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1、第十章第十章 交变电流交变电流 .12.28.12.28第1页主主题题考试说明（考试说明（要求要求）教学指导意见（教学指导意见（不要求不要求）交交变变电电流流 交交变电变电流及其流及其图图象象1、计算方波等其它交变电流 有效值2、计算两个及以上副线圈和 两个磁路变压器问题正弦交变电流函数表示式、峰值和有效值理想理想变压变压器器远远距离距离输电输电第2页第第1 1课时课时 交变电流产生和描述交变电流产生和描述第3页练习：练习：图甲是小型交流发电机示意图，两磁极图甲是小型交流发电机示意图，两磁极N N、S S间磁场可视间磁场可视为水平方向匀强磁场，为水平方向匀强磁场，A A为交流电流表。线圈绕垂直
2、于磁场方为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向水平轴沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生向水平轴沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生交变电流随时间改变图像如图乙所表示，以下判断正确是（交变电流随时间改变图像如图乙所表示，以下判断正确是（）A.A.电流表示数为电流表示数为10A10AB.B.线圈转动角速度为线圈转动角速度为50rad/s50rad/sC.0.01sC.0.01s时线圈平面与磁场方向平行时线圈平面与磁场方向平行D.0.02sD.0.02s时电阻时电阻R R中电流方向自右向左中电流方向自右向左交变电流改变规律交变电流改变规律第4页问题：问题：下述产生正（余）弦式交流电
3、本质是什么？依据你学过下述产生正（余）弦式交流电本质是什么？依据你学过内容还能设计出产生此规律交流电吗？内容还能设计出产生此规律交流电吗？第5页函数函数图象图象磁通量磁通量 =mcost t=BSBScost t电动势电动势 e=Ee=Em msinsint=nt=nBSBSsinsint t 电电 压压 u u=U Um msinsint t=sin=sin t t 电电 流流 i i=I Im msinsint t=sin=sin t t 规律总结：规律总结：注意物理量间联络？注意物理量间联络？第6页 练习：练习：如图如图(a)(a)所表示所表示,一矩形线圈一矩形线圈abcdabcd放置在
4、匀强磁场中并绕放置在匀强磁场中并绕过过abab、cdcd中点轴中点轴OOOO以角速度以角速度逆时针匀速转动逆时针匀速转动.若以线圈平面若以线圈平面与磁场夹角与磁场夹角=45=45时时(如图如图b)b)为计时起点为计时起点,并要求当电流自并要求当电流自a a流流向向b b时电流方向为正时电流方向为正.则以下四幅图中正确是则以下四幅图中正确是()第7页交变电流交变电流“四值四值”比较与了解比较与了解问题：问题：怎样了解瞬时值、怎样了解瞬时值、峰值、有效值、平均值、峰值、有效值、平均值、在详细应用怎样表达？在详细应用怎样表达？第8页物理物理量量物理含物理含义义适用情况及适用情况及说说明明瞬瞬时时值值
5、某一时刻值计算线圈某时刻受力情况峰峰 值值最大瞬时值讨论电容器击穿电压有效有效值值跟交变电流热效应等效恒定电流值(1)计算与电流热效应相关量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标普通是有效值(3)保险丝熔断电流为有效值平均平均值值交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间比值计算经过电路截面电荷量交变电流交变电流“四值四值”详细应用对比详细应用对比第9页练习：练习：磁悬浮铁路系统是一个新型交通运输系统，它是利用电磁系统产生吸引磁悬浮铁路系统是一个新型交通运输系统，它是利用电磁系统产生吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上同时利用电磁力进行驱动力或排斥力将车辆托起，使整个
