全品复习方案2018高考物理大一轮复习第11单元交变电流传感器听课手册

1第十一单元交变电流传感器高考纵览内容要求2012年课标全国卷2013年2014年2015年2016年卷Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅰ卷Ⅱ卷Ⅲ交变电流、交变电流的图像Ⅰ正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ211621理想变压器Ⅱ1721161619远距离输电Ⅰ考情分析1.交变电流是电磁感应现象的应用，高考着重考查的知识点有：交变电流的产生、交变电流图像及表述(峰值、有效值、瞬时值)、理想变压器原理及远距离输电，理想变压器电路中原、副线圈各物理量之间的制约关系是复习重点．2．高考对本单元的考查一般以生产、生活实际及近代科技问题为背景，考查理想变压器的应用、含变压器电路动态分析及远距离输电问题.第28讲交变电流的产生及描述教材知识梳理一、交变电流1．定义：________随时间做周期性变化的电流．2．图像：如图11­28­1(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图(a)所示．图11­28­12二、描述交变电流的物理量1．峰值：Em＝________(N：线圈的匝数；S：线圈处于磁场中的有效面积；ω：线圈转动的角速度；B：磁场的磁感应强度)．2．瞬时值：反映某一时刻交变电流的________和________．3．有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流值，即让交流电和直流电通过相同阻值的电阻，如果在相同时间内产生的________相等，则直流电的数值就是交流电的有效值．4．平均值：用法拉第电磁感应定律E＝________求解．5．周期和频率(1)周期：完成一次周期性变化所需要的________；(2)频率：每秒钟完成周期性变化的________；(3)周期、角速度和频率的关系：T＝1f，ω＝2πT＝2πf.【思维辨析】(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，一定会产生正弦式交变电流．()(2)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为零，电流方向发生改变．()(3)交流电压表和电流表测量的是交流电的峰值．()(4)交变电流的峰值总是有效值的2倍．()(5)线圈在磁场中每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都改变一次．()(6)可以用平均值计算交变电流产生的热量．()考点互动探究考点一交变电流的产生及规律1.正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．(2)两个特殊位置的特点：①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e最大，i最大，电流方向不改变．(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次．(4)交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关．2．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图像磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt3电压u＝Umsinωt＝REmR＋rsinωt电流i＝Imsinωt＝EmR＋rsinωt1一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动，线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图11­28­2所示．已知匀强磁场的磁感应强度为B，则结合图中所给信息可判定()图11­28­2A．t1时刻穿过线框的磁通量为BL2B．t2时刻穿过线框的磁通量为零C．t3时刻穿过线框的磁通量变化率为零D．线框转动的角速度为EmBL2式题一不动的矩形线圈abcd处于范围足够大的可转动的匀强磁场中，如图11­28­3所示．该匀强磁场是由一对磁极N、S产生，磁极以OO′为轴匀速转动．在t＝0时刻，磁场的方向与线圈平行，磁极N开始离开纸面向外转动，规定a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图像是()图11­28­3图11­28­3考点二交变电流“四值”的理解和应用物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝EmR＋r讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值用于正(余)弦式电流：(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功4E＝Em2U＝Um2I＝Im2率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图像中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值E＝nΔΦΔtI＝ER＋r计算通过电路截面的电荷量考向一交变电流瞬时表达式的书写2图11­28­4甲是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路．图乙是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示．已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动．(只考虑单匝线圈)(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ0角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式．图11­28­4■方法技巧书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．①若线圈从中性面位置开始转动，则i­t图像为正弦函数图像，函数式为i＝Imsinωt.②若线圈从垂直中性面位置开始转动，则i­t图像为余弦函数图像，函数式为i＝Imcos5ωt.考向二有效值的计算和应用3如图11­28­5所示，实验室一台手摇交流发电机内阻r＝1Ω，外接R＝9Ω的电阻．闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝102sin10πt(V)，则()图11­28­5A．该交变电流的频率为10HzB．该电动势的有效值为102VC．外接电阻R所消耗的电功率为10WD．电路中理想交流电流表的示数为1A考向三平均值和有效值的比较4(多选)如图11­28­6所示，一矩形线圈面积为S，匝数为N，内阻为r，绕其垂直于磁感线的对称轴OO′以角速度ω匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，从图示位置转90°的过程中，下列说法正确的是()图11­28­6A．通过电阻R的电荷量q＝πNBS22（R＋r）B．通过电阻R的电荷量q＝NBSR＋rC．外力做功平均功率P＝N2B2S2ω22（R＋r）D．从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsinωt■注意事项(1)明确交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的意义，有效值是与交变电流的热效应等效的恒定电流值，一般情况下交流电的电压、电流及电功率指的都是有效值，电容器的击穿电压应大于交流电的峰值；(2)计算线圈某时刻的受力情况时应使用电流的瞬时值；计算电功、电功率、电热等与电流的热效应有关的量时应使用有效值，保险丝的熔断电流为有效值；计算通过导线横截面的电荷量时应使用电流在一段时间内的平均值．考点三特殊交变电流的有效值计算5图11­28­7为交变电流随时间变化的图像，则交变电流有效值为()6图11­28­7A．52AB．5AC.722AD．3.5A■题根分析此题为矩形波交变电流，可以根据定义计算，在一个周期内交变电流产热等于恒定电流产热．常见的交变电流的有效值计算方法1．公式法利用E＝Em2、U＝Um2、I＝Im2计算，只适用于正(余)弦式交变电流．2．利用有效值的定义计算(非正弦式电流)计算时“相同时间”取一个周期或周期的整数倍．3．利用能量关系当有电能和其他形式的能转化时，可利用能量守恒定律求有效值．■变式网络式题1家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦交变电压的波形截去一部分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，比过去用变压器调压方便且体积小．电压经电子调光灯调整后波形如图11­28­8所示，求灯泡两端的电压的有效值．图11­28­87式题2[2015·太原期中]图11­28­9为某一交变电流图像，在第1个周期内，0～1×10－2s电流恒为1A，1×10－2～2×10－2s的电流波形为正弦式交变电流的后半周期波形，求该交变电流的有效值．图11­28­9式题3[2015·郑州模拟]某研究小组成员设计了一个如图11­28­10所示的电路，与定值电阻R并联的电表是一个理想交流电压表，D是理想二极管(它的导电特点是正向电阻为零，反向电阻为无穷大)．在A、B间加一交流电压，其瞬时值的表达式为u＝202sin100πt(V)，则交流电压表示数为()8图11­28­10A．10VB．20VC．15VD．14.1V第29讲变压器远距离输电教材知识梳理一、变压器1．变压器的构造：变压器由原线圈、副线圈和闭合________组成．2．理想变压器：不考虑铜损(线圈电阻产生的热量)、铁损(涡流产生的热量)和漏磁的变压器，即理想变压器原、副线圈的电阻均为________，变压器的输入功率和________相等．3．基本关系(1)功率关系：________；(2)电压关系：________；(3)电流关系：________．二、远距离输电1．输电导线上的能量损失：输电线的电阻R发热产生热量，表达式为________．2．减小输电线电能损失的主要途径：(1)减小输电线的________；(2)采用________输电．3．高压输电过程：如图11­29­1所示．图11­29­1(1)输电线电压损失：ΔU＝________＝________；(2)输电线功率损失：ΔP＝________＝________．【思维辨析】(1)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用．()(2)变压器不但能改变交变电流的电压，还能改变交变电流的频率．()(3)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压．()(4)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小．()(5)增大输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失．()(6)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的热损耗．()考点互动探究考点一理想变压器1.变压器的工作原理2．理想变压器的基本关系电压原线圈电压U1和匝数比决定副线圈电压U29功率副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入电流副线圈电流I2和匝数比决定原线圈电流I1考向一基本关系的应用1(多选)如图11­29­2所示，将额定电压为60V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上．闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A．以下判断正确的是()图11­29­2A．变压器输入功率为484WB．通过原线圈的电流的有效值为0.6AC．通过副线圈的电流的最大值为2.2AD．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3考向二变压器原线圈与用电器串联问题2(多选)[2016·全国卷Ⅲ]如图11­29­3所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是()图11­29­3A．原、副线圈匝数比为9∶1B．原、副线圈匝数比为1∶9C．此时a和b的电功率之比为9∶1D．此时a和b的电功率之比为1∶9考向三变压器副线圈含二极管问题3(多选)如图11­29­4所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表A接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大．用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则()图11­29­4A．Uab∶U