09 电磁学(交变电流)讲义.doc

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09 电磁学(交变电流)讲义

电磁学 (交变电流) New Oriental 中学部 物理 1. 考试命题分析 作为次要知识点,出题形式为选择题,出大计算的可能性极小。主要考点在交变电流的性质,各个参数的关系,变压器的原理。 2. 基础知识 对应选修3-2第五章 一、正弦交变电流 1. 正弦交变电流的产生 当闭合线圈由中性面位置(图中O1O2位置)开始在匀强磁场中匀速转动时,线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数:e=Emsinωt,其中Em=nBSω。这就是正弦交变电流。 2.交变电流的有效值 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。 ⑴只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的/2倍。 ⑵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。(电容器的耐压值是交流的最大值。) 正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、瞬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,瞬时值用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:。特别要注意,有效值和平均值是不同的两个物理量,千万不可混淆。 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。 例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°时交流电压的瞬时值为__V。 解:电压表的示数为交流电压的有效值,由此可知最大值为Um=U=20V。而转过30°时刻的瞬时值为u=Umcos30°=17.3V。 例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。 解:该交流周期为T=0.3s,前t1=0.2s为恒定电流I1=3A,后t2=0.1s为恒定电流I2= -6A,因此这一个周期内电流做的功可以求出来,根据有效值的定义,设有效值为I,根据定义有: I 2RT=I12Rt1+ I22Rt2 带入数据计算得:I=3A 例3. 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90°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? 解:⑴按照电流的定义I=q/t,计算电荷量q应该用电流的平均值:即,这里电流和电动势都必须要用平均值,不能用有效值、最大值或瞬时值。 ⑵求电热应该用有效值,先求总电热Q,再按照内外电阻之比求R上产生的电热QR。。这里的电流必须要用有效值,不能用平均值、最大值或瞬时值。 ⑶根据能量守恒,外力做功的过程是机械能向电能转化的过程,电流通过电阻,又将电能转化为内能,即放出电热。因此W=Q 。一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能。 例4. 左图所示是某种型号的电热毯的电路图,电热毯接在交变电源上,通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 A.110V B.156V C.220V D.311V 解:从u-t图象看出,每个周期的前半周期是正弦图形,其有效值为220V;后半周期电压为零。根据有效值的定义, ,得U=156V,选B。 理想变压器 理想变压器的两个基本公式是:⑴ ,即对同一变压器的任意两个线圈,都有电压和匝数成正比。⑵P入=P出,即无论有几个副线圈在工作,变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。 需要特别引起注意的是: ⑴只有当变压器只有一个副线圈工作时,才有: ⑵变压器的输入功率由输出功率决定,往往用到:,即在输入电压确定以后,输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比,与原线圈匝数的平方成反比,与副线圈电路的电阻值成反比。式中的R表示负载电阻的阻值,而不是“负载”。“负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率。实际上,R越大,负载越小;R越小,负载越大。这一点在审题时要特别注意。 例5. 理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝,电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W,测得初级线圈的电流为I1=0.3A,求通过n3的负载R的电流I3。 解:由于两个次级线圈都在工作,所以不能用I∝1/n,而应该用P1=P2+P3和U∝n。由U∝n可求得U2=36V,U3=1000V;由U1I1

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