龙山：交变电流

1、1陆丰市龙山中学陆丰市龙山中学2009.12L2一、交变电流的产生和描述一、交变电流的产生和描述一、交变电流一、交变电流1、交变电流：、交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流电。大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流电。2、正弦交流电、正弦交流电随时间按正弦规律变化的电流，其图象为正弦或余弦曲线。随时间按正弦规律变化的电流，其图象为正弦或余弦曲线。二、交变电流的产生二、交变电流的产生1 1、产生：、产生：闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴线做匀角速转动时，闭合线圈中就有交流电产生。匀角速转动时，闭合线圈中就有交

2、流电产生。 L1L2线圈平面与磁线圈平面与磁感线垂直位置感线垂直位置开始计时开始计时e=Emsinti=Imsintu=UmsintEm=NBS32、中性面：、中性面： 与磁场方向垂直的平面与磁场方向垂直的平面特点：特点：线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，感应电动势为零；通量的变化率为零，感应电动势为零； 线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向线圈平面每次转过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里改变一次，线圈转动一周两次通过中性面，故一周里线圈中电流方向改变两次线圈中电流方向改变

3、两次 3 3、正弦交流电的图象、正弦交流电的图象 从中性面开始计时，交流电路中电动势、电流、路端电压从中性面开始计时，交流电路中电动势、电流、路端电压随时间变化如图：随时间变化如图：4三、描述交变电流的物理量三、描述交变电流的物理量1、瞬时值、瞬时值反映不同时刻交流电的大小和方向反映不同时刻交流电的大小和方向 表达式表达式e=Emsint i=Imsint u=Umsint 我国生活中用的市电电压为我国生活中用的市电电压为220V，其最大值为，其最大值为频率为频率为50Hz，电压的瞬时表达式：，电压的瞬时表达式：u=311sin314t（V） VV31122202 2、最大值、最大值也叫峰值，

4、它是瞬时值的最大者，它反映的是交也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围流电大小的变化范围 当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em=NBS。 53、平均值、平均值 平均值计算得到的为电动势的用感tnE不能用算术平均法即：不能用算术平均法即：E=（E1+E2）/2来计算来计算在计算感应电量时必须要用平均值在计算感应电量时必须要用平均值平均值不等于有效值平均值不等于有效值如图所示，求线圈由图示位置转过如图所示，求线圈由图示位置转过60角的角的过程中，通过线圈某一横截面的电量过程中，通过线圈某一横截面的电量 4、有效值、有效值 有

5、效值是根据电流的热效应规定的有效值是根据电流的热效应规定的 让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。 正弦交流电的有效值跟正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：最大值之间的关系是： 2mEE 2mUU 2mII 通常所说的交流电压、电流值通常所说的交流电压、电流值，交流电表的测量值交流电表的测量值，用电器用电器铭牌上所标数值铭牌上所标数值，计算交流电通过导体产生的热量计算交流电通过导体产生的热量、发热功发热功率率、

6、保险丝的熔断电流保险丝的熔断电流等，都指的是等，都指的是有效值有效值。 6通过某电阻通过某电阻的周期性交变的周期性交变电流的图象如电流的图象如右。求该交流右。求该交流电的有效值电的有效值I7四、感抗和容抗四、感抗和容抗1.感抗表示电感对交变电流的阻碍作用感抗表示电感对交变电流的阻碍作用 。fLXL2特点：特点： “通直流，阻交流通直流，阻交流”、“通低频，阻高频通低频，阻高频” 2容抗表示电容对交变电流的阻碍作用容抗表示电容对交变电流的阻碍作用 。fCXC21特点特点 ：“通交流，隔直流通交流，隔直流”、“通高频，阻低频通高频，阻低频” 8二、变压器、远距离输电二、变压器、远距离输电一、理想变

7、压器一、理想变压器 1理想变压器的构造、作用、原理及特征理想变压器的构造、作用、原理及特征 构造：构造：两组线圈两组线圈( (原、副线圈原、副线圈) )绕在同一个闭合铁芯上构成变压器绕在同一个闭合铁芯上构成变压器 作用：作用：在输送电能的过程中改变电压在输送电能的过程中改变电压 原理：原理：利用了电磁感应现象利用了电磁感应现象 特征：特征：变压器只能改变交变电压变压器只能改变交变电压 2理想变压器的理想化条件及其规律理想变压器的理想化条件及其规律 原线圈两端加交变电压原线圈两端加交变电压U1 电磁感应电磁感应 tnE111tnE222忽略原、副忽略原、副 线圈内阻线圈内阻 (铜损铜损)忽略铁芯

8、忽略铁芯中的漏磁中的漏磁 (铁损铁损)U1E1 ，U2E2 2121nnUU9对理想变压器有：对理想变压器有：P入入=P出出即：只有一只副线圈时即：只有一只副线圈时 I1U1=I2U21221nnII存在多只副线圈时存在多只副线圈时 I1U1=I2U2+I3U3+n1I1=n2I2+n3I3+注意：注意：变压器的输出电压由输入电压决定；变压器的输出电压由输入电压决定；变压器的输入功率由输出功率决定；变压器的输入功率由输出功率决定； 副线圈中所接电阻常称为负载电阻，副线圈中所接电阻常称为负载电阻，“负载负载”则为电则为电阻消耗的功率。阻消耗的功率。10 理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别

