1、第一模块：交变电流的产生、描述夯实基础知识1、交变电流的几个基本问题（1）交变电流的意义交变电流：大小和方向都随时间作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。正弦式电流；随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国市用的交变电流都是正弦式电流。（2）产生交变电流的基本原理交变电流的产生，一般都是借助于电磁感应现象得以实现的。因此，可以说，产生交变电流的基本原理，就是电磁感应现象中所遵循的规律法拉第电磁感应定律。（3）产生交变电流的基本方式简单的一种基本方式使线圈在匀强磁场中相对做匀速转动而切割磁感线来产生交变电流。这几乎是所有交流发电机的基本模型。（4）正弦式电
2、流的产生产生方法：如图所示，将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦式电流。中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。（3）交变电流的规律（以交变电动势为例）函数形式：N匝面积为S的线圈以角速率转动，从某次经过中性面开始计时，则e=NBSsint，用Em表示峰值NBS，则e=Emsint，电流。图象表示如图所示二、表征交变电流的物理量1、周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量。周期T：交变电流完成一次周期性变化所需的时间，单位是
3、秒（S），周期越大，交变电流变化越慢，在一个周期内，交变电流的方向变化2次。频率f:交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹，符号为Hz，频率越大，交变电流变化越快。关系：2、瞬时值、最大值、有效值和平均值（1）感应电动势瞬时值表达式：若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：（伏）。感应电流瞬时值表达式：（安）若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：（伏）。感应电流瞬时值表达式：（安）在计算通电导体或线圈所受的安培力时，应用瞬时值。（2）交变电流的最大值（以交变电动势为例）。交变电动势最大值：当线圈转到穿过线圈的磁通量为0的位置时，取得此值。应强调指出的是，与线
4、形状无关，与转轴位置无关，其表达式为。在考虑交流电路中电容器耐压值时，应采用最大值。（3）交变电流的有效值有效值是根据电流的热效应来规定的，在周期的整数倍时间内（一般交变电流周期较短，如市电周期仅为0，02s，因而对于我们所考察的较长时间来说，基本上均可视为周期的整数倍），如果交变电流与某恒定电流流过相同电阻时其热效应相同，则将该恒定电流的数值叫做该交变电流的有效值。注意：这是在三个相同下的等效。正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为：。上述关系式只适用于线圈在匀强磁场中相对做匀速转动时产生的正弦交变电流，对于用其他方式产生的其他交变电流，其有效值与最大值间的关系一般与此不同，其它形式的交流电
5、按热效应相同进行计算，利用分阶段计算效变电流一个周期内在某电阻上产生的热量，然后令其与直流电在相同时间内在同一电阻上产生的热量相等，此时直流电的值为交变电流的有效值。这是根据有效值的定义作具体分析。一般交变电流表直接测出的是交变电流的有效值，一般用电器铭牌上直接标出的是交变电流的有效值，一般不作任何说明而指出的交变电流的数值都是指有效值。题型解析类型题： 交流电图象问题的分析方法 【例题】一矩形线圈，绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是：（ ）A、t1时刻通过线圈的磁通量为零；B、t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C、t
6、3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D、每当e改变方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大【例题】处在匀强磁场中的矩形线圈abcd,以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向平行于纸面并与ab垂直，在t=0时刻,线圈平面与纸面重合(如图),线圈的cd边离开纸面向外运动，若规定abcda方向的感应电流为正,则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是( )【例题】如图演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度0.5T,线圈匝数N=50匝,每匝线圈面积为0.48m,转速为150r/min。在匀速转动过程中,从图示位置线圈转过90开始计时。写出交流感应电动势瞬时值的表达式。画出e-t图线。类型题：
7、关于交变电流几个值的应用 1、交变电流的瞬时值【例题】有一正弦交流电源，电压有效值U=120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0=60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？（人的视觉暂留时间约1/16s）2、交变电流的最大值【例题】把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？解析：不低于200V，不少学生往把电容器与灯泡类比，额定电压220 V的灯泡接在220 V的交流电源上正常发光，从而错误的认为电容器的耐压值也只要不低于220V即可，事实上，电容器接在交流电路中一直不
8、断地进行充、放电过程，电容器两极间电压最大可达200V，故电容器C的耐压值应不低于200V，3、交变电流的有效值交变电流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。【例题】如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图象，此交变电流的有效值：( ) A5A B5A C3.5A D3.5A【例题】两个完全相同的电热器分别通以图中（a）和(b)所示的电流最大值相等的正弦交变电流和方波交变电流，则这两个电热器的热功率之比P甲：P乙=_。【例题】左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装
