09 衡水中学高三物理一轮复习资料——电流、变压器

衡水中学高三物理一轮复习资料
——电流、变压器
第一节交变电流的产生和描述
一、知识点讲解
一、交变电流的产生和变化规律
1．交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流．
2．正弦交变电流
(1)特点：随时间按正(余)弦规律变化的交变电流．
(2)产生：如图10－1－1所示，将线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁感线的轴做匀速转动．
图10－1－1
(3)变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
①电动势(e)：e＝Emsinɷt ②电压(u)：u＝Umsinɷt
③电流(i)：i＝Imsinɷt
(4)图象(如图10－1－2)
图10－1－2
2．峰值和有效值
(1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的最大值．
(2)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，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值．
3．相位：在正弦交变电流的公式U＝Emsin(ωt＋φ)中，ωt＋φ叫相位，φ叫初相位，两支交流的相位之差叫做它们的相位差．
特别提示：(1)只有正弦交变电流的最大值和有效
值满足2倍关系，其他交变电流无这种关系，且
用电器铭牌上标出的值均为有效值(电容器除外)．
(2)通常所说交变电流、电压的数值，各种交流电
器设备所标的额定电压和额定电流的数值，一般交
流电表测量的数值，都是指有效值(除非有特殊说
明)．
二、小结
一、正弦式电流的变化规律
1．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
2.交变电流瞬时值表达式的书写基本思路
(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．
(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．
如：①线圈从中性面开始转动，则i­t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt.
②线圈从垂直中性面开始转动，则i­t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.
特别提醒：在交变电流的产生过程中，要特别注意两个特殊位置的不同特点．
(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦ/Δt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．
(2)线圈平面与中性面垂直时，S⊥B，Φ＝0，ΔΦ/Δt最大，e最大，i最大，电流方向不改变．
二、对交变电流“四值”的比较和理解
1．交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较
2.对交变电流有效值的理解
交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．注意“三同”：即“相同电阻”，“相同时间”内产生“相同热量”．计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期．
注意：在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值．在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的是有效值．
特别提醒：(1)由感应电动势的最大值公式E m＝nBSω得，E m仅由n、B、S、ω四个物理量所决定，与轴的具体位置和线圈的形状都无关．
(2)若图象部分是正弦交变电流，其中的1
4T和
1
2T部
分的有效值可直接应用I＝I m
2
，U＝
U m
2
的关系．
第二节变压器远距离输电
一、变压器原理
1．构造和原理(如图10－2－1所示)
(1)主要构造：由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成．
(2)工作原理：电磁感应的互感现象．
图10－2－1
特别提示：(1)变压器不能改变直流电压．
(2)细线绕制的线圈为高压线圈，粗线绕制的线圈为低压线圈．
二、远距离输电
1．电路损失
(1)功率损失：设输电电流为I，输电线的电阻为R，则功率损失为ΔP＝I2R.
(2)电压损失：ΔU＝IR.
减小功率损失和电压损失，都要求提高输电电压，减小输电电流．
(2)另一个途径是减小输电导线中的电流，由P＝IU可知，当输送功率一定时，提高电压可以减小输电电流．
3．远距离高压输电(如图10－2－2所示)
由于发电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高压输电时，在发电站内需用升压变压器升压到几百千伏后再向远距离送电，到达用电区再用降压变压器降到所需的电压．
图10－2－2
二、小结
一、理想变压器及其原、副线圈基本量的关系
特别提醒：(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点，电流关系的推导应该以其为依据．
(2)变压器的以上关系都是根据口字型的变压器推出的．如果变压器不是“口”字型时，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系．
二、理想变压器动态分析问题
1．匝数比不变的情况
如图10－2－3：
(1)U 1不变，根据U 1U 2＝n 1
n 2
，输入电压U 1决定输出电
压U 2，不论负载电阻R 如何变化，U 2也不变． (2)当负载电阻发生变化时，I 2变化，输出电流I 2决定输入电流I 1，故I 1发生变化．
(3)I 2变化引起P 2变化，P 1＝P 2，故P 1发生变化．
图10－2－3
2．负载电阻不变的情况
如图10－2－4：
(1)U 1不变，n 1
n 2
发生变化，故U 2变化．
(2)R 不变，U 2改变，故I 2发生变化．
(3)根据P 2＝U 22
R ，P 2发生变化，再根据P 1＝P 2，故
P 1变化，P 1＝U 1I 1，U 1不变，故I 1发生变化．
图10－2－4
3．分析动态问题的思路程序可表示为
三、关于远距离输电问题的分析
1．远距离输电的处理思路
对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步进行分析．
2．远距离高压输电的几个基本关系(以图10－2－6为例)：
图10－2－6
(1)功率关系：P 1＝P 2，P 3＝P 4，P 2＝P 损＋P 3
(2)电压、电流关系：U 1U 2＝n 1n 2＝I 2I 1，U 3U 4＝n 3n 4＝I 4I 3
U 2＝ΔU ＋U 3，I 2＝I 3＝I 线．
(3)输电电流：I 线＝P 2U 2＝P 3U 3＝U 2－U 3R 线
(4)输电线上损耗的电功率：
P 损＝I 线ΔU ＝I 2线R 线＝(P 2U 2
)2R 线． 当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n
倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的1n 2.。