1、第十四章：交變電流本章在高考中的地位：本章是電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用和延伸，也是高中物理電磁學(xué)知識(shí)的收尾。高考對(duì)交流電的產(chǎn)生和變壓器的原理要求較高，而對(duì)電磁場(chǎng)的電磁波僅限于一般性認(rèn)識(shí)和了解，特別注意電磁振蕩及LC回路不再列為高考要求，因而也不必在此浪費(fèi)時(shí)間。復(fù)習(xí)的重點(diǎn)是交流電的的變化規(guī)律及其描述（包括圖象）、有效值的概念、理想變壓器的原理、電能輸送中相關(guān)計(jì)算等。特別是交變電流知識(shí)和力學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用問題，要引起足夠重視，如2003年高考“自行車頭燈”問題。還有帶電粒子在加有交變電壓的平行金屬板間的運(yùn)動(dòng)問題等，復(fù)習(xí)過程中，要注意適量訓(xùn)練，提高綜合應(yīng)用能力。一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)1、交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律及圖象

2、表達(dá)2、表征交變電的物理量、交變電的有效值3、電感和電容對(duì)交變電的影響4、變壓器的構(gòu)造、作用、原理5、理想變壓器的理想化條件及規(guī)律6、遠(yuǎn)距離輸電第一模塊：交變電流的產(chǎn)生、描述夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1、交變電流的幾個(gè)基本問題（1）交變電流的意義交變電流：大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電流叫做交變電流，簡(jiǎn)稱交流電。正弦式電流；隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流叫做正弦式電流，正弦式電流的圖象是正弦曲線，我國(guó)市用的交變電流都是正弦式電流。（2）產(chǎn)生交變電流的基本原理交變電流的產(chǎn)生，一般都是借助于電磁感應(yīng)現(xiàn)象得以實(shí)現(xiàn)的。因此，可以說，產(chǎn)生交變電流的基本原理，就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中所遵循的規(guī)律法拉第電磁感應(yīng)定律。（3）產(chǎn)生

3、交變電流的基本方式一般來說，利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來產(chǎn)生交變電流的具體操作方式可以有很多種。例如，使圖中所示的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中往復(fù)振動(dòng)，就可以在線圈中產(chǎn)生方向交替變化的交變電流。但這種產(chǎn)生交變電流的操作方式至少有如下兩個(gè)方面的不足：第一，操縱線圈使之往復(fù)振動(dòng)，相對(duì)而言是比較困難的；第二，使線圈往復(fù)振動(dòng)而產(chǎn)生的交變電流，其規(guī)律相對(duì)而言是比較復(fù)雜的。正因?yàn)槿绱?，盡管理論上產(chǎn)生交變電流的具體操作方式可以有很多種，但人們卻往往都是選擇了操作較為方便且產(chǎn)生的交變電流的規(guī)律較為簡(jiǎn)單的一種基本方式使線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中相對(duì)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而切割磁感線來產(chǎn)生交變電流。這幾乎是所有交流發(fā)電機(jī)的基本模型。（4）正弦式電流的產(chǎn)生產(chǎn)

4、生方法：如圖所示，將一個(gè)平面線圈置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并使它繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生正弦式電流。中性面：中性面的特點(diǎn)是，線圈位于中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；線圈經(jīng)過中性面時(shí)，內(nèi)部的電流方向要發(fā)生改變。（3）交變電流的規(guī)律（以交變電動(dòng)勢(shì)為例）函數(shù)形式：N匝面積為S的線圈以角速率轉(zhuǎn)動(dòng)，從某次經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則e=NBSsint，用Em表示峰值NBS，則e=Emsint，電流。圖象表示如圖所示二、表征交變電流的物理量1、周期和頻率交變電流的周期和頻率都是描述交變電流變化快慢的物理量。周期T：交變電流完成一次周期性變化所需的時(shí)間，單位是秒（S），

