1、第29讲 交变电流、变压器,-2-,-3-,考点一,考点二,考点三,实验,交变电流及其产生和描述 核心知识整合 1.交变电流 (1)定义: 和 都随时间做周期性变化的电流。 (2)图象:如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫 交变电流,如图甲所示。,大小 方向,正弦式,-4-,考点一,考点二,考点三,实验,2.正弦式交变电流的产生和图象 (1)产生:在匀强磁场里,线圈绕 方向的轴匀速转动。 (2)图象:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图象为正弦曲线。如图甲、乙所示。,垂直于磁场,-5-,考点一,考点二,考点三,实验,一次周期性,次
2、数,-6-,考点一,考点二,考点三,实验,(2)正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时) 电动势e随时间变化的规律:e= 。其中等于线圈转动的 ,Em= 。 负载两端的电压u随时间变化的规律:u= 。 电流i随时间变化的规律:i= 。 (3)交变电流的峰值、有效值 让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等,而这个恒定电流值、电压值叫这个交流的有效值。对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系为,Emsin t,角速度,nBS,Umsin t,Imsin t,-7-,考点一,考点二,考点三,实验,关键能力提升 命题点一 交变电流的定义 【例1】
3、(2017浙江宁波北仑高二上学期期中)对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象,下列说法中正确的是( )A.电流大小变化,方向不变,是直流 B.电流大小、方向都变化,是交变电流 C.电流的周期是0.02 s,最大值是0.2 A D.电流做周期性变化,是交变电流,答案,解析,-8-,考点一,考点二,考点三,实验,方法技巧,-9-,考点一,考点二,考点三,实验,命题点二 描述交变电流的物理量 【例2】 (多选)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动,从图甲所示位置开始计时,产生的交变电流随时
4、间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是( ),-10-,考点一,考点二,考点三,实验,A.电流表的示数为10 A B.线圈转动的角速度为50 rad/s C.t=0.01 s时,线圈平面与磁场方向平行 D.t=0.02 s时,电阻R中电流的方向自右向左,答案,解析,-11-,考点一,考点二,考点三,实验,【例3】 (多选)图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下,风叶带动与杆固连的永磁铁转动,磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时,传感器显示如图乙所示,则( )A.磁铁的转速为10 r/s B.线圈两端电压的有效值为 C.交变电流的电压表达式为u=12sin 5t V D.该交变电流可以
5、直接加在击穿电压为9 V的电容器上,答案,解析,-12-,考点一,考点二,考点三,实验,【例4】 一个白炽灯泡上标“220 V 40 W”,那么为了使它正常发光,所使用的正弦交变电流应是( ) A.电压最大值为220 V,电流最大值约为0.18 A B.电压最大值为311 V,电流最大值约为0.26 A C.电压有效值为220 V,电流有效值约为0.26 A D.电压有效值为311 V,电流有效值约为0.18 A 易错警示白炽灯等用电器、保险丝铭牌上标注的额定电压为交变电流的有效值,交变电流有效值超过该值时,可能会造成用电器或保险丝的损坏;电容器铭牌上标注的是耐压值,当交变电流的峰值超过该值时
6、,可能会造成电容器损坏。,答案,解析,-13-,考点一,考点二,考点三,实验,命题点三 交变电流的产生 【例5】 (多选)如图为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在滑环L上,导体制作的两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理,下列分析正确的是( )A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大 B.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大 C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小 D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小,答案,解析,-14-,考点一,考点二,考点三
