交变电流描述交变电流的物理量电感电容对交变电流的影响解析Word文档下载推荐.docx
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00(第次课)
教学内容
一.交流电
1.定义:
大小和方向都随时间作周期性变化的电流,叫做交变电流。
其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流,正弦式电流产生于在匀强电场中,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里,线圈每转动一周,感应电流的方向改变两次。
2.产生:
ABCD是线圈(切割磁感线)
K、L圆环使线圈转动时保持与外电路的连接
E、F电刷
3.中性面:
当线圈转动到与线圈平面垂直的磁感线位置时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电流,这个特定位置叫中性面。
甲图乙图:
沿图方向旋转,磁通量由最大变小,根据楞次定律,感应电流方向____________
乙图丙图:
沿图方向旋转,磁通量由0变大,根据楞次定律,感应电流方向_____________
丙图丁图:
沿图方向旋转,磁通量由0变大,根据楞次定律,感应电流方向______________
结论:
线圈每次经过中性面时,电流改变一次方向。
4.交变电流变化规律
(1)
①
一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度
逆时针匀速转动。
(如图b)为计时起点,转过时间t后,计算产生的电动势e的公式。
②当从图位置开始计时:
则:
e=εmcosωt,i=Imcosωt
ωt是线框在时间t转过的角度;
是线框与磁感应强度
B的夹角;
此时V、B间夹角为(π/2一ωt).
③对于单匝矩形线圈来说Em=2Blv=BSω;
对于n匝面积为S的线圈来说Em=nBSω。
对于总电阻为R的闭合电路来说Im=
(2)规律
①em是电动机电动势的峰值
②线圈两次通过中性面,故一周里电流改变两次
③中性面的特点:
A.中性面垂直于磁场位置
B.线圈通过中性面时,穿过线圈的磁通量最大
C.线圈通过中性面时,感应电动势为0
D.线圈平面每转过中性面时,线圈中感应电流方向改变一次,转过一周线圈两次通过中性面,故一周里电流改变两次。
频率为50Hz的交流电每秒方向改变100次。
(3)交流电图像
练习
1.一矩形线圈,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,下面说法中正确的是:
()
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、t3时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大;
D、每当e变换方向时,通过线圈的磁通量绝对值为最大。
2.一只矩形线圈匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动穿,过线圈的磁通量随时间变化的图像如图中甲所示,则下列说法中正确的是()
A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直
B.t=0.01s时刻,Φ的变化率达最大
C.t=0.02s时刻,交流电动势达到最大
D.该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示
3.一长直导线通以正弦交流电i=ImsinωtA,在导线下有一断开的线圈,如图所示,那么,相对于b来说,a的电势最高时是在()
A.交流电流方向向右,电流最大时
B.交流电流方向向左,电流最大时
C.交流电流方向向左,电流减小到0时
D.交流电流方向向右,电流减小到0时
知识点二:
表征交流电的物理量
一、交流电的最大值:
εm=BωS当为N匝时εm=NBωS
(1)ω是匀速转动的角速度,其单位一定为弧度/秒,nad/s(注意rad是radian的缩写,round/s为每秒转数,单词round是圆,回合).
(2)最大值对应的位置与中性面垂直,即线框面与磁感应强度B在同一直线上.
(3)最大值对应图中的t1、t2时刻,每周中出现两次.
二、瞬时值e=εmsinωt,i=Imsinωt代入时间即可求出.不过写瞬时值时,不要忘记写单位,如εm=220V,ω=100π,则e=220sin100πtV,不可忘记写伏,电流同样如此
三、有效值:
为了度量交流电做功情况人们引入有效值,它是根据电流的热效应而定的.就是分别用交流电,直流电通过相同阻值的电阻,在相同时间内产生的热量相同,则直流电的值为交流电的有效值.
(1)有效值跟最大值的关系εm=U有效,Im=I有效
(2)伏特表与安培表读数为有效值.
(3)用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值.
四、周期与频率:
交流电完成一次全变化的时间为周期;
每秒钟完成全变化的次数叫交流电的频率.单位1/秒为赫兹(Hz)。
1.交流发电机的转子由B∥S的位置开始匀速转动,与它并联的电压表的示数为14.1V,那么当线圈转过30°
时交流电压的即时值为__V。
2.通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。
求该交流电的有效值I。
第2题第3题第4题
3.如图所示,(甲)和(乙)所示的电流最大值相等的方波交流电流和正弦交流电流,则这两个电热器的电功率之比Pa∶Pb=______
4.如图表示一交变电流随时间变化的图象,此交变电流的有效值是()
A.5
A;
B.5A;
C.3.5
A;
D.3.5A
五、最大值、平均值和有效值的应用
(1)正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、即时值和平均值的区别。
以电动势为例:
最大值用Em表示,有效值用E表示,即时值用e表示,平均值用表示。
它们的关系为:
E=Em/,e=Emsinωt。
平均值不常用,必要时要用法拉第电磁感应定律直接求:
。
切记。
特别要注意,有效值和平均值是不同的两个物理量,有效值是对能的平均结果,平均值是对时间的平均值。
在一个周期内的前半个周期内感应电动势的平均值为最大值的2/π倍,而一个周期内的平均感应电动势为零。
(2)我们求交流电做功时,用有效值,求通过某一电阻电量时一定要用电流的平均值交流电,在不同时间内平均感应电动势,平均电流不同.考虑电容器的耐压值时则要用最大值。
(3)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。
①只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的/2倍。
②通常所说的交变电流的电流、电压;
交流电表的读数;
交流电器的额定电压、额定电流;
保险丝的熔断电流等都指有效值。
③生活中用的市电电压为220V,其最大值为220V=311V(有时写为310V),频率为50HZ,所以其电压即时值的表达式为u=311sin314tV。
1.如图a所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度逆时针匀速转动。
若以线圈平面与磁场夹角时(如图b)为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正。
则下列四幅图中正确的是()
2.小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动。
产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如图所示,此线圈与一个R=10Ω的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻,下列说法正确的是
A.交变电流的周期为0.125
B.交变电流的频率为8Hz
C.交变电流的有效值为
A
D.交变电流的最大值为4A
4.如图所示,矩形线圈边长为ab=20cm,ab=10cm,匝数N=100匝,磁场的磁感强度B=0.01T。
当线圈以50r/s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动,求:
(1)线圈中交变电动势瞬时值表达式;
(2)从线圈开始转起动,经0.01s时感应电动势的瞬时值。
5.通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。
6.一根电阻丝接入100v的直流电,1min产生的热量为Q,同样的电阻丝接入正弦交变电压,2min产生的热量为0.5Q,那么该交变电压的最大值为()
A、50vB、100vC、50vD、50v
7.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ω,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90º
到达虚线位置过程中,求:
⑴通过R的电荷量q为多少?
