高考物理二轮复习精品资料专题10 交变电流教学案

12013高考物理二轮复习精品资料专题10交变电流教学案（教师版）【重点知识整合】一､交变电流的产生和变化规律1.交变电流(1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.(2)特例:随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流,正弦式电流的图像是正弦曲线,我国城镇使用的交变电流都是正弦式电流.2.正弦式电流的产生和规律(1)产生:如图所示,将一个平面线圈置于匀强磁场中,并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式电流.甲:线圈中没有电流乙:电流从a流向b丙:线圈中没有电流丁:电流从b流向a戊:线圈中没有电流2(2)中性面:平面线圈在匀强磁场中旋转,当线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电动势,这个位置叫做中性面.如图中甲､丙､戊线圈所在平面即是.中性面的特点是:①线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零.②线圈经过中性面时,内部的电流方向要发生改变.3.规律:n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,从中性面开始计时,其函数形式为e=nBSωsinωt,用Em表示感应电动势的峰值,图像如图所示,则有感应电动势大小:e=Emsinωt,电流大小:isinωt=Imsinωt,电压大小:u=Umsinωt.4.表征交变电流的物理量(1)瞬时值正弦式交变电流的电动势和电流随时间的变化而变化,不同的时刻有不同的值,叫做交变电流的瞬时值,变化规律为e=Emsinωt,i=Imsinωt,用小写的字母表示.(2)最大值交变电流在一个周期内所能达到的最大值,也称峰值,反映的是交变电流大小的变化范围,当矩形线圈转到与磁感线平行时出现.其表达式用大写字母加脚标表示,瞬时值与最大值的关系为-Em≤e≤Em,-Im≤i≤Im.(3)有效值①定义:如果让交流电流和直流电流分别通过同样的电阻,在同一时间内产生的热量相同,这个直流电流的数值就称为该交流电流的有效值.②正弦式电流的最大值和有效值的关系为:(5)周期和频率①交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量.3②周期T:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,单位是秒(s).周期越大,交变电流变化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次.③频率f:交变电流在1s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹,符号为Hz.频率越大,交变电流变化越快.二､变压器､远距离输电1.电压关系:(输出电压由输入电压和匝数比决定,与用电器的电阻大小以及有无其他副线圈无关).2.功率关系:P入=P出或I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn.3.电流关系:I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn,当只有一个副线圈时I1n1=I2n2.4.远距离输电(1)问题:电能的损失和电压的损失.(2)关键:减少输电线上电能的损失,P损=I2R线.(3)方法:①减小输电导线的电阻,如采用电阻率小的材料,加大导线的横截面积;②提高输电电压,减小输电电流.【特别提醒】1．中性面：当线圈平面转动至垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面．注意：①线圈通过中性面时，磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零．②线圈平面通过跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，所以磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大．③线圈平面每次通过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周则线圈两次通过中性面，故一个周期内线圈中电流方向改变两次．2．交变电流的描述(1)峰值：反映交变电流大小的变化范围，线圈平面跟磁感线平行时，交变电动势最大，Em＝NBSω.电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值．(2)有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的．让交变电流和恒定电流通过同样阻值的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做交变电流的有效值．注意：①交变电流的有效值反映的是交变电流产生热效应的平均效果．4②正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是E＝12Em，U＝12Um，I＝12Im.3．变压器(1)原理：法拉第电磁感应定律．(2)电压关系：U1U2＝n1n2，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压与匝数成正比．(3)功率关系：无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和．①当只有一个副线圈工作时，有U1I1＝U2I2，I1I2＝n2n1.②若有两个以上的副线圈，则有：P1＝P2＋P3＋…，U1U2＝n1n2、U2U3＝n2n3…，n1I1＝n2I2＋n3I3＋….(4)决定关系：在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定．【高频考点突破】考点1、交变电流的产生及变化规律电感和电容【例1】在图A-13-55-5所示电路中，L为电感线圈，R为灯炮，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交变电流源的电压u=2202sinl00πt(V)．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的有()A．电流表示数增大B．电压表示数增大C．灯泡变暗D．灯泡变亮考点2、变压器电能的输送【例2】在绕制变压器时，某人将2个线圈误绕在如图A-13-56-4所示的变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，而另一半则通过中间的臂，已知线圈1和2的匝数比为2：1，在不接负载的情况下()图A-13-55-55A．当线圈1输入电压为200V时，线圈2输出电压为110VB．当线圈l输入电压为220V时，线圈2输出电压为55VC．