|
自感現(xiàn)象與交變電流都是電磁感應(yīng)的應(yīng)用和延伸． 一、關(guān)于自感現(xiàn)象 自感現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生了自感電動(dòng)勢(shì),，自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙導(dǎo)體中原來(lái)電流的變化,。注意，“阻礙”不是“阻止”,，電流仍在變化． 自感電動(dòng)勢(shì)大小跟自身電流變化的快慢有關(guān)．電流變化越快,，自感電動(dòng)勢(shì)越大，所以自感電動(dòng)勢(shì)大小與電流的變化率  成正比關(guān)系．即 ．自感電動(dòng)勢(shì)與電流I,、電流的變化量ΔI無(wú)關(guān)．要正確區(qū)分I,、ΔI、．在i － t 圖象中，是圖線上各點(diǎn)切線的斜率大小.式中的比例常數(shù)L為自感系數(shù)．自感電動(dòng)勢(shì)的作用：自感電動(dòng)勢(shì)阻礙自身電流變化,，“阻礙”的實(shí)質(zhì)是使電流不發(fā)生“突變”,，使其變化過(guò)程有所延緩．自感電動(dòng)勢(shì)阻礙自身電流變化的結(jié)果，會(huì)給其他電路元件的電流產(chǎn)生影響．  作為自感現(xiàn)象的應(yīng)用,，自感現(xiàn)象燈泡是否閃亮,要看后來(lái)的電流是否比原來(lái)大,若是,則閃亮.如圖1的電路斷電時(shí),，線圈中產(chǎn)生的自右向左的自感電流，是從穩(wěn)定時(shí)的電流 開(kāi)始減小的,。若 （ 為線圈的直流電阻）,，在電鍵S閉合穩(wěn)定后，流過(guò)電燈的自右向左的電流 小于流過(guò)線圈的自右向左的電流,，在S斷開(kāi)的瞬間,，才可以看到電燈更亮一下后才熄滅。若 ,，在S斷開(kāi)的瞬間,，電燈亮度是逐漸減弱的。例1 在如圖2所示的電路（a）,、（b）中,，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小．接 通K,，使電路達(dá)到穩(wěn)定,，燈泡S發(fā)光．（ ）A．在電路（a）中，斷開(kāi)K,，S將漸漸變暗 B．在電路（a）中,，一斷開(kāi)K，S將先變得更 亮,，然后漸漸變暗 C．在電路（b）中,，斷開(kāi)K，S將漸漸變暗 D．在電路（b）中,，斷開(kāi)K,，S將先變得更亮， 然后漸漸變暗． 圖2 解析在電路（a）中,，設(shè)通過(guò)線圈L的電流為 ,，通過(guò)S及R的電流為 和 ．同理，設(shè)電路（b）中通過(guò)L,、S,、R的電流分別為 ．很明顯：．當(dāng)斷開(kāi)K時(shí)，線圈L相當(dāng)于電源,，產(chǎn)生了自感電動(dòng)勢(shì),，在L,、R、S回路中產(chǎn)生自感電流．在電路（a）中,，自感電流從 逐漸減小,，燈泡S逐漸變暗,；在電路（b）中,，自感電流從 逐漸減小，因?yàn)?sub style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px;"> ,，所以燈泡S先變得更亮,，在后漸漸變暗．答案A、D 例2如圖3所示,A,、B是完全相同的兩個(gè)小燈泡,L為自感系數(shù)很大,、電阻可以忽略的帶鐵芯的線圈,則( )A．電鍵S閉合的瞬間,A、B同時(shí)發(fā)光,隨后A燈變暗,B燈變亮 B．電鍵S閉合的瞬間,B燈亮,A燈不亮 C．?dāng)嚅_(kāi)電鍵S的瞬間,A,、B燈同時(shí)熄滅 D．?dāng)嚅_(kāi)電鍵S的瞬間.B燈立即熄滅,A燈突然閃亮一下再熄 圖3 解析L為自感系數(shù)很大,、電阻可以忽略的帶鐵芯的線圈,電鍵S閉合的瞬間,產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙線圈支路，A,、B同時(shí)發(fā)光,隨后A燈變暗,B燈變亮,；斷開(kāi)電鍵S的瞬間.B燈立即熄滅,A燈突然閃亮一下再熄滅。 答案 A,、D 點(diǎn)評(píng)對(duì)于理想線圈（無(wú)直流電阻的線圈）,，它的三個(gè)狀態(tài)分別是指線圈通電瞬間、通電穩(wěn)定狀態(tài)和斷電瞬間狀態(tài)．在通電開(kāi)始瞬間應(yīng)把自感線圈看成斷開(kāi),，通電穩(wěn)定時(shí)可把理想線圈看成導(dǎo)線或被短路來(lái)分析問(wèn)題．?dāng)嚯姇r(shí)線圈可視為一瞬間電流源（自感電動(dòng)勢(shì)源）,，它可以使閉合電路產(chǎn)生電流． 二、關(guān)于交變電流 對(duì)交變電流考查的“三突出”：一是突出考查交變電流的產(chǎn)生過(guò)程,；二是突出考查交變電流的圖象和交變電流的四值,；三是突出考查變壓器與遠(yuǎn)距離輸電． 例3 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ω，線圈內(nèi)電阻為r,，外電路電阻為R,。當(dāng)線圈由圖4中實(shí)線位置勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90°到達(dá)虛線位置過(guò)程中，則( )A．通過(guò)R的電荷量q為 B．R上產(chǎn)生電熱QR為C．外力做的功W為 D．通過(guò)R的電荷量為解析 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,。 答案 C,、D 點(diǎn)評(píng)交變電流的最大值、瞬時(shí)值,、有效值,、平均值都有其對(duì)應(yīng)的適用條件，特別注意對(duì)交流電有效值的理解和計(jì)算,，在解題中應(yīng)注意區(qū)分．（1）瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值,，它是反映不同時(shí)刻交流電的大小和方向。（2）最大值：交變電流的變化過(guò)程中所能達(dá)到最大數(shù)值,，也叫峰值．它反映的是交流電大小的變化范圍,，將電容器接在交流電路中時(shí)，要求交變電壓的最大值不能超過(guò)電容器的耐壓值,。