1、第6讲 交变电流公路旁，旷野上，坚实的钢架托着粗大的金属线，这些由发电厂、变电站而来的输电线，将电能输送到千家万户。来自发电厂的电有什么特性呢？本讲我们来研究这个问题。6.1 交变电流知识点睛1交变电流 概念大小和方向都随时间做周期性变化的电流，叫做交变电流。 产生下图为交流发电机的示意图。假定矩形线圈绕轴沿逆时针方向匀速转动，我们来考虑以下几个问题。线圈由甲转到乙的过程中，边中电流向哪个方向流动？线圈由丙转到丁的过程中，边中电流向哪个方向流动？当线圈转到什么位置时线圈中没有电流，转到什么位置时线圈中的电流最大？大致画出通过电流表的电流随时间变化的曲线，从经过负载流向的电流记为正，反之为负。在
2、横坐标上标出线圈到达甲乙丙丁几个位置时对应的时刻。线圈垂直于磁感线时所在的平面（如上图中甲、丙），称为中性面。 正弦式电流设矩形线圈的边长为，边长为，转动的角速度为。当线圈经过中性面时开始计时，某时刻转到如图所示的位置。边和切割磁感线，产生的电动势分别为：整个线圈的电动势：其中是线圈的面积，是个常数，叫做电动势的峰值。思考：电动势的表达式与轴的位置有关吗？若线圈的匝数为，则电动势的表达式会有什么变化呢？匝线圈产生的电动势为（从中性面开始计时）。电动势按正弦规律变化，当负载为电灯等纯电阻用电器时，电路中的电流随时间的变化规律为。这种按正弦规律变化的交变电流，叫做正弦式交变电流，简称正弦式电流。正
3、弦式电流的波形如下。例题精讲例题说明：例1考察交流电的概念；例2、例3、例4考察交流电的产生，其中，例2定性考察线圈转到不同位置时，电动势、电流的特点，例3、例4涉及简单计算；例5、例6、例7结合正弦交流电的图象考察交流电的特点。【例1】如图所示的种电流随时间变化图中，属于交变电流的是 A B C D 【答案】 CD【例2】关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，以下说法中正确的是 A线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次C线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次D线圈转动一周，感应电动势和感应电流方
4、向都要改变一次【答案】 C 【例3】交流发电机在工作时的电动势为，若将其线框的转速提高到原来的两倍，其他条件不变，则其电动势变为A B C D【解析】 感应电动势，其中表示线圈在转动过程中感应电动势的最大值。当线圈平面和磁场方向平行时，感应电动势最大。，其中为线圈面积，为线圈转动的角速度，为转速，为线圈匝数。当转速为，则角速度变为，感应电动势。【答案】 D【例4】如图所示，有一矩形线圈在匀强磁场中分别绕和中轴以同样的角速度匀速转动，那么此线圈在以和为轴分别旋转到线圈平面与磁感线平行时所产生的感应电流之比为A B C D【答案】 D【例5】一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向并位于线圈平面内
5、的固定轴转动，线圈中的感应电动势随时间的变化规律如图所示，下列说法中正确的是A和时刻穿过线圈的磁通量零B和时刻穿过线圈的磁通量变化率为零C从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时D每当感应电动势变换方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都最大【答案】 BCD【例6】处在匀强磁场中的矩形线圈，以恒定的角速度绕边转动，磁场方向平行于纸面并与轴垂直。在时刻，线圈平面与纸面重合(如图)，线圈的边离开纸面向外运动。若规定沿方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流随时间变化的图线是图中的A B C D【答案】 C【例7】一个面积为的矩形线圈在匀强磁场中以一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直，线圈中感应电动势与时间
6、的关系如图所示。则磁感应强度，在时刻，线圈平面与磁感线的夹角等于_。【解析】 线圈在匀强磁场中匀速转动产生交流电压的最大值为，所以。在时，线圈转过的角度。【答案】 ，6.2 描述交变电流的物理量知识点睛交变电流的大小和方向都随时间变化，谈到它的电流或电压时要区分它的峰值和瞬时值。此外，还有几个物理量，在描述交变电流时也常用到。1周期和频率 周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。 频率：交变电流在内完成周期性变化的次数，。2峰值和有效值 瞬时值：交变电流在某一时刻的大小。 峰值：交变电流所能达到的最大值。 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
7、相等，而这个恒定电流是、电压是，我们就把、叫做这个交流的有效值。理论计算表明，在正弦式电流中，有效值、与峰值、之间有如下关系：，。 平均值：；对纯电阻电路，从有效值的定义看，“有效”指的是电流热效应的等效。使用交流的电气设备上，标出的额定电压和额定电流都是有效值。一般交流电表测出的数值也是有效值。以后提到交变电流的数值，凡没有特别说明的，都指有效值。例如家庭电路的电压为，指的便是有效值。要特别注意区分有效值与平均值。例题精讲例题说明：例8是简单常识，同时考察周期、频率的概念；例9考察有效值、最大值的区别；例10结合图象考察频率、有效值等概念；例11涉及有效值的概念及简单计算；例12、例13为非