5、周期越大，交變電流變化越慢，在一個(gè)周期內(nèi)，交變電流的方向變化2次。頻率f:交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲，符號(hào)為Hz，頻率越大，交變電流變化越快。關(guān)系：2、瞬時(shí)值、最大值、有效值和平均值（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式：若從中性面開始，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式：（伏）。感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式：（安）若從線圈平面與磁力線平行開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為：（伏）。感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式：（安）在計(jì)算通電導(dǎo)體或線圈所受的安培力時(shí)，應(yīng)用瞬時(shí)值。（2）交變電流的最大值（以交變電動(dòng)勢(shì)為例）。交變電動(dòng)勢(shì)最大值：當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到穿過線圈的磁通量為0的位置時(shí)，取得此值。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出的是，與線形狀無關(guān)，

6、與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān)，其表達(dá)式為。在考慮交流電路中電容器耐壓值時(shí)，應(yīng)采用最大值。（3）交變電流的有效值有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，在周期的整數(shù)倍時(shí)間內(nèi)（一般交變電流周期較短，如市電周期僅為0，02s，因而對(duì)于我們所考察的較長(zhǎng)時(shí)間來說，基本上均可視為周期的整數(shù)倍），如果交變電流與某恒定電流流過相同電阻時(shí)其熱效應(yīng)相同，則將該恒定電流的數(shù)值叫做該交變電流的有效值。注意：這是在三個(gè)相同下的等效。正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系為：。上述關(guān)系式只適用于線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中相對(duì)做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的正弦交變電流，對(duì)于用其他方式產(chǎn)生的其他交變電流，其有效值與最大值間的關(guān)系一般與此不同，其它形式的交流電按熱效應(yīng)相

7、同進(jìn)行計(jì)算，利用分階段計(jì)算效變電流一個(gè)周期內(nèi)在某電阻上產(chǎn)生的熱量，然后令其與直流電在相同時(shí)間內(nèi)在同一電阻上產(chǎn)生的熱量相等，此時(shí)直流電的值為交變電流的有效值。這是根據(jù)有效值的定義作具體分析。一般交變電流表直接測(cè)出的是交變電流的有效值，一般用電器銘牌上直接標(biāo)出的是交變電流的有效值，一般不作任何說明而指出的交變電流的數(shù)值都是指有效值。（4）交變電流的平均值交變電流圖象中圖象與t軸所圍成的面積與時(shí)間的比值叫做交變電流的平均值，平均值是利用來進(jìn)行計(jì)算的，計(jì)算電量時(shí)只能用平均值，題型解析類型題：交流電圖象問題的分析方法交變電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律不再是簡(jiǎn)單的正比例（線性）關(guān)系，故需借助圖象法來分析研究，這

8、比單純地用代數(shù)方法顯得更為直觀、簡(jiǎn)捷。分析物理圖象的要點(diǎn)：一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“點(diǎn)”、看“截距”、看“面積”、看“拐點(diǎn)”，并理解其物理意義。二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系。對(duì)于正弦交變電流的變化規(guī)律，不應(yīng)只從其隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化這一點(diǎn)去認(rèn)識(shí)，還應(yīng)看到交流的電動(dòng)勢(shì)隨線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中空間位置的變化而變化，隨線圈的磁通量變化而變化。三判：在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正確的分析和判斷。【例題】一矩形線圈，繞垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖所示，下列說法中正確的是：（D）A、t1時(shí)刻通過線圈的磁通量為零；B、t2時(shí)刻通過

9、線圈的磁通量的絕對(duì)值最大；C、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率的絕對(duì)值最大；D、每當(dāng)e改變方向時(shí)，通過線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大【例題】處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線圈abcd,以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab垂直，在t=0時(shí)刻,線圈平面與紙面重合(如圖),線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動(dòng)，若規(guī)定abcda方向的感應(yīng)電流為正,則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線是( C )【例題】如圖演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，5T,線圈匝數(shù)N=50匝,每匝線圈面積為0，48m,轉(zhuǎn)速為150r/min。在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,從圖示位置線圈轉(zhuǎn)過90開始計(jì)時(shí)。寫出交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的

