2017届高三物理一轮复习课件：专题十一 交变电流

知识清单方法一正弦交变电流图象的应用技巧正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来,图象描述的是交变电流随时间变化的规律,它是一条正弦曲线,如图所示,从图中我们可以找出正弦交变电流的最大值Im、周期T,也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零、感应电流i为零、线圈中的磁通量最大的特点,找出线圈旋转到中性面的时刻,即线圈中磁通量最大的时刻是0时刻、t2时刻和t4时刻。也可以根据线圈旋转至平行于磁感线时,感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点,找出线圈平行于磁感线的时刻是t1时刻和t3时刻。 突破方法例1(2013山东理综,17,5分)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场, 为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是 () A.电流表的示数为10AB.线圈转动的角速度为50πrad/sC.0.01s时线圈平面与磁场方向平行D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左解析由题图乙知Im=10 A,I= =10A,A正确。T=2×10-2s,ω= =100πrad/s,B错误。t=0.01s时,i=Im,此时线圈平面与磁场方向平行,C正确。由右手定则判定0.02s时电阻R中电流方向自左向右,D错误。答案AC1-1在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图甲所示,产生的交变电动势的图象如图乙所示,则 () 2m2I2TA.t=0.005s时线框的磁通量变化率为零B.t=0.01s时线框平面与中性面重合C.线框产生的交变电动势有效值为311VD.线框产生的交变电动势频率为100Hz答案B解析线框中感应电动势与磁通量的变化率成正比,而t=0.005s时e最大,故A错误。t=0.01s时e=0,故B正确。电动势有效值为311× V≈220V,故C错误。周期T=0.02s,频率f= =50Hz,故D错误。221T方法二理想变压器的动态分析技巧理想变压器的几个制约关系。当理想变压器的匝数比不变时,如图所示,各量相互关系如下: (1)输入电压U1决定输出电压U2。这是因为输出电压U2= U1,当U1不变时,不论负载电阻R变化与否,U2都不会改变。(2)输出电流I2决定输入电流I1,在输入电压U1一定的情况下,输出电压U2也被完全确定。当负载电阻R增大时,I2减小,则I1相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,则I1相应增大。因此在使用变压器时,不能使变压器副线圈短路。(3)输出功率P2决定输入功率P1,理想变压器的输入功率与输出功率相等,即P1=P2。在输入电压U21nn1一定的情况下,当负载电阻R增大时,I2减小,则变压器输出功率P2=I2U2减小,输入功率P1也将相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,变压器的输出功率P2=I2U2增大,则输入功率P1也将增大。(4)理想变压器中相关物理量间的制约关系的分析程序可表示为:U1 U2 I2 I1 P1。注意(1)变压器只能改变交流电压,若原线圈加直流电压,则副线圈输出电压为零,并且由于线圈对直流电无感抗,而使电流很大(相当于短路),易损坏直流电源。(2)对“日”字形铁芯的变压器 ≠ ,因为穿过原、副线圈的磁通量的变化率不等。(3)只有一个副线圈的变压器电流与匝数成反比,多个副线圈的变压器没有这种关系。例2(2014广东理综,19,6分)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合电键S,下列说法正确的是 ()12UU12nn A.P向下滑动时,灯L变亮B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大解析对于理想变压器U2= U1,U1不变则U2不变,与调节P无关,故B正确。又UL=U2,所以灯的亮度不变,A错。P向上滑动时RP减小,则R总减小,P出= 增大,P入=P出=U1I1,所以I1增大,可知C错误,D正确。答案BD21nn22UR总2-1图中B为理想变压器,接在交变电压有效值保持不变的电源上。指示灯L1和L2完全相同(其阻值均恒定不变),R是一个定值电阻,电压表、电流表都为理想电表。开始时开关S是闭合的,当S断开后,下列说法正确的是 () A.电流表A2的示数变大B.电压表的示数变大C.电流表A1的示数变小D.灯L1的亮度变暗答案C解析变压器输出电压由输入电压和匝数比决定,S断开后输入电压和匝数比不变,所以电压表的示数不变;但负载电阻变大,则输出电流变小,A2的示数变小;输出、输入功率变小,则A1的示数变小;因R上电压变小,则L1上电压变大,亮度变亮。故只有C对。方法三远距离输电的分析技巧远距离输电时,由于输电线路上存在电阻,根据电流热效应Q=I2Rt,总有一部分电能损失在输电线路上,减小线路上的电能损失,有两种方法:一是减小导线上的电阻;二是减小输电线路上通过的电流。根据P=UI可知,通过提高输电电压,可减小输电线路上的电流,从而减少输电线路的能量损失,即采用高压输电是减少线路电能损失的有效方法(如图)。  2.输电过程功率的关系 例3(2014四川理综,1,6分)如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则 () 1.输电过程的电压关系A.用户用电器上交流电的频率是100HzB.发电机输出交流电的电压有效值是500VC.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小解析由图乙知,交流电的周期为0.02s,所以频率f= =50Hz,A错误。发电机输出交流电的电压最大值为Um=500V,故有效值U= =250 V,B错误。输电线电流I线= ,可见I线与R线及用户电路有关,C错误。当用户用电器总电阻增大时,P用减小,I用减小,I线减小,输电线上损失的电功率P损= R线减小,D正确。答案D3-1发电机的端电压为220V,输出电功率为44kW,输电导线的电阻为0.2Ω,如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压,经输电线路后,再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户。(1)画出全过程的线路图。1Tm2U2PPR入用线2I线(2)求用户得到的电压和功率。(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的功率和电压。答案见解析解析该题是输电线路的分析和计算问题,结合电路结构和输电过程中的电压关系和电流关系可解此题。(1)线路图如图所示: (2)升压变压器副线圈上的输出电压U2= U1=2200V,升压变压器副线圈上的输出电流I2= I1,21nn12nn升压变压器原线圈上的输入电流,由P=U1I1得I1= = A=200A,所以I2= I1=20A。输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR=I2R=4V,PR= R=0.08kW。加到降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为I3=I2=20A,U3=U2-UR=2196V。降压变压器副线圈上的输出电压和电流分别为U4= U3=219.6V,I4= I3=200A。用户得到的功率P4=U4I4=43.92kW。(3)若不采用高压输电,线路损失电压为UR'=I1R=40V,用户得到的电压U'=U1-UR'=180V,用户得到的功率为P'=U'I1=36kW。1PU3441022012nn22I43nn34nn