高考物理知识点总结复习 交流电 鲁科版

2012届高考物理知识点总结：复习交流电知识要点：
1、交流电
交流电的产生和变化规律
公式
图象
表征交流电的物理量
最大值、瞬时值、有效值；
周期、频率
交流电能的传输——变压器——远距离送电
⎧
⎨
⎩
⎧
⎨
⎩
⎧
⎨
⎪
⎪
⎪⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
2、基本要求：
（1）理解正弦交流电的产生及变化规律
①矩形线圈在匀强磁场中，从中性面开始旋转，在已知B、L、ω情况下，会写
出正弦交流电的函数表达式并画出它的图象。

②函数表达式与图象相互转换。

（2）识记交流电的物理量，最大值、瞬时值、有效值；周期、频率、角频率；
（3）理解变压器的工作原理及初级，次级线圈电压，电流匝数的关系。

理解远距离输电的特点。

（4）了解三相交流电的产生。

一、交流电的产生及变化规律：
1、产生：强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。

矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时，如图5—1所示，产生正弦（或余弦）交流电动势。

当外电路闭合时形成正弦（或余弦）交流电流。

图5—1
2、变化规律：
（1）中性面：与磁力线垂直的平面叫中性面。

线圈平面位于中性面位置时，如图5—2（A）所示，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零。

因此，感应电动势为零。

图5—2
当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时（即线圈平面与磁力线平行时）如图5—2（C ）所示，穿过线圈的磁通量虽然为零，但线圈平面内磁通量变化率最大。

因此，感应电动势值最大。

εωm N B l v N B S ==2·······（伏）
（N 为匝数）
（2）感应电动势瞬时值表达式：
若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：e t m =εω·sin （伏）如图5—2（B ）
所示。

感应电流瞬时值表达式：i I t m =·sin ω（安）
若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为：
e t m =εω·cos （伏）如图5—2（D ）所示。

感应电流瞬时值表达式：i I t m =·cos ω（安） 3、交流电的图象：
e t m =εω·sin 图象如图5—3所示。

e t m =εω·cos 图象如图5—4所示。

想一想：横坐标用t 如何画。

4、发电机：
发电机的基本组成：线圈（电枢）、磁极
种类旋转电枢式发电机转子——电枢
定子——磁极旋转磁极式发电机转子——磁极定子——电枢⎧⎨⎩⎧⎨⎩⎧⎨⎪⎪⎩
⎪⎪
旋转磁极式发电机能产生高电压和较大电流。

输出功率可达几十万千瓦，所以大多数发
电机都是旋转磁极式的。

二、表征交流电的物理量：
1、瞬时值、最大值和有效值： 交流电在任一时刻的值叫瞬时值。

瞬时值中最大的值叫最大值又称峰值。

交流电的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流电和恒定直流分别通过同样阻值的电阻，如果二者热效应相等（即在相同时间内产生相等的热量）则此等效的直流电压，电流值叫做该交流电的电压，电流有效值。

正弦（或余弦）交流电电动势的有效值ε和最大值εm 的关系为：
εεε=
=m m 2
0707 .
交流电压有效值U U m .=0707；
交流电流有效值I I m .=0707。

注意：通常交流电表测出的值就是交流电的有效值。

用电器上标明的额定值等都是指有效值。

用电器上说明的耐压值是指最大值。

2、周期、频率和角频率
交流电完成一次周期性变化所需的时间叫周期。

以T 表示，单位是秒。

交流电在1秒内完成周期性变化的次数叫频率。

以f 表示，单位是赫兹。

周期和频率互为倒数，即T f
=
1。

我国市电频率为50赫兹，周期为0.02秒。

角频率ω：ωπ
π=
=22T
f 单位：弧度/秒
三、三相交流电：
1、三个互成120︒的三个相同线圈，固定在同一转轴上，在同一匀强磁场中作匀速转动，将产生三个交变电动势，所产生的电流叫做三相交流电。