7、,实验,【例6】 (多选)如图一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图,下列说法中正确的是( )A.t1时刻线圈位于中性面 B.t2时刻通过线圈的磁通量最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D.每当e变化方向时,通过线圈的磁通量最大,答案,解析,-15-,考点一,考点二,考点三,实验,方法技巧正弦式交变电流的产生 (1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。 (2)两个特殊位置的特点:,-16-,考点一,考点二,考点三,实验,(3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改
8、变两次。 (4)交变电动势的最大值Em=nBS,与转轴位置无关,与线圈形状无关。,-17-,考点一,考点二,考点三,实验,电感和电容对交变电流的影响 核心知识整合 1.电感器对交变电流的作用 (1)电感器对恒定电流是 的,对交变电流有 作用。 (2)电感器的自感系数越大,交变电流的频率越高,电感器对交变电流的阻碍作用就 。 (3)低频扼流圈:通 、阻 ; 高频扼流圈:通 、通 、阻 。 2.电容器对交变电流的作用 (1)电容器对恒定电流是 的,对交变电流有 作用。 (2)电容器的电容越大,交变电流的频率越高,电容器对交变电流的阻碍作用就 。,导通,阻碍,越大,直流,交流,直流,低频,高频,隔绝
9、,阻碍,越小,-18-,考点一,考点二,考点三,实验,关键能力提升 命题点一 电容对交变电流的影响 【例7】 对于图所示的电路,下列说法正确的是( )A.a、b两端接稳恒直流,灯泡将不发光 B.a、b两端接交变电流,灯泡将不发光 C.a、b两端由稳恒的直流电压换成有效值相同的交变电压,灯泡亮度相同 D.a、b两端由稳恒的直流电压换成有效值相同的交变电压,灯泡亮度将会减弱,答案,解析,-19-,考点一,考点二,考点三,实验,【例8】 (多选)如图所示电路,以下结论正确的是(灯泡不烧毁)( )A.a、b若接直流电源,灯泡不发光 B.a、b无论接哪种电源,灯泡都可发光 C.a、b若接交流电源,灯泡发
10、光,只增加电源频率灯泡变亮 D.a、b若接交变电流,灯泡发光,电容器中无电荷通过,答案,解析,-20-,考点一,考点二,考点三,实验,命题点二 电感对交变电流的影响 【例9】 如图所示,将带铁芯的电感器L与灯泡A串联,再与另一个完全相同的灯泡B并联,接在以正弦交流信号发生器为电源的两端。通过调节交流信号发生器上的旋钮,可以改变输出电压和信号的频率。若闭合开关S稳定后,A、B两灯亮度相同,则下列说法中正确的是( )A.保持交流信号频率不变,适当提高输出电压,发现A灯始终比B灯亮 B.保持输出电压不变,提高交流信号频率,发现A灯变暗,B灯不变 C.保持输出电压和信号频率不变,撤去铁芯后,发现A灯比
11、原来暗 D.断开开关S,发现B灯闪亮一下,然后熄灭,答案,解析,-21-,考点一,考点二,考点三,实验,命题点三 电阻、电感、电容的区别 【例10】 (多选)如图所示,电阻R、电容C和电感L并联后,接入输出电压有效值、频率可调的交流电源。当电路中交变电流的频率为f时,通过R、C和L的电流有效值恰好相等。若将频率降低为 ,分别用I1、I2和I3表示此时通过R、C和L的电流有效值,则( )A.I1I3 B.I1I2 C.I3I2 D.I2=I3,答案,解析,-22-,考点一,考点二,考点三,实验,【例11】 (多选)某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则( )A.电
12、感L1的作用是通高频 B.电容C2的作用是通高频 C.扬声器甲用于输出高频成分 D.扬声器乙用于输出高频成分 方法技巧电感的作用可概括为“通直,阻交”“通低,阻高”。电容的作用可概括为:“隔直,通交”“阻低,通高”。,答案,解析,-23-,考点一,考点二,考点三,实验,变压器、电能的输送 核心知识整合 1.变压器 (1)变压器的构造:变压器主要是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上 组成的,如图所示。 原线圈:与 连接的线圈,也叫初级线圈。 副线圈:与负载连接的线圈,也叫次级线圈。,线圈,电源,-24-,考点一,考点二,考点三,实验,(2)变压器的原理:交变电流通过原线圈时在铁芯中激发 ,由
13、于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化,变化的磁场在副线圈中产生 ,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流。互感现象是变压器工作的基础。 (3)理想变压器:没有能量损失的变压器,即原线圈的输入功率副线圈的输出功率。 (4)基本关系式,磁场,感应电动势,等于,P入=P出,-25-,考点一,考点二,考点三,实验,2.电能的输送 (1)功率损失和电压损失 功率损失:远距离输送电能,由于输电线上电流的热效应,电能转化为热能,出现功率损失,P= 。 电压损失:远距离输送电能,线路中电阻R线上消耗部分电压, U= 。 (2)减小功率损失和电压损失的方法 减小输电导线的 ,如