8、正弦交流电的有效值的计算；例14重点考察电量与电热、有效值与平均值计算的区别。【例8】我国民用交变电流：_，_，_，电流方向每秒改变_次。【答案】 、【例9】下列说法正确的是 A使用交流的设备所标的电压和电流都是最大值B交流电流表和电压表测定的是有效值C计算电热时应使用有效值D给定的交变电流值在没有特别说明的情况下都是指有效值【答案】 BCD【例10】如图是一个正弦式电流的波形图，该交变电流的频率是 ，电流的有效值是 ，电流瞬时值的表达式是 。【答案】 、【例11】如图所示，交流发电机线圈的面积为，共匝。该线圈在磁感应强度为的匀强磁场中，以的角速度匀速转动，电阻和的阻值均为，线圈的内阻忽略不计
9、，若从图示位置开始计时，则A线圈中的电动势为B电流表的示数为C电压表的示数为D上消耗的电功率为【解析】 线圈中电动势的最大值为。线圈中电动势表达式为。电压表示数为有效值。电路总电阻为，故电流表示数。上消耗的电功率。【答案】 B【例12】如图表示一交变电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值是A B C D【解析】 使图示交流电通过阻值为的电阻在一个周期内产生的热量，。使电流为的恒定电流通过电阻，在时间产生的热量为。由，得。【答案】 B【例13】家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的亮度可调，比过去用变压器调压
10、方便且体积小，某电子调光灯经调整后电压波形如图所示，则灯泡两端电压为A B C D【解析】 由电流的热效应，则，B正确。【答案】 B【例14】如图，矩形面积为，匝数为，线圈电阻为，在磁感应强度为的匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，外电路电阻为，当线圈由图示位置转过的过程中，求： 通过电阻的电荷量； 电阻上所产生的焦耳热。【解析】 由法拉第电磁感应定律，线圈从图示位置转过，故。 线圈从图示位置转过，经过的时间，在此过程中产生的电流有效值，所以此过程在上产生的热量，。【答案】 ； 注意：求解电量时应使用电流的平均值；求解电热时，应使用电流的有效值。6.3 变压器知识点睛变压器在我们的生活中随处可见，
11、大家常用的手机充电器实际上就是一个变压器。那么变压器的工作原理是什么样的呢？下面我们来研究这个的内容。1原理如图所示，变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。原线圈（也称初级线圈）与交流电源连接，副线圈（也称次级线圈）与负载连接。变化的电流通过原线圈时在铁芯中激发变化的磁场，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，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。电磁感应现象是变压器工作的基础。2理想变压器没有能量损失的变压器，称为理想变压器。理想变压器有以下几个重要关系： 功率关系输入功率等于输出功率，即。 电动势关系设原、副线圈的匝数分别为、，因为每一匝线圈都具有相同的，所以感应
12、电动势，两式相比得到。 电压关系原线圈两端的电压，副线圈两端的电压，所以。在输入电压一定时，原、副线圈取不同的匝数比，副线圈输出的电压会不一样，变压器由此得名。 电流关系只有一个副线圈时，由可知，所以。例题精讲例题说明：例15、例16考察变压器的原理；例17、例18为涉及变压器的简单计算，直接运用理想变压器的公式；例19通过与滑动变阻器对比，考察变压器的原理。 【例15】利用变压器不可能做到的是A增大电流 B升高电压C减小电压 D增大功率【答案】 D 【例16】下列正确说法是 A变压器也可能改变恒定电压B变压器的原理是一种电磁感应现象，副线圈输出的电流是原线圈电流的感应电流C变压器由绕在同一闭
13、合铁芯上的若干线圈构成D变压器原线圈相对电源而言起负载作用，而副线圈相对负载而言起电源作用【答案】 BCD【例17】如图，理想变压器原副线圈匝数之比为。原线圈接入一电压为的交流电源，副线圈接一个的负载电阻。，则下列结论正确的是A副线圈中电压表的读数为B副线圈中输出交流电的周期为C原线圈中电流表的读数为D原线圈中的输入功率为【解析】 ，故电压表的读数，A对；，B错；，故，C对；，D错。【答案】 AC【例18】如图所示，理想变压器初级线圈的匝数为，次级线圈的匝数为，初级线圈的两端接正弦交流电源，电压表的示数为，负载电阻，电流表的示数是。下列判断中正确的是A初级线圈和次级线圈的匝数比为B初级线圈和次
14、级线圈的匝数比为C电流表的示数为D电流表的示数为【解析】 由已知得，由得，故，B正确；电流表的读数为，C正确。【答案】 BC【例19】右图(a)(b)两电路中，当两端与两端分别加上的交流电压时，测得间与间的电压均为。若分别在两端与两端加上的交流电压，则间与间的电压分别为A BC D【答案】 B*补充2道题，老师可以酌情【演练1】一交流电路如图甲所示，电阻。交流电源输出的电压随时间变化的图线如图乙所示，闭合开关后A电路中电流的频率为B电路中电流瞬时值的表达式为C电流表的示数为D电阻消耗的电功率为【解析】 由图乙可知交流电的周期，故，故A错；由电流的瞬时值的表达式得，故，B正确；电流表的有效值，C错；电阻消耗的电功率，D错。【答案】 B【演练2】变压器的变压原理是 ，已知一理想变压器的原副线圈的匝数比为，当原线圈中输入有效值为的正弦交变电压时，副线圈中的最高电压值为 ，当副线圈中不接任何用电器时，原线圈中的输入功率为 ，当副线圈中接入一个“”的灯泡时，此时原线圈的输入功率为 。【答案】 电磁感应现象，【答案】*77第四级（上）提高-尖子-目标第6讲教师版