由于这三个线圈是相同的，因此，它们将产生三个依次达到最大值
的交变电动势。

相当于三个最大值和周期都相同的独立电源。

2、每个独立电源称作“一相”，虽然每相的电动势的最大值和周期都相同，但是它们不能同时为零或者同时达到最大值。

由于三个线圈的平面依次相差120︒角，它们到达零值和最大值的时间依次落后
1
3
周期。

如图5—5所示。

3、在实际应用中，三相发电机和负载并不用六条导线相连接，而是采用“Y ”和“∆”两种接法。

有兴趣的同学可以参阅必修本P116*部分内容。

四、变压器：
1、变压器是可以用来改变交流电压和电流的大小的设备。

理想变压器的效率为1，即输入功率等于输出功率。

对于原、副线圈各一组的变压器来说（如图5—6），原、副线圈上的电压与它们的匝数成正。

即
U U n n 121
2
=
因为有U I U I 1122··=，因而通过原、副线圈的电流强度与它们的匝数成反比。

即
I I n n 122
1
=
注意：①对于副线圈有两组或两组以上的变压器来说，原、副线圈上的电压与它们的匝数成正比的规律仍然成立，但各副线圈的电流则应根据功率关系P P 入出=∑，去计算各线圈的电流强度，即
U I U I U I 112233···……=++。

②当副线圈不接负载（外电路断开时）I 2=0，P 出=0，因此
P I 入，==001。

③当副线圈所接负载增多时，由于通常负载多是并联使用，因此，总电阻减少，使I 2增
大，输出功率增大，所以输入功率变大。

④因为P P 入出=，即U I U I 1122··=，所以变压器中高压线圈电流小，绕制的导线
较细，低电压的线圈电流大，绕制的导线较粗。

⑤上述各公式中的I 、U 、P 均指有效值，不能用瞬时值。

2、远距离送电：
由于送电的导线有电阻，远距离送电时，线路上损失电能较多。

在输送的电功率和送电导线电阻一定的条件下，提高送电电压，减小送电电流强度可以达到减少线路上电能损失的目的。

线路中电流强度I 和损失电功率计算式如下：
I P U P I R =
=输出
损线·2
注意：送电导线上损失的电功率，不能用P U R 损出
线
2求，因为U 出不是全部降落在导线
上。

例 1[2011·山东卷T20] 为保证用户电压稳定在220 V ，变电所需适时进行调压，图1－5甲为调压变压器示意图．保持输入电压u 1不变，当滑动接头P 上下移动时可改变输出电压．某次检测得到用户电压u 2随时间t 变化的曲线如图1－5乙所示．以下正确的是( )
图1－5
A ．u 2＝190 2sin(50πt ) V
B ．u 2＝190 2sin(100πt ) V
C ．为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当下移
D ．为使用户电压稳定在220 V ，应将P 适当上移
【解析】 BD 由图乙可知，交变电流的最大值为190 2V ，周期为0.02 s ，ω＝2π
T
＝
100π rad/s ，所以A 项错误，B 项正确．为了让用户得到220 V 的电压，由u 1u 2＝n 1n 2
可知，要想使电压u 2升高，n 1必须变小，C 项错误， D 项正确．
例2[2011·四川卷T20] 如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T ，转轴O 1O 2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1 A ．那么( )
A ．线圈消耗的电功率为4 W
B ．线圈中感应电流的有效值为2 A
C ．任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝4cos 2π
T
t
D. 任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝T πsin 2π
T
t
【解析】 AC 当线圈从图示位置开始计，此时交变电流的瞬时值表达式为i ＝I m cos ωt ，当ωt ＝60°时，i ＝1 A ，可解得I m ＝2 A ，其有效值为I ＝
I m
2
＝ 2 A ，B 错误；回路
消耗的功率P ＝I 2
R ＝4 W ，A 正确；线圈中感应感应电动势的最大值E m ＝I m R ＝4 V ，所以任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝4cos 2πT t ，C 正确；磁通量的最大值Φm ＝BS ＝BS ωω＝E m ω＝
4ω＝2T π，则穿过线圈任意时刻的磁通量Φ＝2T πsin 2π
T t ，D 错误．。