高中物理知识全解 2.7 电能的输送

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1、高中物理知识全解2.7电能的输送一：正弦式交变电流发电机原理基础知识：1、大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫交变电流，简称交流（AC）2、方向不随时间变化的电流称为直流（DC）（大小、方向均不随时间变化的电流叫恒定直流电）①正弦式交变电流发电机I、由甲图到乙图的过程，感应电流方向为,且感应电流逐渐增大。II、由乙图到丙图的过程，感应电流方向为,且感应电流逐渐减小。III、由丙图到丁图的过程，感应电流方向为,且感应电流逐渐增大。IV、由丁图到戊图的过程，感应电流方向为,且感应电流逐渐减小。中性面：物理学中把线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面

2、（如上图甲，丙、戊）。(1)线圈平面转到中性面时刻：，最大，此时刻线圈没有切割磁感线故此时刻，（如上图甲，丙、戊），电流方向在中性面前后发生改变。线圈平面每经过中性面后，感应电流的方向就改变一次，因此线圈转动一周（即一个周期范围内），感应电流的方向就改变两次。(2)线圈平面与中性面垂直时刻，，，此时刻线圈垂直切割磁感线故此时刻最大，最大（如上图乙，丁），电流方向前后不变。(3)线圈从中性面开始转动的过程中，电流从零逐渐增大到最大，再由最大逐渐减小，到下一个中性面时刻变为零。2、定量分析假设AB长为L1，BC长为L2，转动的角速度为，磁感应强度为

3、B，则AB边产生的感应电动势：而AB边的线速度：=同理可得：若线圈ABCD经过中性面时刻开始计时，则，令【是感应电动势的最大值，也叫做峰值】由于电动势按正弦规律变化，所以当负载接电灯等用电器时，负载两端的电压、通过的电流，也按正弦规律变化即：，【例题】下图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示固定轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是（）【例题】将硬导线中间一段折成半圆形，使其半径为r(m)，让它在磁感应强度为B(T)、方向如下图所示的匀强磁场中绕轴MN匀速转动，转速为n(r/s)，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有阻值为R(Ω)的电阻

4、，其余部分的电阻不计，则()A．通过电阻R的电流恒为B．电阻R两端的电压的最大值为Bnπ2r2C．半圆导线从图示位置转过180°的过程中，通过电阻R的电荷量为D．电阻R上消耗的电功率为领悟：上题中半圆形导线切割磁感线的线速度大小处处不等。【例题】如下图所示，导体棒ab两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆环上，圆环通过电刷与导线c、d相接．c、d两个端点接在匝数比n1∶n2＝10∶1的变压器原线圈两端，变压器副线圈接一滑动变阻器R0.匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下，导体棒ab长为l(电阻不计)，绕与ab平行的水平轴(

5、也是两圆环的中心轴)OO′以角速度ω匀速转动．如果滑动变阻器的阻值为R时，通过电流表的电流为I，则()A．滑动变阻器上消耗的功率为P＝10I2RB．变压器原线圈两端的电压U1＝10IRC．取ab在环的最低端时t＝0，则导体棒ab中感应电流的表达式是i＝IsinωtD．ab沿环转动过程中受到的最大安培力F＝BIl【例题】一正弦交变电流发电机的电动势为，若将此发电机的转速和磁场强度均增加一倍，试写出该发电机此后的电动势的表达式。解：，当转速提高一倍时，磁感应强度增加一倍时，。【例题】发电机产生的按正弦规律变化的电动势最大值为311V，其线圈共100

6、匝，在匀强磁场中匀速转动的角速度为100πrad/s,从线圈经过中性面开始计时。（1）写出当时的瞬时表达式。（2）此发电机与外电路组成闭合电路时，总电阻为100Ω，求时的电流。（3）线圈转过180°的过程中，电动势的平均值，电动势达到的最大值各是多少？（4）磁通量变化率的最大值是多少？②以中性面为参考面，转子与中性面成夹角时刻开始计时，正弦式交变电流的表达式1、为峰值。2、是转子与中性面开始计时时刻的夹角（即初相）。3、是转子转动的角速度，故正弦式交变电流的周期（为正弦式交变电流的频率）4、是正弦式交变电流的相位，其中是正弦式交变电流的初相。5

7、、为相位差。例：如果两正弦式交变电流的周期或频率相等，其初相分别为，则它们的相位差为：是个常数，不随时间变化，这时我们说这两支正弦式交变电流“具有确定的相位差”。注意：相位差是个很重要的物理量。例：不同的交流发电机在向同一个电网供电的时候，它们的相位必须完全相同，即相位差必须保持为零，不然的话，轻则会使输电效率降低，严重时会损坏输电设备。注意：理解交变电流的峰值，瞬时值，有效值的物理意义及它们之间的关系和正确运用。（此类问题在恒定直流电中有详细讲述，不同类型的交变电流的峰值和有效值之间的关系是不一样的）例：正弦式交变电流有效值与峰值的关系：拓展

8、：正弦式交变电流在一个周期内的平均感应电动势*I、数学平均感应电动势考虑感应电动势方向变化对问题的影响，这样求解的平均感应电动势叫做数学平均感应电动势