6、列车悬浮在导轨上同时利用电磁力进行驱动采取直线电机模式取得驱动力列车可简化为以下情景：固定在列车下端矩形采取直线电机模式取得驱动力列车可简化为以下情景：固定在列车下端矩形金属框随车平移；轨道区域内存在垂直于金属框平面磁场，磁感应强度沿金属框随车平移；轨道区域内存在垂直于金属框平面磁场，磁感应强度沿OxOx方方向按正弦规律分布，最大值为向按正弦规律分布，最大值为B B0 0，其空间改变周期为，其空间改变周期为2d2d，整个磁场以速度，整个磁场以速度v v1 1沿沿OxOx方向向前高速平移，因为列车沿方向向前高速平移，因为列车沿OxOx方向匀速行驶速度方向匀速行驶速度v v2 2与磁场平移速度不一
7、与磁场平移速度不一样，而且样，而且v v1 1v v2 2，金属框中会产生感应电流，该电流受到向前安培力即为列车，金属框中会产生感应电流，该电流受到向前安培力即为列车向前行驶驱动力设金属框电阻为向前行驶驱动力设金属框电阻为R R，长，长PQ=LPQ=L，宽，宽NP=dNP=d，求：，求：（1 1）如图）如图2 2为列车匀速行驶时某一时刻，为列车匀速行驶时某一时刻，MNMN、PQPQ均处于磁感应强度最大值均处于磁感应强度最大值 处，此时金属框内感应电流大小和方向处，此时金属框内感应电流大小和方向（2 2）列车匀速行驶）列车匀速行驶S S距离过程中，矩形金属线框产生焦耳热距离过程中，矩形金属线框产
8、生焦耳热（3 3）列车匀速行驶时所取得最大驱动力大小，并在图）列车匀速行驶时所取得最大驱动力大小，并在图3 3中定性画出驱动中定性画出驱动 力功率随时间改变在力功率随时间改变在2d/v2d/v1 1 v v2 2 时间内关系图线时间内关系图线第10页第11页第12页练习：练习：一矩形线圈一矩形线圈abcdabcd放置在如图所表示有理想边界匀强磁场放置在如图所表示有理想边界匀强磁场中（中（oooo左边有匀强磁场，右边没有），线圈两端接一只灯泡左边有匀强磁场，右边没有），线圈两端接一只灯泡已知线圈匝数已知线圈匝数n=100n=100，电阻，电阻r=1.0r=1.0，abab边长边长L L1 1=0
9、.5m=0.5m，adad边边长长L L2 2=0.3m=0.3m，小灯泡电阻，小灯泡电阻R=9.0R=9.0，磁场磁感应强度，磁场磁感应强度B=1.010B=1.010-2 2T T线圈以理想边界线圈以理想边界oooo为轴以角速度为轴以角速度=200rad/s=200rad/s按如图所按如图所表示方向匀速转动（表示方向匀速转动（OOOO轴离轴离abab边距离边距离2 L2 L2 2/3/3），以如图所），以如图所表示位置为计时起点求：表示位置为计时起点求：（1 1）在）在0-T/4 0-T/4 时间内，经过小灯泡电荷量；时间内，经过小灯泡电荷量；（2 2）画出感应电动势随时间改变图象）画出感
10、应电动势随时间改变图象 （以（以abcdaabcda方向为正方向，最少画出方向为正方向，最少画出 一个完整周期）；一个完整周期）；（3 3）小灯泡消耗电功率）小灯泡消耗电功率（4 4）转一圈外力做了多少功。）转一圈外力做了多少功。第13页练习：练习：如图所表示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线如图所表示，理想变压器原线圈接有交流电源，当副线圈上滑片圈上滑片P P处于图示位置时，灯泡处于图示位置时，灯泡L L能发光。能发光。要使灯泡变亮，能要使灯泡变亮，能够采取方法有（够采取方法有（）（A A）向下滑动）向下滑动P P （B B）增大交流电源电压）增大交流电源电压（C C）增大交流电源频率）
11、增大交流电源频率 （D D）减小电容器）减小电容器C C电容电容电感、电容在交变电流中分析电感、电容在交变电流中分析第14页问题：请归纳电感、电容对电流作用？问题：请归纳电感、电容对电流作用？第15页第第2 2课时课时 变压器变压器 电能输送电能输送第16页变压器（理想变压器）变压器（理想变压器）n1n2示意图示意图符号符号问题：问题：若要改变输出电压若要改变输出电压U2，你会想到哪些方法？其理由是，你会想到哪些方法？其理由是 什么？怎样理想化？什么？怎样理想化？uVn1n2第17页基基本本关关系系 功率关系功率关系 原线圈输入功率等于副线圈输出功率 电压关系电压关系 原、副线圈电压比等于匝数