10、表達(dá)式。畫出e-t圖線。解析：從線圈平面經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過角度t，于是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=Emsint,其中Em=2NBL=NBS。根據(jù)交流電的方程圖畫線時(shí)，最大值是正弦圖線的峰值，由縱軸上的刻度值標(biāo)出。交流電的角頻率與正弦圖線的周期相對(duì)應(yīng)，=2/T。而周期由時(shí)間軸上的刻度值標(biāo)出。解：由題意知：N=50，B=0.5T，=5（rad/s）,S=0，48,e=Emsint,Em=NBS=500，485=188(V);所以e=188sin5t(V);T=2/=0.4s， e-t圖線如圖所示。類型題：關(guān)于交變電流幾個(gè)值的應(yīng)用1、交變電流的瞬時(shí)值【例題】有一正弦交流電源，電壓有效值U

11、=120V，頻率為f=50Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=60V，試估算在一個(gè)小時(shí)內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時(shí)間有多長(zhǎng)？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？解析：由正弦交流電的最大值與有效值U的關(guān)系得：Um=120V設(shè)t=0時(shí)交流電的瞬時(shí)電壓U=0則交流電的瞬時(shí)表達(dá)式為U=120sin100t V如圖所示畫出一個(gè)周期內(nèi)交流電的U-t圖象，其中陰影部分對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間，根據(jù)對(duì)稱性，一個(gè)周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時(shí)間為4t1，當(dāng)U=U0=60V時(shí)，由上式得t1=1/600s，再由對(duì)稱性求得一個(gè)周期內(nèi)能發(fā)光的時(shí)間：t=T-4t1=再由比例關(guān)系求得一小時(shí)內(nèi)霓虹燈發(fā)光的

12、時(shí)間為：t=很明顯霓虹燈在工作過程中是忽明忽暗的，而熄滅的時(shí)間只有1/300s（如圖t2時(shí)刻到t3時(shí)刻）由于人的眼睛具有視覺暫留現(xiàn)象，而這個(gè)視覺暫留時(shí)間約1/16s為遠(yuǎn)大于1/300s，因此經(jīng)過燈光刺激的人眼不會(huì)因?yàn)槎虝旱南缍兴杏X。2、交變電流的最大值【例題】把一電容器C接在220V的交流電路中，為了保證電容不被擊穿，電容器C的耐壓值是多少？解析：不低于200V，不少學(xué)生往把電容器與燈泡類比，額定電壓220 V的燈泡接在220 V的交流電源上正常發(fā)光，從而錯(cuò)誤的認(rèn)為電容器的耐壓值也只要不低于220V即可，事實(shí)上，電容器接在交流電路中一直不斷地進(jìn)行充、放電過程，電容器兩極間電壓最大可達(dá)20

13、0V，故電容器C的耐壓值應(yīng)不低于200V，3、交變電流的有效值交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。正弦交流電的有效值跟最大值之間的關(guān)系是：，對(duì)于非正弦電流的有效值以上關(guān)系不成立，應(yīng)根據(jù)定義來求。通常所說交流電壓、電流是用電壓表、電流表測(cè)得的，都是指有效值。用電器上所標(biāo)電壓、電流值也是指有效值，在計(jì)算交流電通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量、熱功以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，只能用有效值。【例題】如圖表示一交變電流的電流隨時(shí)間而變化的圖象，此交變電流的有效值：(B) A5A B5A C3.5A D3.

14、5A【例題】?jī)蓚€(gè)完全相同的電熱器分別通以圖中（a）和(b)所示的電流最大值相等的正弦交變電流和方波交變電流，則這兩個(gè)電熱器的熱功率之比P甲：P乙=_。解析：對(duì)于正弦交變電，其最大值恰等于有效值的倍，但對(duì)于非正弦交變電，其最大值與有效值間的關(guān)系一般需要根據(jù)有效值的定義來確定。解答：通以正弦我變電流的電熱器的熱功率為Pa=I2R=(Im)2R=Im2R/2；通以方波交變電流的電熱器，盡管通電時(shí)電流方向不斷變化，但線時(shí)刻流過的電流數(shù)值均為Im，且電流的熱功率與電流方向無關(guān)，所以Pb=Im2R，。于是得Pa：Pb=1：2。交變電流的有效值與最大值間的關(guān)系Im=I，只對(duì)正弦交變電流才成立。圖所示的方波交

