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高考物理知识点总结:复习交流电
知识要点:
1、 交流电
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、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。
(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:(伏)如图5—2(B)所示。
感应电流瞬时值表达式:(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:(伏)如图5—2(D)所示。
感应电流瞬时值表达式:(安)
3、交流电的图象:
图象如图5—3所示。
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和最大值的关系为:
交流电压有效值;
交流电流有效值。
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。
我国市电频率为50赫兹,周期为0.02秒。
角频率: 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
因为有,因而通过原、副线圈的电流强度与它们的匝数成反比。
即
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,去计算各线圈的电流强度,即。
②当副线圈不接负载(外电路断开时)I2=0,,因此。
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,使增大,输出功率增大,所以输入功率变大。
④因为,即,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
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