9、置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 A110V B156V C220V D311VPu V12345ot/10-2su/V311【例题】交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求：通过R的电荷量q为多少？ R上产生电热QR为多少？ 外力做的功W为多少？4、交变电流的平均值交变电流的平均值是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律来求，特殊地，当线圈从中性面转过90度的过程中
10、，有(根据前面的能证明出来)，计算平均值切忌用算术平均法即求解。平均值不等于有效值。【例题】如图所示，线圈的电阻为R，求线圈由图示位置转过60角的过程中，通过线圈某一横截面的电量，第二模块：变压器夯实基础知识1、是根据电磁感应的原理来改变交流电的电压,变压器工作的基础为互感现象，2、理想变压器的构造、作用、原理及特征。构造：两组线圈（原、副线圈）绕在同一个闭合铁心上构成所谓的变压器。作用：在输送电能的过程中改变电压。原理：其工作原理是利用了电磁感应现象。特征：正因为是利用电磁感应现象来工作的，所以变压器只能在输送交变电流的电能过程中改变交流电压。3、理想变压器的理想化条件理想变压器的理想化条件
11、一般指的是：忽略原、副线圈内阻上的分压，忽略原、副线圈磁通量的差别，忽略变压器自身的能量损耗（实际上还忽略了变压器原、副线圈电路的功率因素的差别）。理想变压器的规律实质上就是法拉第电磁感应定律和能的转化与守恒定律在上述理想化条件下的新的表现形式。4、理想变压器的基本关系式:变压比:，电流关系: ，若干副线圈时:,;或5、各物理量的关系原线圈电压U1由提供原线圈电压的电源决定，输入电压决定输出电压，即随着的变化而变化，因为，所以只要不变化，不论负载如何变化，不变。输出电流决定输入电流。在输入电压不变的情况下，不变。若负载电阻R增大，则由公式得：输出电流减小，由 = 知输入电流亦随着减小；反之，若
12、负载电阻R减小，则输出电流增大，输入电流亦随着增大。输出功率决定输入功率，理想变压器的输入功率和输出功率相等，即= 。在输入电压不变的情况下，不变。当用电负荷增加，输出功率增大，输入功率也随着增大；反之，当用电负荷减小，则输出功率减小，输入功率也随着减小。a，变压器空载时,无电流、无功率输出,所以输入功率也为零，b，当副线圈短路时,I2无限大,I1也无限大将烧坏变压器，6、变压器有二个副线圈的情况电压与匝数间关系： 电流与匝数间关系：功率关系：题型解析类型题： 常规类(一原一副,“”型铁芯) 【例题】如图所示,理想变压器原副线圈匝数比为n1:n2=4:1,原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负
13、载电阻B的阻值相等，a、b端加一定交变电压后,两电阻的电功率之比PA:PB=_,两电阻两端电压之比UA:UB=_，1:16 1:4类型题： 变压器动态问题 【例题】如图,为一理想变压器,K为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流强度,则:A，保持U1及P的位置不变,K由a合到b时,I1将增大B，保持U1及P的位置不变,K由b合到a时,R消耗的功率减小C，保持U1不变,K合在a处,使P上滑,I1将增大D，保持P的位置不变,K合在a处,若U1增大,I1将增大类型题： 多个副线圈问题 【例题】一台理想变压器原线圈匝数n1=1100匝,两个副线圈的匝数
14、分别是n2=60匝,n3=600匝,若通过两副线圈中的电流强度分别是I2=1A,I3=4A,求原线圈中的电流强度，2.24A类型题： “”型铁芯问题 【例题】如图所示为某变压器对称铁芯的示意图，已知此时原线圈端输入交流电压,原线圈匝数n1=22匝,副线圈匝数n2=6匝，则副线圈cd端输出的电压的有效值为(提示：根据铁芯磁通路的对称性可知,任何时刻原线圈中磁通量的变化率都是副线圈中的2倍) （ ）A，15V B，30V C，60V D，120V类型题： 变压器“变比”功能的延伸 变压器的实质是根据电磁感应现象中的互感原理来改变交流电压和电流的。只要原线圈中的磁通量发生变化，副线圈中就能够产生感应
15、电动势，因此变压器虽然不能改变恒定的直流电，但可以改变大小变化的脉动直流电。【例题】一个脉动电流，它的电流强度随时间的变化图象如图1所示，它是正弦交流电流的正向部分。现让它通过如图2所示的一台理想变压器的原线圈，已知理想变压器原、副线圈的匝数之比。副线圈上接有阻值为的定值电阻R0，求：该电阻的电功率。0.72W第三模块：远距离输电夯实基础知识(1)关键:减少电功率损失和电压损失功率损失：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能转化为热能。出现功率损失。电压损失：远距离输送电能，线路中电阻R上消耗部分电压。(2)方法:a，减小输电导线的电阻,如采用电阻率小的材料;加大导线的横截面积，b，提
16、高输电电压,减小输电电流，(3)交流电远距离高压输电电路模式如图所示， (4)远距离高压输电的几个基本关系:功率关系:,电流、电压关系: 输电电流: 输电导线上损耗的电功率:题型解析【例题】有条河流，流量Q=2 m3/s，落差h=5m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240V，输电线总电阻R=30，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需求，则该输电线路所使用的理想电压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V、100W”的电灯正常发光、235:11 470第四模块：电感和电容对交变电流的作用夯实基础知识(1)电感对交变电流的阻碍作用电感对直流的阻碍作用很小，所以是
17、“通直流”，而对交流都有阻碍作用，所以“阻交流”；而交流频率越高，电感阻碍作用越大，而对低频阻碍作用较小，所以“通低频，阻高频”，电感对交变电流的阻碍作用的大小，用感抗XL表示，XL=2fL（为线圈的的自感系数）。电感对交变电流有阻碍作用的原因：当线圈中电流发生变化时，在线圈中产生自感电动势，自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化。扼流圈有两种：一种叫做低频扼流圈，线圈的自感系数很大，作用是“通直流，阻交流”；另一种叫高频扼流圈，线圈的自感系数很小，作用是“通低频，阻高频”。电容器对交变电流的作用电容对直流来说是断路，而交流可以通过对电容充放电，使电路中有电流，故表现为交流“通过”了电容器，故有“通交流，隔直流”，电容器对交流的阻碍作用与交流的频率有关，频率越高，容抗越小，越易“通过”电容器，而对低频容抗较大，故有“通高频，阻低频”交变电流能够通过电容器，电容器交替进行充电和放电，电路中有了电流，表现为交流电通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘电介质。电容对交变电流阻碍作用的大小，用容抗X表示，电容器在电路中表现为“通交流，阻直流；通高频，阻低频”。