15、變電流，有效值等于最大值【例題】左圖所示是某種型號(hào)的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交變電源上，通過裝置P使加在電熱絲上的電壓的波形如右圖所示。此時(shí)接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為 A110V B156V C220V D311VPu V12345ot/10-2su/V311解析：從u-t圖象看出，每個(gè)周期的前半周期是正弦圖形，其有效值為220V；后半周期電壓為零。根據(jù)有效值的定義，得U=156V，選B?！纠}】交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R。當(dāng)線圈由圖中實(shí)線位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90到達(dá)虛線位置過程中，求：通過R的

16、電荷量q為多少？R上產(chǎn)生電熱QR為多少？外力做的功W為多少？解析：按照電流的定義I=q/t，計(jì)算電荷量q應(yīng)該用電流的平均值：即這里電流和電動(dòng)勢(shì)都必須要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬時(shí)值。求電熱應(yīng)該用有效值，先求總電熱Q，再按照內(nèi)外電阻之比求R上產(chǎn)生的電熱QR。，。這里的電流必須要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬時(shí)值。根據(jù)能量守恒，外力做功的過程是機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化的過程，電流通過電阻，又將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即放出電熱。因此W=Q。一定要學(xué)會(huì)用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來分析功和能4、交變電流的平均值交變電流的平均值是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時(shí)間的比值。其量值可用法拉第電磁感應(yīng)定律來求

17、，特殊地，當(dāng)線圈從中性面轉(zhuǎn)過90度的過程中，有(根據(jù)前面的能證明出來)，計(jì)算平均值切忌用算術(shù)平均法即求解。平均值不等于有效值?！纠}】如圖所示，線圈的電阻為R，求線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60角的過程中，通過線圈某一橫截面的電量，解析：在計(jì)算電量問題中，一定要用電流、電壓平均值而又，第二模塊：變壓器夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1、是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理來改變交流電的電壓,變壓器工作的基礎(chǔ)為互感現(xiàn)象，2、理想變壓器的構(gòu)造、作用、原理及特征。構(gòu)造：兩組線圈（原、副線圈）繞在同一個(gè)閉合鐵心上構(gòu)成所謂的變壓器。作用：在輸送電能的過程中改變電壓。原理：其工作原理是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。特征：正因?yàn)槭抢秒姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象來工作的，所以變

18、壓器只能在輸送交變電流的電能過程中改變交流電壓。3、理想變壓器的理想化條件理想變壓器的理想化條件一般指的是：忽略原、副線圈內(nèi)阻上的分壓，忽略原、副線圈磁通量的差別，忽略變壓器自身的能量損耗（實(shí)際上還忽略了變壓器原、副線圈電路的功率因素的差別）。理想變壓器的規(guī)律實(shí)質(zhì)上就是法拉第電磁感應(yīng)定律和能的轉(zhuǎn)化與守恒定律在上述理想化條件下的新的表現(xiàn)形式。4、理想變壓器的基本關(guān)系式:變壓比:，電流關(guān)系: ，若干副線圈時(shí):,;或5、各物理量的關(guān)系原線圈電壓U1由提供原線圈電壓的電源決定，輸入電壓決定輸出電壓，即隨著的變化而變化，因?yàn)?，所以只要不變化，不論?fù)載如何變化，不變。輸出電流決定輸入電流。在輸入電壓不變的

19、情況下，不變。若負(fù)載電阻R增大，則由公式得：輸出電流減小，由 = 知輸入電流亦隨著減?。环粗?，若負(fù)載電阻R減小，則輸出電流增大，輸入電流亦隨著增大。輸出功率決定輸入功率，理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，即= 。在輸入電壓不變的情況下，不變。當(dāng)用電負(fù)荷增加，輸出功率增大，輸入功率也隨著增大；反之，當(dāng)用電負(fù)荷減小，則輸出功率減小，輸入功率也隨著減小。a，變壓器空載時(shí),無電流、無功率輸出,所以輸入功率也為零，b，當(dāng)副線圈短路時(shí),I2無限大,I1也無限大將燒壞變壓器，6、變壓器有二個(gè)副線圈的情況電壓與匝數(shù)間關(guān)系： 電流與匝數(shù)間關(guān)系：功率關(guān)系：題型解析類型題：常規(guī)類(一原一副,“”型鐵芯)【例題】如