⑵R上产生电热QR为多少?
⑶外力做的功W为多少?
知识点三:
电感和电容对交流电的作用
一、感抗
1.感抗:
电感器对交流电的阻碍作用的大小。
2.影响感抗的因素:
(1)交流电频率改变,频率减小,灯变_____;
频率变大,灯变______(感抗大小与交流电的频率有关,频率越大,感抗越大)
(2)抽去铁芯灯变亮,放上铁芯灯变暗。
匝数越小,灯变亮,匝数越多,灯变暗。
(感抗大小与有无铁芯有关,与匝数多少有关)
3.结论:
线圈的自感系数越大、交流电的频率越高,电感对交流的阻碍作用就越大,也就是说感抗越大。
4.扼流圈:
利用电感对交流的阻碍作用。
(1)低频扼流圈:
有铁芯,匝数大,自感系数大,对频率较低的交流电也有阻碍作用,由于是铜导线,对直流阻碍作用小。
“通直流,阻交流”
(2)高频扼流圈:
无铁芯,匝数小,自感系数为几毫亨。
对高频交流电有较大的阻碍作用,对低频交流电的阻碍作用较小,对直流电的阻碍作用更小。
“通低频、通直流、阻高频”
二、容抗
2.影响容抗的大小因素
(1)减小交流电的频率f,灯变暗;
增大交流电的频率,灯变亮。
(2)改变电容2002,灯变暗
电容器的电容越大,交流的频率越高,电容器对交流的阻碍作用就越小,也就是说,容抗越小。
1.在交流电路中,下列说法正确的是()
A.影响电流与电压的关系的,不仅有电阻,还有电感和电容
B.电感对交变电流的阻碍作用,是因为交变电流通过电感线圈时,线圈中产生自感电动势阻碍电流的变化
C.交变电流能通过电容器,是因为交变电压的最大值大于击穿电压,电容器被击穿了
D.电容器的电容越大,交流的频率越高,容抗就越大
2如图所示,线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小,此电路的重要作用是:
A.阻直流通交流,输出交流
B.阻交流通直流,输出直流
C.阻低频通高频,输出高频电流
D.阻高频通低频,输出低频和直流
3.一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接,如图所示.一块铁插进线圈之后,该灯将()
A.变亮 B.变暗 C.对灯没影响
4.如图所示电路中,三只电灯的亮度相同,如果交流电的频率增大,三盏电灯的亮度将如何改变?
为什么?
1.内阻不计的交流发电机产生电动势E=10sin50πt(V),接有负载电阻R=10Ω,现把发电机的转速提高一倍,则
A.负载两端电压的有效值将变为28.2V
B.交流电的频率将变为100Hz
C.负载消耗的功率将变为20w
D.负载消耗的功率将变为40w
2.正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图1所示的方式连接,R=10Ω,交流电压表的示数是10V。
图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象。
则(A)
A.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=
cos100πt(A)
B.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=
cos50πt(V)
C.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5
cos100πt(V)
D.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5
3.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。
若规定由a→b→c→d→a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(C)
A.B.C.D.
4.如图所示,虚线
的左边存在着方向垂直纸面向里的匀强磁场,右边没有磁场,单匝矩形线圈abcd的对称轴恰与磁场右边界重合,线圈平面与磁场垂直.线圈沿图示方向绕
轴匀速转动(即ab边先向纸外、cd边先向纸里转动),规定沿abcd方向为感应电流的正方向,若从图示位置开始计时,下列四个图像中能正确表示线圈内感应电流i随时间t变化规律的是( )
5.如图,三个灯泡是相同的,而且耐压足够高.交、直流两电源的内阻可忽略,电动势相等。
当s接a时,三个灯亮度相同,那么s接b时()
A.三个灯亮度相同
B.甲灯最亮,丙灯不亮
C.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮
D.只有丙灯不亮,乙灯最亮
6.某交流电电压为u=10
sin314t(V),则()
A.击穿电压为10V的电容器能直接在此电源上
B.把电磁打点计时器接在此电源上,打点周期为0.01s
C.把额定电压为10V的小灯泡直接接在此电源上,小灯泡将被烧坏
D.把额定电压为10V的小灯泡直接接在此电源上,小灯泡能正常发光
7.如图所示为电热毯的电路图,电热丝接在
的电源上,电热毯加热到一定温度后,通过装置P使输入电压变为如图所示的波形,从而进入保温状态,若电热丝电阻保持不变,此时交流电压表的读数为:
A.110VB.156VC.220VD.311V