12、比,与负载情况、副线圈个数多少无关 电流关系电流关系 只有一个副线圈只有一个副线圈,电流和匝数成反比电流和匝数成反比;多个副线圈多个副线圈,由输入功率和输出功率相等确定电流关系由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系频率关系原、副线圈中电流频率相等 制制约约关关系系 电压电压 副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定 功率功率 原线圈输入功率P1由副线圈输出功率P2决定 电流电流 原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定 理想变压器规律理想变压器规律第18页几个惯用变压器几个惯用变压器不能短路不能短路不能开路不能开路第19页练习：练习：图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变交流
13、电源相连：图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变交流电源相连：P P为滑动头。现令为滑动头。现令P P从均匀密绕副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至从均匀密绕副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯白炽灯L L两端电压等于其额定电压为止。用两端电压等于其额定电压为止。用I I1 1表示流过原线圈电流，表示流过原线圈电流，I I2 2表示流表示流过灯泡电流，过灯泡电流，U U2 2表示灯泡两端电压，表示灯泡两端电压，N N2 2表示灯泡消耗电功率（这里电流、电表示灯泡消耗电功率（这里电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。以下压均指有效值：电功率指平均值）。以下4 4个图中，能
14、够正确反应对应物理个图中，能够正确反应对应物理量改变趋势是量改变趋势是()()A AB BC CD D动态分析：动态分析：明确变与不变，明确变与不变，谁制约谁。谁制约谁。BC 第20页远距离输电（高压输电）远距离输电（高压输电）14223UUUURIF用线 rI1 I3I4n1n2n3n4P1P2P3P4问题：问题：处理远距离输电基本思绪及注意点是什么？处理远距离输电基本思绪及注意点是什么？对对I=P/UI=P/U、I=U/R I=U/R应用，谈谈你看法？应用，谈谈你看法？若若U U2 2加倍，则加倍，则I I2 2是减半还是加倍？是减半还是加倍？第21页练习：练习：在如图所表示电路中，升压变
15、压器和降压变压器均是理在如图所表示电路中，升压变压器和降压变压器均是理想变压器。当发电机输出电压一定，电键想变压器。当发电机输出电压一定，电键K K由由2 2改接为改接为1 1时，以下时，以下说法正确是（说法正确是（）A A电压表读数变大电压表读数变大 B.B.电流表读数变大电流表读数变大C C电流表读数变小电流表读数变小 D.D.输电线损失功率变小输电线损失功率变小问：问：若滑片若滑片P P向上滑，电键向上滑，电键K K接在接在2 2处不动，则上述问题又怎样？处不动，则上述问题又怎样？解题后你有什么思索？跟平时常做题有什么区分？解题后你有什么思索？跟平时常做题有什么区分？第22页练习：练习：
16、某水电站，用总电阻为某水电站，用总电阻为2.52.5输电线输电给输电线输电给500km500km外用外用户，其输出电功率是户，其输出电功率是3 310106 6KWKW。现用。现用500kV500kV电压输电，则以下电压输电，则以下说法正确是（说法正确是（）A.A.输电线上输送电流大小为输电线上输送电流大小为2 210105 5A AB.B.输电线上由电阻造成损失电压为输电线上由电阻造成损失电压为15kV15kVC.C.若改用若改用5kV5kV电压输电，则输电线上损失功率为电压输电，则输电线上损失功率为9 910108 8KWKWD.D.输电线上损失功率为输电线上损失功率为P PU U2 2/