20、圖所示,理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為n1:n2=4:1,原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負(fù)載電阻B的阻值相等，a、b端加一定交變電壓后,兩電阻的電功率之比PA:PB=_,兩電阻兩端電壓之比UA:UB=_，解析：此題很容易將變壓器電阻A消耗的功率當(dāng)成原線圈的輸入功率,并將a、b兩端電壓當(dāng)成變壓器原線圈的電壓U1，從而得到錯(cuò)誤答案1:1,4:1，解:實(shí)際上電阻A消耗的功率并非變壓器原線圈的輸入功率,這是因?yàn)殡娮鐰串聯(lián)在原線圈中,根據(jù)理想變壓器的變流公式，設(shè)A、B的電阻均為R,再根據(jù)電功率公式;電阻A兩端的電壓也并非原線圈的輸入電壓,電阻A、B兩端電壓之比為，點(diǎn)評(píng):本題考生要區(qū)分公式中的U1和U2

21、是加在原副線圈兩端的電壓,并非電阻上的電壓,在本題中A電阻上的電壓不是U1,所以計(jì)算時(shí)不能用，類型題：變壓器動(dòng)態(tài)問題【例題】如圖,為一理想變壓器,K為單刀雙擲開關(guān),P為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭,U1為加在原線圈兩端的電壓,I1為原線圈中的電流強(qiáng)度,則:A，保持U1及P的位置不變,K由a合到b時(shí),I1將增大B，保持U1及P的位置不變,K由b合到a時(shí),R消耗的功率減小C，保持U1不變,K合在a處,使P上滑,I1將增大D，保持P的位置不變,K合在a處,若U1增大,I1將增大解析：由于對(duì)變壓器工作原理理解不深刻,辨不清原副線圈中的變量與不變量,理不明各量間“誰制約誰”的制約關(guān)系,導(dǎo)致錯(cuò)選，解:K由a合到b

22、時(shí),n1減小,由,可知U2增大,隨之增大,而P1=P2，又P1=I1U1,從而I1增大,A正確:K由b合到a時(shí),與上述情況相反,P2將減小,B正確:P上滑時(shí),R增大,減小,又P1=P2,P1=I1U1,從而I1減小,C錯(cuò)誤,U1增大,由可知,U2增大,隨之增大,由可知I1也增大,D正確，故選項(xiàng)A、B、D正確【例題】如圖所示，T為理想變壓器，A1、A2為交流電流表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動(dòng)變阻器，原線圈兩端接恒壓交流電源，當(dāng)滑變阻器的滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)時(shí)AA1的讀數(shù)變大，A2讀數(shù)變大 BA1的讀數(shù)變大，A2讀數(shù)變小CA1的讀數(shù)變小，A2讀數(shù)變大 DA1的讀數(shù)變小，A2的讀數(shù)變小解析：當(dāng)滑動(dòng)

23、頭下移時(shí)，R3，R總，由，U不變，R，則I，而U并=UUR， UR=IR2 所以UA，IR2。而IA2=IIR2 ，則IA2，即的示數(shù)變大，由原副線圈電流與匝數(shù)成反比，可知A1的示數(shù)變大答案：A類型題：多個(gè)副線圈問題【例題】一臺(tái)理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝,兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝,n3=600匝,若通過兩副線圈中的電流強(qiáng)度分別是I2=1A,I3=4A,求原線圈中的電流強(qiáng)度，解析：此題極易生搬硬套公式,得出,I1=3A的錯(cuò)解，電流強(qiáng)度與匝數(shù)成反比,僅適用于理想變壓器只有一只副線圈的情況,本題有兩個(gè)副線圈,應(yīng)根據(jù)理想變壓器無能量損失來分析,由于理想變壓器無能量損失,所以有P1=