14、采用电阻率小的材料,加大导线的横截面积。,I2R线,IR线,电阻,输电电流,-26-,考点一,考点二,考点三,实验,关键能力提升 命题点一 变压器 【例12】 如图所示,理想变压器的原线圈接在 的交流电源上,副线圈接有R=55 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为21,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( ),答案,解析,-27-,考点一,考点二,考点三,实验,【例13】 如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是( )A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大 B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大 C.当滑动变
15、阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大 D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大,A2示数变大 思路点拨解答变压器动态分析时应从以下三点进行分析: (1)变压器中次级线圈电流决定初级线圈电流。 (2)变压器中次级线圈功率决定初级线圈功率。 (3)变压器中初级线圈电压决定次级线圈电压。,答案,解析,-28-,考点一,考点二,考点三,实验,【例14】 (2018浙江诸暨牌头中学期中)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,用匝数na=60匝和nb=120匝的变压器,对应的电压测量数据如表所示。根据测量数据,下列说法正确的是( ),A.na一定是原线圈 B.nb一定是原线圈 C.n
16、a可能是原线圈 D.nb可能是副线圈 易错提醒注意审题,题目中未出现“理想变压器”时,意味着可能由于漏磁、焦耳热等原因,副线圈功率小于原线圈,副线圈实际电压小于理论值。,答案,解析,-29-,考点一,考点二,考点三,实验,命题点二 电能的输送 【例15】 (2018浙江金华十校期末)新疆首条连接南北疆的电力高速通道伊犁至库车750千伏输电线路工程正式投入使用,标志着我国超高压输电技术已达到世界领先水平。目前伊犁变电站的升压变压器原线圈的电压为750 V,副线圈的电压为750千伏,升压变压器的输出电功率为30万千瓦,若伊犁至库车750千伏输电线的总电阻为20 ,下列说法正确的是( ) A.伊犁至
17、库车750千伏输电线的输送电流是0.4 A B.伊犁至库车750千伏输电线的输送交流电的表达式为u=750sin 100t(kV) C.伊犁变电站的升压变压器原副线圈匝数之比为11 000 D.伊犁至库车750千伏输电线上的功率损耗为3.2105 W,答案,解析,-30-,考点一,考点二,考点三,实验,【例16】 (多选)(2018浙江金华十校期末)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为501,原线圈接交流电源和交流电压表,副线圈通过电阻值为R的导线与热水器、抽油烟机连接。已知副线圈两端的电压与时间关系如图乙所示,下列说法正确的是( )A.热水器上交变电流的频率为50 Hz B.电压表示数
18、为1 100 V C.闭合开关S接通抽油烟机,电阻值为R的导线发热功率将减小 D.闭合开关S接通抽油烟机,变压器原线圈的输入功率将增大,答案,解析,-31-,考点一,考点二,考点三,实验,-32-,考点一,考点二,考点三,实验,探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系 核心知识整合 1.实验装置图2.实验目的 探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。 3.实验器材 可拆变压器、多用电表、学生交流电源、滑动变阻器、导线若干。,-33-,考点一,考点二,考点三,实验,4.实验步骤 (1)按图所示实验电路连接实验器材; (2)保持原线圈的匝数不变,增加或减少副线圈的匝数,测量副线圈两端的电压; (3)保持
19、副线圈的匝数不变,增加或减少原线圈的匝数,测量副线圈两端的电压; (4)将数据填入表格,分析实验数据,得出实验结论。,-34-,考点一,考点二,考点三,实验,5.注意事项 (1)输入电压不超过12 V。 (2)手不能接触裸露的导线、接线柱。 (3)电压表先用最大量程试测,然后再选用适当低挡位进行测量。 6.实验结论 在各种损耗可以忽略的情况下,原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即,-35-,考点一,考点二,考点三,实验,关键能力提升 命题点一 实验原理与操作 【例17】 在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系的实验中,实验室中备有下列可供选择的器材: A.可拆变压器(铁芯、两个已知