17、r/r，U U为输电电压，为输电电压，r r为输电线为输电线 电阻电阻解题后你对规律应用有什么体会？解题后你对规律应用有什么体会？第23页练习：练习：有一条流量为有一条流量为Q=2mQ=2m3 3/s/s、落差为、落差为h=5mh=5m河流，现利用其发河流，现利用其发电，若发电机总效率为电，若发电机总效率为50%50%，输出电压为，输出电压为240V240V，输电线总电阻，输电线总电阻R=30R=30，允许损失功率为输出功率，允许损失功率为输出功率6%6%，则以下说法中正确是（，则以下说法中正确是（）A A该发电机输出功率为该发电机输出功率为1101105 5W W，用户得到功率为，用户得到功
18、率为 4.710 4.7103 3W W B B输电线输送电流为输电线输送电流为10A10A，输电线电压损失，输电线电压损失300V 300V C C输电所使用理想升压变压器匝数比为输电所使用理想升压变压器匝数比为1111：235 235 D D如用理想变压器送电，则降压变压器输出端可接如用理想变压器送电，则降压变压器输出端可接 “220V “220V，100W”100W”灯泡灯泡500500盏盏第24页试验十一试验十一 传感器简单应用传感器简单应用第25页1 1、传感器工作原理、传感器工作原理非电学量非电学量敏感元件敏感元件转换元件转换元件转换电路转换电路电学量电学量问题：问题：思索上述敏感
19、元件是怎样受非电学量改变而改变？思索上述敏感元件是怎样受非电学量改变而改变？电冰箱、空调、火灾报警器、非接触式测温、自动门、分别电冰箱、空调、火灾报警器、非接触式测温、自动门、分别用什么类型传感器？用什么类型传感器？2 2、敏感元件、敏感元件（1 1）光敏电阻）光敏电阻 （光电传感器）（光电传感器）（2 2）热敏电阻和热电阻）热敏电阻和热电阻 （温度传感器）温度传感器）（3 3）电容式传感器）电容式传感器 （位移传感器）（位移传感器）（4 4）霍尔元件）霍尔元件 （磁传感器）（磁传感器）第26页练习：练习：如图所表示如图所表示,图甲为热敏电阻图甲为热敏电阻RtRt图象图象,图乙为用此热敏电阻图
20、乙为用此热敏电阻R R和继电和继电器组成一个简单恒温箱温控电路器组成一个简单恒温箱温控电路,继电器电阻为继电器电阻为100.100.当线圈电流大于或等当线圈电流大于或等于于20 mA20 mA时时,继电器衔铁被吸合继电器衔铁被吸合.为继电器线圈供电电池电动势为继电器线圈供电电池电动势E=9.0 V,E=9.0 V,内阻内阻能够不计能够不计.图中图中“电源电源”是恒温箱加热器电源是恒温箱加热器电源.问问:(1)(1)应该把恒温箱内加热器接在应该把恒温箱内加热器接在 (填填“A“A、B”B”端或端或“C“C、D”D”端端).).(2)(2)假如要使恒温箱内温度保持假如要使恒温箱内温度保持50,50
21、,可变电阻可变电阻RR阻值应调整为阻值应调整为 .热敏电阻实际应用热敏电阻实际应用第27页光敏电阻传感器光敏电阻传感器 练习：练习：为了节能和环境保护，一些公共场所使用光控开关控制照明系统光控开关为了节能和环境保护，一些公共场所使用光控开关控制照明系统光控开关可采取光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值伴随光照度而发生改变元件可采取光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值伴随光照度而发生改变元件(照度能够反照度能够反应光强弱，光越强照度越大，照度单位为应光强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)lx)某光敏电阻某光敏电阻R ROSOS在不一样照度下阻值在不一样照度下阻值以下表所表示：以下表所表示：(1)(1)依据