24、P2+P3(P1為原線圈輸入功率,P2、P3分別為兩只副線圈的輸出功率)，解：根據(jù)電功率公式有:I1U1=I2U2+I3U3 又因?yàn)? , 把代入,整理得:I1n1=I2n2+I3n3所以點(diǎn)評(píng):由“輸出”決定“輸入”是求解變壓器問題的重要原則和一般方法，類型題：“”型鐵芯問題【例題】如圖所示為某變壓器對(duì)稱鐵芯的示意圖，已知此時(shí)原線圈端輸入交流電壓,原線圈匝數(shù)n1=22匝,副線圈匝數(shù)n2=6匝，則副線圈cd端輸出的電壓的有效值為:A，15V B，30V C，60V D，120V解析：此題發(fā)生錯(cuò)解的主要原因是穿過原副線圈的磁通量不同，解:因?yàn)榇鸥芯€為閉合曲線,根據(jù)鐵芯磁通路的對(duì)稱性可知,任何時(shí)刻原

25、線圈中磁通量的變化率都是副線圈中的2倍，所以有: 則,所以應(yīng)選B，點(diǎn)評(píng):此類變壓器問題要弄清穿過原線圈的磁通量的變化率與穿過副線圈磁通量的變化率不相等,再根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)U1與U2的關(guān)系,實(shí)質(zhì)上是要理解變壓器的原理，【例題】在繞制變壓器時(shí)，某人誤將兩個(gè)線圈繞在如圖所示變壓器鐵心的左右兩個(gè)臂上，當(dāng)通以交變電流時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈，另一半通過中間的臂，已知線圈1、2的匝數(shù)之比N1：N2=2：1，在不接負(fù)載的情況下（ ）A、當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2輸出電壓為110VB、當(dāng)線圈1輸入電壓220V時(shí)，線圈2輸出電壓為55VC、當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)，線

26、圈1輸出電壓為220VD、當(dāng)線圈2輸入電壓110V時(shí)，線圈1輸出電壓為110V解析：該題考查的是變壓器的原理，若不去深入研究變壓器的變壓原理，只死記公式，很容易錯(cuò)選。解答：該題給出的變壓器的鐵心為字形，與考生熟知的口字形變壓器不同，且通過交變電流時(shí)，每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通量只有一半通過另一線圈，故電壓比不再成立。所以只能利用電磁感應(yīng)定律，從變壓器的原理入手，才能解出該題。當(dāng)線圈1作為輸入端時(shí)，。因?yàn)閁1=220V，所以U2=55V，所以選項(xiàng)B對(duì)。當(dāng)線圈2作為輸入端時(shí)，。因?yàn)閁2=110V，所以U1=110V，所以選項(xiàng)D對(duì)。類型題：變壓器“變比”功能的延伸， 變壓器的變直流作用變壓器的實(shí)質(zhì)是根據(jù)電磁

27、感應(yīng)現(xiàn)象中的互感原理來改變交流電壓和電流的。只要原線圈中的磁通量發(fā)生變化，副線圈中就能夠產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此變壓器雖然不能改變恒定的直流電，但可以改變大小變化的脈動(dòng)直流電?！纠}】一個(gè)脈動(dòng)電流，它的電流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化圖象如圖1所示，它是正弦交流電流的正向部分。現(xiàn)讓它通過如圖2所示的一臺(tái)理想變壓器的原線圈，已知理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比。副線圈上接有阻值為的定值電阻R0，求：該電阻的電功率。解析：先求電流的有效值，但本題不能簡(jiǎn)單套用正弦交變電流的最大值是有效值的倍的關(guān)系。根據(jù)有效值的定義，選擇一個(gè)周期的時(shí)間，利用在相同時(shí)間內(nèi)通過相同的電阻產(chǎn)生相等的熱量，由焦耳定律得：即解得由變壓器的變比公

