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十一、交變電流板塊 基礎(chǔ)回扣 1.交變電流的產(chǎn)生及圖像 (1)中性面:線圈平面經(jīng)過中性面時(shí),磁通量最大,磁通量變化率最小,電流方向發(fā)生改變。線圈繞軸轉(zhuǎn)一周經(jīng)過中性面兩次,因此感應(yīng)電流方向改變兩次。 (2)產(chǎn)生:在勻強(qiáng)磁場里,線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。 (3)圖像:如果線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí),其圖像為正弦曲線。如圖(a)(b)所示。 2.周期和頻率 (1)周期(T):交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間,單位是秒(s),公式T=2πω。 (2)頻率(f):交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)。單位是赫茲(Hz)。 (3)周期和頻率的關(guān)系:T=1f或f=1T。 3.正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)) (1)電動(dòng)勢e隨時(shí)間變化的規(guī)律:e=Em sin ωt。 (2)負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律:u=Um sin ωt。 (3)電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律:i=Im sin ωt。說明:其中ω是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,Em=nBSω。 4.交變電流的“四值” 瞬時(shí)值常對應(yīng)于通有交變電流的導(dǎo)體所受的安培力、霓虹燈的點(diǎn)亮等瞬間問題;平均值常與通過導(dǎo)體的電荷量,以及變化的感應(yīng)電流受到的安培力的沖量對應(yīng);有效值常與交變電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量、電功、電功率,確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流等對應(yīng);最大值常與電容器的擊穿電壓等問題對應(yīng)。 5.電容與電感 物理量 符號(hào) 元件 決定因素 作用 電容 C 電容器 與電容器兩極板的正對面積成正比,與極板間距離成反比,插入介質(zhì)電容增大 由結(jié)構(gòu) 決定 通交流,隔直流 通高頻,阻低頻 電感 L 線圈 由線圈長度、粗細(xì)、匝數(shù)及鐵芯共同決定 通直流,阻交流 通低頻,阻高頻 6.理想變壓器 (1)原理:電流磁效應(yīng)、電磁感應(yīng)。 (2)基本關(guān)系式 ①功率關(guān)系:P入=P出。 ②電壓關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí),U1n1=U2n2;有多個(gè)副線圈時(shí),U1n1=U2n2=U3n3=…。 ③電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí),I1I2=n2n1。 由P入=P出及P=UI推出有多個(gè)副線圈時(shí),U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn。 7.幾種“特殊變壓器” (1)自耦變壓器 (2)互感器 分為電壓互感器和電流互感器,比較如下: 儀器 原理 作用 電路 特點(diǎn) 注意 電壓互感器 利用變壓器原、副線圈的相互感應(yīng) 測量 高電壓 線圈 匝數(shù) n1>n2 原線圈接在相線之間 必須接地 電流互感器 測量 大電流 n2>n1 原線圈接在相線上 8.理想變壓器動(dòng)態(tài)變化的思路 U1U2I2I1 9.遠(yuǎn)距離輸電 (1)能量關(guān)系,P=U1I1=U2I2=P用戶+ΔP,ΔP=I22R,P用戶=U3I3=U4I4 (2)電壓關(guān)系,U2=ΔU+U3,ΔU=I2R (3)變壓關(guān)系,U1U2=I2I1=n1n2,U3U4=I4I3=n3n4。 回歸小練 1.(源于人教版3-2第34頁“問題與練習(xí)”)(2018江蘇無錫高三期末)如圖,單匝線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(按俯視沿逆時(shí)針的方向),某時(shí)刻磁感線與線圈平面所成銳角為30,從此時(shí)開始計(jì)時(shí),流過邊AB的電流隨時(shí)間變化的圖線是(以A→B→C→D→A為電流正向)(　　) 2.(源于人教版3-2第35頁“思考與討論”)(2017江蘇南京、鹽城一模)一只電阻分別通過四種不同形式的電流,電流隨時(shí)間變化的情況如圖所示,在相同時(shí)間內(nèi)電阻產(chǎn)生熱量最大的是(　　) 3.(源于人教版3-2第43頁“科學(xué)漫步”)(2018黑龍江哈爾濱第六中考前押題卷)在變電所里,需要用交流電流表去監(jiān)測電路上的強(qiáng)電流,由于電網(wǎng)中的電流通常會(huì)超出一般電流表的量程,因此常使用電流互感器。下列能正確反映電流互感器工作原理的是(　　) 4.(源于人教版3-2第45頁“思考與討論”)圖是遠(yuǎn)距離輸電的示意圖,下列說法正確的是(　　) A.a是升壓變壓器,b是降壓變壓器　　　　　B.a是降壓變壓器,b是升壓變壓器 C.a的輸出電壓等于b的輸入電壓 D.a的輸出電壓等于輸電線上損失的電壓 答案精解精析 回歸小練 1.D　線圈從圖示位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),磁通量增加,從左向右看,磁場方向向里,根據(jù)楞次定律,產(chǎn)生的感應(yīng)磁場方向向外,則此時(shí)電流沿A→D→C→B→A方向,為負(fù)方向,線圈逐漸向中性面靠近,磁通量變化率不斷減小,即感應(yīng)電流不斷減小,D正確。 2.D　由題圖知,A、B項(xiàng)交流電的有效值為2 A,C項(xiàng)中電流值為1.5 A,D項(xiàng)中有效值為2 A,故相同時(shí)間內(nèi)電阻產(chǎn)生熱量最大的是D項(xiàng)。 3.B　理想變壓器的原副線圈的電流之比與匝數(shù)之比成反比,則電流互感器應(yīng)串聯(lián)接入匝數(shù)較多的線圈上。同時(shí)一次繞組匝數(shù)很少,且串聯(lián)在需要測量的電流的線路中。故B正確。 4.A　因能量損失與輸送電壓的平方成反比,故為減小電路能量損耗,要用高壓送電,到用戶要進(jìn)行降壓,故a為升壓變壓器,b是降壓變壓器,故A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;因電路導(dǎo)線有電阻,會(huì)有電壓損失,故a的輸出電壓要大于b的輸入電壓,且a的輸出電壓減去輸電線上的損失電壓等于b的輸入電壓,故C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。