人教版（2019）高中物理选择性必修第二册 第三章《交变电流》单元知识清单（原卷+解析卷）

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第三章 交变电流知识梳理第1节 交变电流一、交变电流1．恒定电流大小和方向都不随时间变化的电流。2．直流方向不随时间变化的电流。3．交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流，简称交流。4．交变电流的图像(1)波形图：电压或电流随时间变化的图像。(2)观察方法：用示波器或电压传感器观察。5．日常使用的各种充电器能把交变电流变成低压直流。二、交变电流的产生和变化规律1．交变电流的产生(1)产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴转动。(2)过程分析(如图所示)(3)感应电流随时间变化的曲线2．正弦式交变电流①表达式：e＝Emsin_ωtu＝Umsin_ωti＝Imsin_ωt其中Em、Um、Im分别为电动势、电压、电流的峰值。②图像(如图所示)三、交流发电机1．基本组成：产生感应电动势的线圈(电枢)和产生磁场的磁体。2．分类(1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动，输出电压一般不超过500 V。(2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动，能够产生几千伏到几万伏的电压，输出功率可达几百兆瓦。3．工作过程：发电机的转子由蒸汽轮机、水轮机等带动，蒸汽轮机、水轮机将机械能传递给发电机，发电机将机械能转化为电能，输送给外电路。交变电流的描述一、周期和频率1．周期交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫作交变电流的周期，通常用T表示，单位是秒。2．频率交变电流完成周期性变化的次数与所用时间之比，叫作交变电流的频率，通常用f表示，单位是赫兹。3．角速度ω(1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的角度。(2)单位：弧度每秒(rad/s)。(3)意义：角速度越大，则交变电流变化越快。4．周期(T)、频率(f)及角速度(ω)之间的关系(1)周期和频率之间的关系为T＝eq \a\vs4\al(\f(1,f))或f＝eq \a\vs4\al(\f(1,T))。(2)角速度与周期、频率之间的关系为ω＝eq \f(2π,T)＝2πf。5．转速n(1)定义：产生交变电流的线圈单位时间内转过的圈数。(2)单位：转每秒(r/s)。(3)意义：转速越大，交变电流变化越快。6．我国民用交变电流的周期和频率(1)周期：T＝0.02 s。(2)频率：f＝50 Hz。二、峰值和有效值1．峰值(1)定义：交变电流的电压、电流所能达到的最大数值。(2)应用：电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值。2．有效值(1)定义：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则把这个恒定电流的电流I、电压U叫作这一交变电流的有效值。(2)应用①交流用电设备上所标的额定电压和额定电流都是有效值。②交流电压表测量的数值为有效值。③无特别说明时，提到的交变电流的数值为有效值。3．正弦式交变电流的有效值与峰值的关系(1)电动势的有效值：E＝eq \f(Em,\r(2))＝0.707Em。(2)电流的有效值：I＝eq \f(Im,\r(2))＝0.707Im。(3)电压的有效值：U＝eq \f(Um,\r(2))＝0.707Um。三、正弦式交变电流的公式和图像变压器一、变压器的原理1．变压器的构造变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成，如图所示。(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫初级线圈。(2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈。2．变压器的工作原理变压器工作的基础是互感现象。电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势。3．作用改变交变电流的电压。4．理想变压器没有能量损失的变压器叫作理想变压器。理想变压器是一个理想化模型。二、电压与匝数的关系1．电压与匝数的关系理想变压器原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)。2．两类变压器副线圈的电压比原线圈电压低的变压器叫降压变压器；副线圈的电压比原线圈电压高的变压器叫升压变压器。3．变压器的效率变压器的输出功率与输入功率之比，叫作变压器的效率。第4节 电能输送一、降低输电损耗的两个途径1．输送电能的基本要求(1)可靠：保证供电线路可靠地工作，故障少。(2)保质：保证电能的质量——电压和频率稳定。(3)经济：输电线路建造和运行的费用低，电能损耗少。2．输电线上的功率损失：P＝I2r，I为输电电流，r为输电线的电阻。3．降低输电损耗的两个途径(1)减小输电线的电阻：在输电距离一定的情况下，为了减小输电线的电阻，应当选用电阻率小的金属材料，还要尽可能增加线的横截面积。(2)减小输电导线中的电流：为减小输电电流，同时又要保证向用户提供一定的电功率，就要提高输电电压。前一种方法的作用十分有限，一般采用后一种方法。4．高压输电(1)现代远距离输电都采用高压输电。目前我国远距离输电采用的电压有110 kV、220 kV、330 kV，输电干线已采用500 kV和750 kV的超高压，西北电网甚至达到1 100 kV的超高压。(2)输电电压并不是越高越好。电压越高，对输电线路绝缘性能和变压器的要求就越高，线路修建费用会增多。(3)实际输送电能时，要综合考虑输送功率的大小、距离的远近、技术和经济等要求，选择合适的输电电压。二、电网供电1．远距离输电基本原理在发电站内用升压变压器升压，然后进行远距离输电，在用电区域通过降压变压器降到所需的电压。2．电网通过网状的输电线、变电站，将许多电厂和广大用户连接起来，形成全国性或地区性的输电网络。3．电网输电的优点(1)降低一次能源的运输成本，获得最大经济效益。(2)减少断电的风险，调剂不同地区电力供需的平衡，保障供电的质量。(3)合理地调度电力，使电力的供应更加可靠，质量更高。物理量函数表达式图像峰值和有效值的关系电动势e＝Emsin ωt＝Emsin eq \f(2π,T)tEm＝eq \r(2)E电压u＝Umsin ωt＝Umsin eq \f(2π,T)tUm＝eq \r(2)U电流i＝Imsin ωt＝Imsin eq \f(2π,T)tIm＝eq \r(2)I