1、高中物理交流电归纳知识要点:1、 交流电交 流 电 的 产 生 和 变 化 规 律 公 式图 象表 征 交 流 电 的 物 理 量 最 大 值 、 瞬 时 值 、 有 效 值 ;周 期 、 频 率交 流 电 能 的 传 输 变 压 器 远 距 离 送 电2、基本要求:(1)理解正弦交流电的产生及变化规律矩形线圈在匀强磁场中,从中性面开始旋转,在已知 B、L、 情况下,会写出正弦交流电的函数表达式并画出它的图象。函数表达式与图象相互转换。(2)识记交流电的物理量,最大值、瞬时值、有效值;周期、频率、角频率;(3)理解变压器的工作原理及初级,次级线圈电压,电流匝数的关系。理解远距离输电的特点。(4
2、)了解三相交流电的产生。一、交流电的产生及变化规律:1、产生:强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。矩形线圈在匀强磁场中,绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时,如图 51 所示,产生正弦(或余弦)交流电动势。当外电路闭合时形成正弦(或余弦)交流电流。图 512、变化规律:(1)中性面:与磁力线垂直的平面叫中性面。线圈平面位于中性面位置时,如图 52(A)所示,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量变化率为零。因此,感应电动势为零 。图 52当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时(即线圈平面与磁力线平行时)如图 52(C)所示,穿过线圈的磁通量虽然为零,但线圈平面内磁通量变化率最大。因此,
3、感应电动势值最大。(伏)mNBlvS2(N 为匝数)(2)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)如图etmsin52(B )所示。感应电流瞬时值表达式: (安)iItmsin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)如图 52(D)所示。etmcos感应电流瞬时值表达式: (安)iItmcos3、交流电的图象:图象如图 53 所示。etmsin图象如图 54 所示。co想一想:横坐标用 t 如何画。4、发电机:发电机的基本组成:线圈(电枢)、磁极种类旋 转 电 枢 式 发 电 机 转 子 电 枢定 子 磁 极旋 转 磁 极 式 发
4、电 机 转 子 磁 极定 子 电 枢旋转磁极式发电机能产生高电压和较大电流。输出功率可达几十万千瓦,所以大多数发电机都是旋转磁极式的。二、表征交流电的物理量:1、瞬时值、最大值和有效值:交流电在任一时刻的值叫瞬时值。瞬时值中最大的值叫最大值又称峰值。交流电的有效值是根据电流的热效应规定的:让交流电和恒定直流分别通过同样阻值的电阻,如果二者热效应相等(即在相同时间内产生相等的热量)则此等效的直流电压,电流值叫做该交流电的电压,电流有效值。正弦(或余弦)交流电电动势的有效值 和最大值 的关系为:mm207.交流电压有效值 ;U.07交流电流有效值 。IIm注意:通常交流电表测出的值就是交流电的有效
5、值。用电器上标明的额定值等都是指有效值。用电器上说明的耐压值是指最大值。2、周期、频率和角频率交流电完成一次周期性变化所需的时间叫周期。以 T 表示,单位是秒。交流电在 1 秒内完成周期性变化的次数叫频率。以 f 表示,单位是赫兹。周期和频率互为倒数,即 。Tf1我国市电频率为 50 赫兹,周期为 0.02 秒。角频率 : 单位:弧度/秒2f三、三相交流电:1、三个互成 120的三个相同线圈,固定在同一转轴上,在同一匀强磁场中作匀速转动,将产生三个交变电动势,所产生的电流叫做三相交流电。由于这三个线圈是相同的,因此,它们将产生三个依次达到最大值的交变电动势。相当于三个最大值和周期都相同的独立电
6、源。2、每个独立电源称作“一相”,虽然每相的电动势的最大值和周期都相同,但是它们不能同时为零或者同时达到最大值。由于三个线圈的平面依次相差120角,它们到达零值和最大值的时间依次落后 周期。如图 55 所示。133、在实际应用中,三相发电机和负载并不用六条导线相连接,而是采用“Y”和“ ”两种接法。有兴趣的同学可以参阅必修本 P116*部分内容。四、变压器:1、变压器是可以用来改变交流电压和电流的大小的设备。理想变压器的效率为 1,即输入功率等于输出功率。对于原、副线圈各一组的变压器来说(如图 56),原、副线圈上的电压与它们的匝数成正。即 Un12因为有 ,因而通过II2原、副线圈的电流强度
7、与它们的匝数成反比。即 In12注意:对于副线圈有两组或两组以上的变压器来说,原、副线圈上的电压与它们的匝数成正比的规律仍然成立,但各副线圈的电流则应根据功率关系,去计算各线圈的电流强度,即 。P入 出UIIUI123当副线圈不接负载(外电路断开时)I 2=0, ,因此 。P出 入 ,01当副线圈所接负载增多时,由于通常负载多是并联使用,因此,总电阻减少,使 增大,输出功率增大,所以输入功率变大。I2因为 ,即 ,所以变压器中高压线圈电流小,绕P入 出UII12制的导线较细,低电压的线圈电流大,绕制的导线较粗。上述各公式中的 I、U、P 均指有效值,不能用瞬时值。2、远距离送电:由于送电的导线有电阻,远距离送电时,线路上损失电能较多。在输送的电功率和送电导线电阻一定的条件下,提高送电电压,减小送电电流强度可以达到减少线路上电能损失的目的。线路中电流强度 I 和损失电功率计算式如下: PUIR输出 损 线2注意:送电导线上损失的电功率,不能用 求,因为 不是全部PUR损 出线2出降落在导线上。