（3）平均值：用法拉第電磁感應(yīng)定律 ·求得的即是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值,，當(dāng)然可進(jìn)一步求感應(yīng)電流的平均值。（4）有效值：交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的,，正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系是：,，，,；對(duì)于非正弦交流電的有效值需要根據(jù)有效值根據(jù)定義來(lái)求,；注意在交流電路中，電表的測(cè)量值,、計(jì)算電功用的電流和電壓值,、電器設(shè)備上所標(biāo)的額定電流和電壓值均指的是有效值例4 一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1,，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖5甲所示,，副線圈所接電路如圖5乙所示，P為滑動(dòng)變阻器的觸頭,。則（ ） A．副線圈輸出電壓的頻率為50Hz B．副線圈輸出電壓的有效值為31V C．P向右移動(dòng)時(shí),，原、副線圈的電流比減小 D．P向右移動(dòng)時(shí),，變壓器的輸出功率增加 圖5 解析對(duì)于 A.周期 ,，頻率，所以A正確,；對(duì)于B.原線圈輸入電壓的有效值為,，所以，副線圈輸出電壓的有效值為,，所以B錯(cuò)誤,；對(duì)于C.根據(jù),，所以，不變,。所以C錯(cuò)誤,；對(duì)于D.變壓器的輸出功率，P向右移動(dòng)時(shí),，電阻變小,，變壓器的輸出功率增加，所以D正確,。點(diǎn)評(píng)處理與變壓器相關(guān)的電路問(wèn)題時(shí),，一般將電路分成原線圈回路,、副線圈回路分別考慮,，用變壓器的相關(guān)公式處理兩回路的關(guān)系。分析變壓器動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題的思路模型： 對(duì)于含理想變壓器交流電路的動(dòng)態(tài)分析首先要知道哪些是不變的量,，哪些是變化的量,，變化的量之間存在哪些定量關(guān)系和決定關(guān)系。在這里必須掌握的三個(gè)制約關(guān)系是：（1）電壓制約關(guān)系——當(dāng)變壓器原,、副線圈的匝數(shù)比（）一定時(shí),，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U2=,。（2）電流制約關(guān)系——當(dāng)變壓器原,、副線圈的匝數(shù)比（）一定，且輸入電壓U1確定時(shí),，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定,，即I1=。（3）負(fù)載制約關(guān)系——①變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載情況決定,，即P2=P負(fù)1+P負(fù)2+……,；②變壓器副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2確定，即I2=,。 練習(xí) 1．在如圖6所示的電路中,，a、b為兩個(gè)完全相同的燈泡,，L為自感線圈,，E為電源，S為開(kāi)關(guān),。關(guān)于兩燈泡點(diǎn)亮和熄滅的先后次序（ ） A．合上開(kāi)關(guān),，a先亮，b后亮,；斷開(kāi)開(kāi)關(guān),，a,、b同時(shí)熄滅 B．合上開(kāi)關(guān)，b先亮,，a后亮,；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，a先熄滅,，b后熄滅 C．合上開(kāi)關(guān),，b先亮，a后亮,；斷開(kāi)開(kāi)關(guān),，a、b同時(shí)熄滅 D．合上開(kāi)關(guān),，a,、b同時(shí)亮；斷開(kāi)開(kāi)關(guān),，b先熄滅,，a后熄滅 圖6 2．如圖7所示，多匝線圈和電池的內(nèi)阻均為零,，兩個(gè)電阻的阻值均為R,，電鍵K原來(lái)打開(kāi)著，電路中的電流為I0．現(xiàn)閉合電鍵K,，將一個(gè)電阻短路,，于是線圈中有自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，此自感電動(dòng)勢(shì)（ ） A．有阻礙電流的作用,，最后電流由I0 減小到零 B．有阻礙電流的作用,，最后總電流小于I0 C．有阻礙電流增大的作用，因而電流保持為I0不變 D．有阻礙電流增大的作用,，但電流最后還是增大為2I0 圖7 3．中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的1000kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程,。假設(shè)甲、乙兩地原采用500kV的超高壓輸電,，輸電線上損耗的電功率為P,。在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電,，若不考慮其他因素的影響,，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)椋?span lang="EN-US" style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; border-top-width: 0px; border-right-width: 0px; border-bottom-width: 0px; border-left-width: 0px; border-style: initial; border-color: initial; border-image: initial;"> ） A．P/4 B．P/2 C．2P D．4P 參考答案 1． C 2． D 3． A |
|
|