22、表中数据，请在图中给定坐标系中描绘出阻值随照度改变曲线，并说明阻依据表中数据，请在图中给定坐标系中描绘出阻值随照度改变曲线，并说明阻值随照度改变特点值随照度改变特点(2)(2)如图所表示，当如图所表示，当1 1、2 2两端所加电压上升至两端所加电压上升至2 V2 V时，控制开关自动开启照明系统，时，控制开关自动开启照明系统，请利用以下器材设计一个简单电路给请利用以下器材设计一个简单电路给1 1、2 2两端提供电压，要求当日色渐暗、照度降两端提供电压，要求当日色渐暗、照度降低至低至1.0 lx1.0 lx时开启照明系统，在虚线框内完成电路原理图时开启照明系统，在虚线框内完成电路原理图(不考虑控制
23、开关对所不考虑控制开关对所设计电路影响设计电路影响)提供器材以下：光敏电阻提供器材以下：光敏电阻R ROSOS(符号，阻值见上表符号，阻值见上表)直流电源直流电源E E(电动势电动势3 V3 V，内阻不计，内阻不计)；定值电阻：；定值电阻：R R1 110 k10 k，R R2 220 k 20 k，R R3 340 40 k(k(限选其中之一并在图中标出限选其中之一并在图中标出),),开关开关S S及导线若干及导线若干照度照度(lx)(lx)0.20.20.40.40.60.60.80.81.01.01.21.2电电阻阻(k)(k)757540402828232320201818第28页力电
24、传感器实际应用力电传感器实际应用(1)(1)托盘还未放物体时托盘还未放物体时,在托盘本身重力作用下在托盘本身重力作用下,P,P1 1离离A A距离距离x x1 1.(2).(2)托盘上托盘上放有质量为放有质量为m m物体时物体时,P,P1 1离离A A距离距离x x2 2.(3)(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点在托盘上未放物体时通常先校准零点,其方法是：调整其方法是：调整P P2 2,使使P P2 2离离A A距距离也为离也为x x1 1,从而使从而使P P1 1、P P2 2间电压为零间电压为零.校准零点后校准零点后,将物体将物体m m放在托盘上放在托盘上,试推导出物体质量试推导出物体
25、质量m m与与P P1 1、P P2 2间电压间电压U U之间函数关系式之间函数关系式.L L、R R、K K、m m0 0、E E为已知为已知如图所表示为某种电子秤原理示意图，如图所表示为某种电子秤原理示意图，AB为一均匀滑线电阻，阻值为为一均匀滑线电阻，阻值为R，长度，长度为为L，两边分别有，两边分别有P1、P2两个滑动头，两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑固定杆可在竖直绝缘光滑固定杆MN上保持上保持水平状态而上下自由滑动弹簧处于原水平状态而上下自由滑动弹簧处于原长时，长时，P1刚好指着刚好指着A端端P1与托盘固定与托盘固定相连若相连若P1、P2间出现电压时，该电压间出现电压时，该电压经过放
26、大，经过信号转换后在显示器上经过放大，经过信号转换后在显示器上将显示物体重力大小已知弹簧劲度系将显示物体重力大小已知弹簧劲度系数为数为k，托盘本身质量为，托盘本身质量为m0，电源电动，电源电动势为势为，内阻不计，当地重力加速度为，内阻不计，当地重力加速度为g第29页第30页专题专题交变电流问题综合应用交变电流问题综合应用第31页练习：练习：如图甲所表示，光滑水平桌面上固定着一根绝缘长直导如图甲所表示，光滑水平桌面上固定着一根绝缘长直导线，能够自由移动矩形导线框线，能够自由移动矩形导线框abcdabcd靠近长直导线静止放在桌面靠近长直导线静止放在桌面上当长直导线中电流按图乙所表示规律改变时上当长