9、为理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n n1 1=1760=1760匝、匝、n n2 2=288=288匝、匝、n n3 3=8000=8000匝，电源电压为匝，电源电压为U U1 1=220V=220V。n n2 2上连接的灯泡的上连接的灯泡的实际功率为实际功率为36W36W，测得初级线圈的电流为，测得初级线圈的电流为I I1 1=0.3A=0.3A，求通过，求通过n n3 3的负的负载载R R的电流的电流I I3 3 在变电站里，经常要用交流电表去监在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正

10、确互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是反应其工作原理的是 113 3解决变压器问题的常用方法解决变压器问题的常用方法 变压器原、副线圈的电压之比为变压器原、副线圈的电压之比为U U1 1/U/U2 2=n=n1 1/n/n2 2；当变压器有多个副绕组时当变压器有多个副绕组时U U1 1/n/n1 1=U=U2 2/n/n2 2=U=U3 3/n/n3 3= = 思路思路1 1：电压思路：电压思路思路思路2 2：功率思路：功率思路 理想变压器的输入、输出功率为理想变压器的输入、输出功率为P P入入= =P P出出，即即P P1 1=P=P2 2；当变压器有多个副绕组时；当变压器有

11、多个副绕组时P P1 1=P=P2 2+P+P3 3+ + 思路思路3 3：电流思路：电流思路 由由I=P/UI=P/U知，对只有一个副绕组的变压器有知，对只有一个副绕组的变压器有I I1 1/I/I2 2=n=n2 2/n/n1 1；当变压器有多个副绕组时；当变压器有多个副绕组时n n1 1I I1 1=n=n2 2I I2 2+n+n3 3I I3 3+ + 12思路思路4 4 ：（变压器动态问题）制约思路：（变压器动态问题）制约思路 电压制约：电压制约： 当变压器原、副线圈的匝数比（当变压器原、副线圈的匝数比（n n1 1/n/n2 2）一定）一定时，输出电压时，输出电压U U2 2由输

12、入电压决定，即由输入电压决定，即U U2 2=n=n2 2U U1 1/n/n1 1，可简述为，可简述为“原制约副原制约副” ” 电流制约：电流制约： 当变压器原、副线圈的匝数比（当变压器原、副线圈的匝数比（n n1 1/n/n2 2）一定，）一定，且输入电压且输入电压U U1 1确定时，原线圈中的电流确定时，原线圈中的电流I I1 1由副由副线圈中的输出电流线圈中的输出电流I I2 2决定，即决定，即I I1 1=n=n2 2I I2 2/n/n1 1，可，可简述为简述为“副制约原副制约原” ” 负载制约：负载制约： 变压器副线圈中的功率变压器副线圈中的功率P P2 2由用户负载决由用户负载

13、决定，定，P P2 2=P=P负负1 1+ +P P负负2 2+ +； 变压器副线圈中的电流变压器副线圈中的电流I I2 2由用户负载及电由用户负载及电压压U U2 2确定，确定，I I2 2=P=P2 2/U/U2 2； 总功率总功率P P总总= =P P线线+ +P P2 2 13动态分析问题的思路程序：动态分析问题的思路程序： 思路思路5 5：原理思路：原理思路 变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中/t/t相等；当遇到相等；当遇到“ ”“ ”型变压型变压器时有器时有1 1/t=/t=2 2/t+/t+3 3/t /t 如图，为一理想变压器，如图，为一理

14、想变压器，K K为单刀双掷开关，为单刀双掷开关，P P为为滑动变阻器的滑动触头，滑动变阻器的滑动触头，U U1 1为加在原线圈两端的电压，为加在原线圈两端的电压，I I1 1为原线圈中的电流强度，则为原线圈中的电流强度，则 A A保持保持U U1 1及及P P的位置不变，的位置不变，K K由由a a合到合到b b时，时，I I1 1将增大将增大 B B保持保持U U1 1及及P P的位置不变，的位置不变，K K由由b b合到合到a a时，时，R R消耗的功消耗的功率减小率减小 C C保持保持U U1 1不变，不变，K K合在合在a a处，使处，使P P上滑，上滑，I I1 1将增大将增大 D

15、D保持保持P P的位置不变，的位置不变，K K合在合在a a处，若处，若U U1 1增大，增大，I I1 1将增大将增大 14如图所示，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压如图所示，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈1 1、2 2的匝数比为的匝数比为N N1 1N N2 2=21=21，在不接负载的情况下（，在不接负载的情况下（ ） A A当线圈当线圈1