20、匝数的线圈) B.条形磁铁 C.直流电源 D.多用电表 E.开关、导线若干 上述器材在本实验中不必用到的是 (填器材前的字母),本实验中还需用到的器材是 。,答案,解析,-36-,考点一,考点二,考点三,实验,【例18】 (实验原理与操作)(1)做探究变压器两个线圈的电压与匝数的关系实验时,原线圈接在学生电源上,用多用电表测量副线圈两端的电压,下列操作正确的是( ) A.原线圈接直流电压,电表用直流电压挡 B.原线圈接直流电压,电表用交流电压挡 C.原线圈接交流电压,电表用直流电压挡 D.原线圈接交流电压,电表用交流电压挡 (2)该学生继续做实验,先保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,观察
21、到副线圈两端的电压 (选填“增大”“减小”或“不变”);然后再保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压 (选填“增大”“减小”或“不变”)。上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法。,答案,解析,-37-,考点一,考点二,考点三,实验,命题点二 实验测量与误差分析 【例19】 有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示,它有两个匝数不同其他相同的线圈A、B,线圈外部还可以绕线。,-38-,考点一,考点二,考点三,实验,(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值,指针分别对应图乙中的a、b位置,则A线圈的电阻为 ,由此可推断 (选填“
22、A”或“B”)线圈的匝数较多。 (2)如果把它看作理想变压器,现要测量A线圈的匝数,提供的器材有一根足够长绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源,请完成以下实验步骤: 用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈; 将 线圈与低压交流电源相连接; 用多用电表的 挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U; 则A线圈的匝数为(3)实际实验中,利用可拆变压器探究结果往往发现原、副线圈电压比与匝数比有一定差距,造成这种误差的原因是 。,-39-,考点一,考点二,考点三,实验,答案:(1)24 A (2)A 交流电压 (3)变压器漏磁,线圈具有一定阻值等 解析:(1)多用电表欧姆挡读数=
23、指针指示值倍率。A的读数为24,倍率为1,所以电阻为24 。根据电阻定律,导线越长,电阻越大,因为A的电阻比B大,所以A线圈匝数多。 (2)因为要测量A线圈匝数,所以要把A线圈与低压交流电源相连接。 变压器输入输出电压都是交变电流,所以要用交流电压挡测输入和输出电压。 根据变压器电压比等于匝数比,有(3)非理想变压器会出现漏磁现象,线圈具有一定阻值,会发热,从而造成副线圈功率小于理论值。,-40-,1,2,3,4,5,1.在下列几种电流的波形图中,不能表示交变电流的是( ),答案,解析,-41-,1,2,3,4,5,2.闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的某一固定轴匀速转动,穿过线圈的磁
24、通量随时间t的变化规律如图所示,下列说法正确的是( )A.t1时刻线圈中感应电流为零 B.t2时刻线圈通过中性面 C.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率最大 D.t4时刻线圈中感应电动势最小,答案,解析,-42-,1,2,3,4,5,3.一线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,得到的交变电流的电动势瞬时值表达式为e=220sin 314t(V),则下列说法正确的是( ) A.该交变电流电动势的有效值为220 V B.该线圈匀速转动的转速为3 000 r/min C.当仅将线圈的转速提高时,电动势的峰值不发生变化 D.将该交变电流加在标称为220 V的灯泡上时,灯泡的亮度会周期性变化,答案,
25、解析,-43-,1,2,3,4,5,4.某发电厂的发电机组输出的电压恒为400 V,将其通过升压变压器升压后加在输电线上向距离较远的用户端变电站供电,输电线总电阻为5 ,当输送的电功率恒为200 kW时,发电厂提供的电能与用户端消耗的电能不相等,二者在一个小时内相差50度电,则下列说法正确的是( ) A.输电线上损失的功率为50 W B.供电端升压变压器的匝数比为15 C.输电线上损失的电压为50 V D.若输电功率增大,则输电线上损失的功率将会减小,答案,解析,-44-,1,2,3,4,5,5.(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中,下列器材需要的有 。 A.干电池组 B.滑动变阻器 C.直流电压表 D.多用电表 E.学生电源 (2)如图,当右侧线圈“0”“16”间接入9 V电压时,左侧线圈“0”“4”接线柱间输出电压可能是 。 A.3.1 V B.2.25 V C.1.7 V,答案,解析,