27、直导线中电流按图乙所表示规律改变时(图甲中电流所图甲中电流所表示方向为正方向表示方向为正方向)，则，则()()A A、在、在t t2 2时刻，线框内没有电流，线框不受力时刻，线框内没有电流，线框不受力B B、t t1 1到到t t2 2时间内，线框内电流方向为时间内，线框内电流方向为abcdaabcdaC C、t t1 1到到t t2 2时问内，线框向右做匀减速直线运动时问内，线框向右做匀减速直线运动D D、t t1 1到到t t2 2时间内，线框克服磁场力做功时间内，线框克服磁场力做功过程主要性过程主要性第32页练习：练习：如图甲如图甲(a)(a)所表示是一个振动发电装置所表示是一个振动发电
28、装置,它结构由一个半径为它结构由一个半径为r=0.1m50r=0.1m50匝匝线圈套在辐形永久磁铁槽上组成线圈套在辐形永久磁铁槽上组成,假设磁场磁感线均沿半径方向均匀分布假设磁场磁感线均沿半径方向均匀分布(如图如图甲甲(b)(b)所表示所表示).).线圈运动区域内磁感应强度线圈运动区域内磁感应强度B B大小均为大小均为 T,T,方向不变方向不变.线圈总电线圈总电阻为阻为2,2,它引出线接有它引出线接有88灯泡灯泡L,L,外力推进线圈外力推进线圈P P端端,使线圈做往复运动使线圈做往复运动,便有电便有电流经过灯泡流经过灯泡.当线圈向右位移随时间改变规律如图乙所表示时当线圈向右位移随时间改变规律如
29、图乙所表示时(x(x取向右为正取向右为正):):(1)(1)画出线圈中感应电流随时间改变图象画出线圈中感应电流随时间改变图象(取电流从取电流从aLbaLb为正方向为正方向).).(2)(2)在在0.1 s0.15 s0.1 s0.15 s内推进线圈运动过程中作用力内推进线圈运动过程中作用力.(3)(3)求该发电机输出功率求该发电机输出功率(其它损耗不计其它损耗不计).).第33页 练习：练习：如图所表示如图所表示,矩形裸导线框长边长度为矩形裸导线框长边长度为2L,2L,短边长度为短边长度为L,L,在两个短边上均接有电阻在两个短边上均接有电阻R,R,其余部分电阻不计其余部分电阻不计,导线框一长边
30、导线框一长边与与x x轴重合轴重合,左边坐标左边坐标x=0,x=0,线框内有一垂直于线框平面磁场线框内有一垂直于线框平面磁场,磁磁场感应强度满足关系场感应强度满足关系B=BB=B0 0sin().sin().一光滑导体棒一光滑导体棒ABAB与短边平行与短边平行且与长边接触良好且与长边接触良好,电阻也是电阻也是R,R,开始时导体棒处于开始时导体棒处于x=0 x=0处处,从从t=0t=0时刻起时刻起,导体棒导体棒ABAB在沿在沿x x方向力方向力F F作用下做速度为作用下做速度为v v匀速运动匀速运动.求求:(1)(1)导体棒导体棒ABAB从从x=0 x=0到到x=2Lx=2L过程中力过程中力F
31、F随时间随时间t t改变规律改变规律.(2)(2)导体棒导体棒ABAB从从x=0 x=0到到x=2Lx=2L过程中回路产生热量过程中回路产生热量.第34页练习：练习：如图甲所表示如图甲所表示,相距为相距为L L光滑平行金属导轨水平放置光滑平行金属导轨水平放置,导轨导轨一部分处于以一部分处于以OOOO为右边界匀强磁场中为右边界匀强磁场中,匀强磁场磁感应强度大匀强磁场磁感应强度大小为小为B,B,方向垂直导轨平面向下方向垂直导轨平面向下,导轨右侧接有定值电阻导轨右侧接有定值电阻R,R,导轨电导轨电阻忽略不计阻忽略不计.在距在距OOOO为为L L处垂直导轨放置一质量为处垂直导轨放置一质量为m m、电阻
32、不计、电阻不计金属杆金属杆ab,ab,金属杆金属杆abab与导轨接触良好与导轨接触良好.(1)(1)若若abab杆在恒力作用下由静止开始向右运动杆在恒力作用下由静止开始向右运动3L3L距离距离,其速度其速度位移图象如图乙所表示位移图象如图乙所表示(图中所表示量为已知量图中所表示量为已知量).).求此过程中电求此过程中电阻阻R R上产生焦耳热上产生焦耳热Q QR R及及abab杆在刚要离开磁场时加速度大小杆在刚要离开磁场时加速度大小a.a.(2)(2)若若abab杆固定在导轨上初始位置杆固定在导轨上初始位置,磁场按磁场按B Bt t=Bcos=Bcost t规律由规律由B B减减小到零小到零,在此过程中电阻在此过程中电阻R R上产生电热为上产生电热为Q Q2 2,求求大小大小?第35页第36页