16、1输入电压输入电压220 V220 V时，线圈时，线圈2 2输出电压为输出电压为110 V 110 V B B当线圈当线圈1 1输入电压输入电压220 V220 V时，线圈时，线圈2 2输出电压为输出电压为55 V 55 V C C当线圈当线圈2 2输入电压输入电压110 V110 V时，线圈时，线圈1 1输出电压为输出电压为220 V 220 V D D当线圈当线圈2 2输入电压输入电压110 V110 V时，线圈时，线圈1 1输出电压为输出电压为110 110 V V 15二、远距离输电二、远距离输电 发电机输出功率为发电机输出功率为100 kW100 kW，输出电压是，输出电压是250

17、V250 V，用户需要的电，用户需要的电压是压是220 V220 V，输电线电阻为，输电线电阻为10 .10 .若输电线中因发热而损失的功若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的率为输送功率的4%4%，试求：，试求：在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比；在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比；画出此输电线路的示意图画出此输电线路的示意图 用户得到的电功率是多少？用户得到的电功率是多少？ 16三、电磁场、电磁波三、电磁场、电磁波一、麦克斯韦的电磁场理论一、麦克斯韦的电磁场理论 变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场 1 1、变化变化的磁

18、场（的磁场（电场电场）能够在周围空间产生电场（）能够在周围空间产生电场（磁场磁场） 2 2、均匀变化均匀变化的磁场（的磁场（电场电场）能够在周围空间产生）能够在周围空间产生稳定稳定的电场的电场（磁场磁场） 3 3、振荡振荡的磁场（的磁场（电场电场）能够在周围空间产生）能够在周围空间产生同频率的振荡同频率的振荡电场电场（磁场磁场） 二、电磁场二、电磁场变化的电场和磁场相互联系，所形成的一个不可分离的统一场变化的电场和磁场相互联系，所形成的一个不可分离的统一场1、电磁场不是电场与磁场的简单相加、电磁场不是电场与磁场的简单相加2 2、在电磁场示意图中，电场在电磁场示意图中，电场E E矢量和磁场矢量和

19、磁场B B矢量，在空间相互激矢量，在空间相互激发时，相互垂直发时，相互垂直 17三、电磁波三、电磁波变化的电场和磁场从产生区域由近变化的电场和磁场从产生区域由近及远向周围空间传播，形成电磁波及远向周围空间传播，形成电磁波 1 1、有效地发射电磁波的条件、有效地发射电磁波的条件 频率足够高（单位时间内辐射出的能量频率足够高（单位时间内辐射出的能量PfPf4 4） 形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去）形成开放电路（把电场和磁场分散到尽可能大的空间里去） 2 2、电磁波的特点、电磁波的特点 电磁波是横波，场强电磁波是横波，场强E E和磁感应强度和磁感应强度B B均与传播方向垂直且随均

20、与传播方向垂直且随时间变化时间变化 电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。在真空中电磁波的传播不需要介质，在真空中也能传播。在真空中的波速为的波速为c=3.0c=3.010108 8m/sm/s。 电磁波的周期与频率：电磁波的周期与频率：LCT2LCf21波速和波长、频率的关系：波速和波长、频率的关系：c cf f 麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在麦克斯韦根据他提出的电磁场理论预言了电磁波的存在以及在真空中波速等于光速真空中波速等于光速c c，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在，后由赫兹用实验证实了电磁波的存在 183 3、电磁波和机械波有本质的不同、电磁波和机械波有本

21、质的不同 四、无线电波的发射和接收四、无线电波的发射和接收 1 1、无线电波的发射：、无线电波的发射：如图所示如图所示 调制：使电磁波随各种信号而改变调制：使电磁波随各种信号而改变 调幅和调频调幅和调频 2 2、无线电波的接收、无线电波的接收 电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相电谐振：当接收电路的固有频率跟接收到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做电谐振 检波：从接收到的高频振荡中检波：从接收到的高频振荡中“检检”出所携带的信号。出所携带的信号。 调谐：使接收电路产生电谐振的过程。调谐电路如图所

22、示。调谐：使接收电路产生电谐振的过程。调谐电路如图所示。通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率通过改变电容器电容来改变调谐电路的频率 五、电磁波的应用五、电磁波的应用 广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用广播、电视、雷达、无线通信等都是电磁波的具体应用 19右图中，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小右图中，内壁光滑、水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电的小球，正以速率于环口径的带正电的小球，正以速率v v0 0沿逆时针方向匀速转动。沿逆时针方向匀速转动。若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度若在此空间突然加上竖直向上、磁感应强度B B随时间成正比例增随时间成正比例增加的变化磁场，设小球运动过程中的电量不变，那么（加的变化磁场，设小球运动过程中的电量不变，那么（ ） A A小球对玻璃环的压力不断增大小球对玻璃环的压力不断增大 B B小球受到的磁场力不断增大小球受到的磁场力不断增大C C小球先沿逆时针方向做减速运动，小球先沿逆时针方向做减速运动，过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动过一段时间后，沿顺时针方向做加速运动D D磁场力一直对小球不做功磁场力一直对小球不做功 2 2下列关于电磁波的叙述中，正确的是（下列关于电磁波的叙述中，正确的是（