湖北大悟县楚才高级中学高中物理5.2交流电路竞赛试题(卷)

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1、WORD格式可编辑湖北省大悟县楚才高级中学高中物理5.2交流电路竞赛试题5.2.1、交流电路(1)纯电阻电路图5-2-1给电阻R加上一正弦交流电,如图5-2-1所示,其电压u为电流的瞬时值I与U、R三者关系仍遵循欧姆定律。图5-2-2电流最大值,它们的有效值同样也满足在纯电阻电路中,u、i变化步调是一致的,即它们是同相,图5-2-2甲表示电流、电压随时间变化的步调一致特性。图乙是用旋转矢量法来表示纯电阻电路电流与电压相位关系。(2)纯电感电路图5-2-3纯电感电路如图2-1-3所示,自感线圈中产生自感电动势为,电路中电阻R可近似为零,由含源电路

2、欧姆定律有,所以,自感电动势与外加电压是反相的。专业技术资料分享WORD格式可编辑设电路中电流,自感电动势为由于很短,依三角关系展开上式后,近似处理,则为由得由上面可见:图5-2-4a.纯电感电路中电压电流关系:,其中称为感抗()满足,其中,单位:欧姆。b.纯电感电路中,图5-2-4电压、电流相位关系是,电压超前电流,它们的图像和矢量表示如图5-2-5的甲、乙图所示。图5-2-6图5-2-5(3)纯电容电路专业技术资料分享WORD格式可编辑纯电容电路如图5-2-6所示,外加电压u,电容器反复进行充放电,,设所加交变电压,与前面推导方式相同,时间

3、很短,得到则电路中电流有效值为I图5-2-7称为电容的容抗,,单位是欧姆。在纯电容电路中电流与电压的相位关系是:电流超前电压,图5-2-6甲、乙分别反应电流、电压随时间的变化图线和它们的矢量表示图。5.2.2位移电流位移电流不是电荷定向移动的电流。它引起的变化电场,极置于一种电流。为了形象地表明我移电流,可以把它看作是由极板上电荷积累过程即形成的。交流电能通过电容器,是由于电容器在充、放电的过程中,电容器极板上的电荷发生变化,引起电场的变化而形成的。连接电容器的导线中有传导电流通过,而在电容器内存在位移电流。专业技术资料分享WORD格式可编辑我

4、移电流在产生磁场效应上和传导电流完全等效,因为二者都都会在周围的空间产生磁场。我移电流通过介质时不会产生热效应。5.2.3、交流电路中的欧姆定律在交流电路中,电压、电流的峰值或有效值之间关系和直流电路中的欧姆定律相似,其等式为或,式中I、U都是交流电的有效值,Z为阻抗,该式就是交流电路中的欧姆定律。图5-2-8(2)说明由于电压和电流随元件不同而具有相位差,所以电压和电流的有效值之间一般不是简单数量的比例关系。a、在串联电路中,如图图5-2-8所示,以R、L、C为例,总电压不等于各段分电压的和,。因为电感两端电压相位超前电流相位电容两典雅电压相

5、位落后电流相位。所以R、L、C上的总电压,决不是各个元件上的电压的代数和而是矢量和。以纯电阻而言,以纯电感而言,以纯电容而言,专业技术资料分享WORD格式可编辑图5-2-9图5-2-10合成的总电压。则,得。而电压和电流的相位差(图5-2-9)。b、在并联电路中,如图5-2-10所示,以R、L、C为例,每个元件两端的瞬时电压都相等为U。每分路的电流和两端电压之间关系为,,。不同元件上电流的相位也各有差异。纯电感上电流相位落后于纯电阻电流相位,纯电容上电流相位超前纯电阻电流相位。所以分电流的矢量和即总电流专业技术资料分享WORD格式可编辑令得。5

6、.2.4、交流电功率在交流电中电流、电压队随时间而变,因此电流和电压的乘积所表示的功率也将随时间而变。跟交流电功率有关的概念有:瞬时功率、有功功率、视在功率(又叫做总功率)、无功功率、以及功率因素。a.瞬时功率。由瞬时电流和电压的乘积所表示的功率。,它随时间而变。在任意电路中,与u之间存在相位差。在纯电阻电路中,电流和电压之间无相位差,即,瞬时功率。b.有功功率。用电设备平均每单位时间内所用的能量,或在一个周期内所用能量和时间的比。在纯电阻电路中,纯电阻电路中有功功率和直流电路中的功率计算方法表示完全一致,电压和电流都用有效值来计算。在纯电感电

7、路中(电压超前电流),专业技术资料分享WORD格式可编辑在纯电容电路中(电流超前电压),以上说明电感电路或电容电路中能量只能在电路中互换,即电容与电源、电感与电源之间交换能量,对外无能量交换,所以它们的有功功率为零。对于一般电路的平均功率c.视在功率(S)。在交流电路中,电流和电压有效值的乘积叫做视在功率,即。它可用来表示用电器(发电机或变压器)本身所容许的最大功率(即容量)。图5-2-11d.无功功率(Q)。在交流电路中,电流、电压的有效值与它们的相位差的正弦的乘积叫做无功功率,即。它和电路中实际消耗的功率无关,而只表示电容元件、电感元件和电

8、源之间的能量交换的规模。有功功率,无功功率和视在功率之间的关系,可用如图3-1-74所示的所谓功率三角形来表示。e.功率因数。发电机输送给负载的有功功

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