，经过转化后电压、电流均发生了变化。2理想变压器的特点(1)变压器铁芯内无漏磁。(2)原、副线圈不计内阻，即不产生焦耳热。3电动势关系由于互感现象，且没有漏磁，原、副线圈中每一匝线圈都具有相同的，根据法拉第电磁感应定律有E1n1，E2n2，所以。4电压关系由于不计原、副线圈的电阻，因此原线圈两端的电压U1E1，副线圈两端的电压U2E2，所以。当有多个副线圈时，则有5功率关系对于理想变压器，不考虑能量损失，P入P出。6电流关系由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U

11、1I2U2，得.当有多个副线圈时，I1U1I2U2I3U3得I1n1I2n2I3n3【知识拓展】关于变压器关系式的两点说明(1)对于公式，无论副线圈一端是空载还是有负载，都是适用的。(2)由知，对于只有一个副线圈的变压器，电流与匝数成反比。因此，变压器高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制，低压线圈匝数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制。二、变压器工作时的制约关系及动态分析1电压制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2n2U1/n1。2电流制约当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈

12、中的输出电流I2决定，即I1n2I2/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，P2P负1P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，I2P2/U2。(3)总功率P入P线P2，即变压器的输入功率是由输出功率决定的。4频率关系原、副线圈中电流的频率相同。5对理想变压器进行动态分析的两种常见情况(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是RI2P2P1I1。(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1。【应用技巧】理想变压器动态问题的处理方法(1)首先

13、抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2；输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1。(2)把副线圈当成电源，研究副线圈电路电阻变化。(3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化、功率的变化。三、几种常见的变压器1自耦变压器如图所示，铁芯上只绕一个线圈，低压线圈是高压线圈的一部分，既可以作为升压变压器使用，也可以作为降压变压器使用。规律：，。2电压互感器(1)构造：小型降压变压器，如图甲所示。(2)接法：原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表。为了安全，外壳和副线圈应接地。(3)作用：将高电压变为低电压，通过测量低电压，计算出高压电路的电压。3电流互感器(1)构造：

14、小型升压变压器，如图乙所示。(2)接法：原线圈串联在被测电路中，副线圈接电流表。为了安全，外壳和副线圈应接地。(3)作用：将大电流变成小电流，通过测量小电流，计算出被测电路中的大电流。第5节电能的输送一、输送电能的基本要求和降低输电损耗的两个途径1输送电能的基本要求(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，少有故障。(2)保质：保证电能的质量电压和频率稳定。(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。2降低输电损耗的两个途径(1)输电线上的功率损失PI2r，I为输电电流，r为输电线的电阻。(2)降低输电损耗的两个途径【应用技巧】(1)远距离输电电路图，如图所示。(2)分析方法：分析三个回路，在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源。(3)远距离输电过程中的几个电压输送电压：输电线始端电压，如图中的U2。用户电压：最终用户得到的电压，如图中的U4。损失电压：a大小：等于输电导线始端电压与末端电压的差值，即UU2U3I2r。b形成原因：输电导线有电阻，有电流通过时，会在线路上产生电势降落，导致输电线路末端的电压低于始端的电压。(4)输电过程中的几个关系功率关系：P1P2，P2PP3，P3P4。电压、电流关系：，U2UU3，I2I3