当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压为220VD．当线圈2输入电压为110V时，线圈l输出电压为110V考点3、考查交流电的图像例3、一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin（25t）VB．该交流电的频率为25HzC．该交流电的电压的有效值为1002VD．若将该交流电压加在阻值R＝100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50W解析：由图象可知正弦交流电的周期04.0Ts，则251Tf，502f，所以该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin（50πt）V，A不正确，B正确；该交流电的电压的有效值为2502100V，则C不正确；若将该交流电压加在阻值R＝100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50100)250(22RUPW，则D正确，所以正确答案为BD．答案：BD图A-13-56-46～×A考点4.考查交变电流的图像与交流电的有效值例4、将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示．下列说法正确的是（）A．电路中交变电流的频率为0.25HzB．通过电阻的电流为2AC．电阻消耗的电功率为2.5WD．用交流电压表测得电阻两端的电压是5V考点5．考查理想变压器的电流关系、电压关系和功率关系例5、如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电，副线圈接入“220V，60W”灯泡一只，且灯泡正常发光．则（）A．电流表的示数为32220AB．电源输出功率为1200WC．电流表的示数为32220AD．原线圈端电压为11V解析：灯泡正常发光，则副线圈的电流为I1＝UP＝3A/11，根据变压器的电流关系可得：0101nnII，原线圈中的电流I0＝011nIn＝3A/220，即电流表的示数为3220A，原线圈中电压为：7U0＝110nUn＝4400V，电源的输出功率P＝UI＝4400×3220＝60W。答案：C．考点6．考查变压器电路的动态分析例6、如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关．P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流．下列说法正确的是（）A．保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小B．保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小C．保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1增大D．保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小解析：S由b切换a时，副线圈匝数增多，则输出电压U2增大，R1消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故I1增大，所以A错C对；S由a切换b时，副线圈匝数减少，则输出电压U2减小，I2减小，B对；P向上滑动时，R减小，I2增大，由电流与匝数的关系可知，I1增大，D错．答案：BC【难点探究】难点一表征交变电流的物理量交变电流的最大值、瞬时值、有效值、平均值都有其特殊的意义．在交流电路中，不加特别说明的情况下，电流、电压都是指有效值，交流电压表、电流表的示数均为有效值．在求电功、电功率、电热等时要用交变电流的有效值，在求通过导线截面的电荷量时要用交变电流的平均值．在交流电路中要特别注意对交流电有效值的理解和计算．例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4－11－4甲所示．产生的交变电动势的图象如图4－11－4乙所示，则()A．t＝0.005s时线框的磁通量变化率为零U1I1I2RPSab8B．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】由图乙可知，正弦交流电电压的最大值为311V，周期T＝0.02s，所以该交流电的有效值为U有＝Em2＝3112V≈220V，频率f＝1T＝50Hz，C、D错误；由图乙，t＝0.005s时电动势最大，磁通量的变化率最大，A错误；t＝0.01s时电动势为0，磁通量变化率为0，但磁通量最大，线框处于中性面位置，B正确．【点评】本题考查了正弦交变电流的产生原理、电动势的峰值和有效值的关系等交变电流的基础知识．下面的变式题则考查理想变压器的工作原理．【变式探究】图4－11－5甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为1.0Ω，外接灯泡的电阻为9.0Ω，则()A．电压表的示数为6VB．在t＝0.01s时，穿过线圈的磁通量为零C．若线圈转速变为25r/s，则电动势有效值为3VD．若线圈转速变为25r/s，则通过电灯的电流为1.2A9难点二变压器原理处理变压器问题的一般思路1．处理与变压器相关的电路问题时，一般将电路分成原线圈回路、副线圈回路分别考虑，用变压器的相关公式处理两回路的关系．2．分析变压器动态变化问题的思路模型3．在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定．例2、一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图4－11－6甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是()A．副线圈输出电压的频率为50HzB．副线圈输出电压的有效值为31VC．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小D．P向右移动时，变压器的输出功率增加【答案】AD【解析】周期T＝0.02s，频率f＝1T＝50Hz，A正确；原线圈输入电压的有效值为U1＝3112V＝220V，由U1n1＝U2n2得，副线圈输出电压的有效值为U2＝22010V＝22V，B错误；根据I1U1＝I2U2知I1I2＝U2U1＝n2n1，P向右移动时，原、副线圈的电流比不变，C错误；变压器的输出功率P2＝U22R，P向右移动时，副线圈输出电压U2不变，电阻R变小，变压器的输出功率P2增加，D正确．【变式探究】某水电站，用总电阻为2.5Ω的输电线输电给500km外的用户，其输10出电功率是3×106kW.现用500kV电压输电，则下列说法正确的是()A．输电线上输送的电流大小为2×105AB．输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC．若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kWD．输电线上损失的功