28、式：解得所以定值電阻的功率為：變壓器的變電阻作用選擇不同的匝數(shù)比，利用“變化”公式可以達(dá)到增大或減小阻抗的目的。【例題】理想變壓器的原副線圈匝數(shù)之比為n：1，副線圈的負(fù)載電阻是R，如圖3所示，則變壓器正常工作時(shí)，a、b間的等效電阻是_。解析：根據(jù)電阻的定義公式，故ab間的等效電阻為因?yàn)榍遥?lián)立以上各式解得【例題】如圖所示，加在理想變壓器原線圈上的交流電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，原副線圈匝數(shù)比為n：1，與副線圈相連一負(fù)載電阻R，求：當(dāng)負(fù)載電阻R為多大時(shí)，負(fù)載上獲得的功率最大？解析：據(jù)題意，題中所給交流電源的電動(dòng)勢(shì)為交流電源的有效值，應(yīng)用有效值這一概念將問題轉(zhuǎn)化為直流問題來處理。由于變壓器為理想變壓

29、器，則負(fù)載電阻R上獲得的功率P等于交流電源的輸出功率，本題就轉(zhuǎn)化為求電源最大輸出功率問題，由恒定電流的知識(shí)可知：當(dāng)電路的外電阻和電源內(nèi)阻相等時(shí)，電源輸出功率最大。即當(dāng)時(shí)，功率P有最大值。由例2的結(jié)果可得：即時(shí)，功率P有最大值。第三模塊：遠(yuǎn)距離輸電夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)(1)關(guān)鍵:減少電功率損失和電壓損失功率損失：遠(yuǎn)距離輸送電能，由于輸電線上的電流熱效應(yīng)，電能轉(zhuǎn)化為熱能。出現(xiàn)功率損失。電壓損失：遠(yuǎn)距離輸送電能，線路中電阻R上消耗部分電壓。(2)方法:a，減小輸電導(dǎo)線的電阻,如采用電阻率小的材料;加大導(dǎo)線的橫截面積，b，提高輸電電壓,減小輸電電流，(3)交流電遠(yuǎn)距離高壓輸電電路模式如圖所示， (4)遠(yuǎn)距離高

30、壓輸電的幾個(gè)基本關(guān)系:功率關(guān)系:,電流、電壓關(guān)系:輸電電流: 輸電導(dǎo)線上損耗的電功率:題型解析【例題】輸電線的電阻共計(jì)1，輸送的電功率是100kw，用400V的低壓送電，輸電線上發(fā)熱損失的功率是多少kw？改用10kV的高壓送電，發(fā)熱功率損失又是多少kw？解析：輸送電功率100kw，用400V低壓送電，輸電線上電流輸電線上損失功率若用10kV高壓送電輸電線上電流輸電線上損失功率P2=I22r=1021=0，1(kw)【例題】有一臺(tái)內(nèi)阻為1的發(fā)電機(jī),供給一個(gè)學(xué)校照明用電,如圖所示,升壓變壓器的匝數(shù)比為1:4,降壓變壓器的匝數(shù)比為4:1,輸電線的總電阻R=4,全校共22個(gè)班,每班有“220V 40W

31、”的電燈6盞,若保證電燈全部正常發(fā)光,求: （1）發(fā)電機(jī)輸出功率多大?（2）發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)多大?（3）輸電效率是多少?（4）若使用燈數(shù)減半且正常發(fā)光,發(fā)電機(jī)輸出功率是否減半?解析：題中未加特別說明,變壓器即視為理想變壓器,由于發(fā)電機(jī)至升壓變壓器及降壓變壓器至學(xué)校距離較短,不必考慮該兩部分輸電導(dǎo)線上功率損耗,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)E,一部分降在電源內(nèi)阻上,即I1r,另一部分為發(fā)電機(jī)的路端電壓U1,升壓變壓器副線圈電壓U2的一部分降在輸電線上,即I2R,其余的就是降壓變壓器原線圈電壓,而U3應(yīng)為燈的額定電壓U額,具體計(jì)算由用戶向前遞推即可，解:(1)對(duì)降壓變壓器:W,而V,所以A，對(duì)升壓變壓器:=(624+5280)W=5424W，(2)因?yàn)?所以，又,所以 ,故，(3)(4)電燈減小一半時(shí):，故,發(fā)電機(jī)輸出功率