【创新方案】2013届高考二轮物理复习课件(全国用)：专题十一-交流电路的分析与计算

[做考题·明考向]1．(2012·广东高考)某小型发电机产生的交变电动势为e＝50sin100πt(V)。对此电动势，下列表述正确的有()A．最大值是502VB．频率是100HzC．有效值是252VD．周期是0.02s解析：选最大值Em＝50V，有效值为E＝Em2＝252V，频率为50Hz，周期为T＝1f＝0.02s，所以CD正确。CD2．(2012·海南高考)如图11－1所示，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12V,6W”的小灯泡并联在副线圈的两端，当两灯泡都正常工作时，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是()A．120V,0.10AB．240V,0.025AC．120V,0.05AD．240V,0.05A图11－1解析：选根据电压关系U1U2＝n1n2，U2＝12V可知U1＝240V，根据功率关系P1＝P2，P1＝U1I1，P2＝12W，联立可得I1＝0.05A，正确选项为D。D3．(2012·全国高考)一台电风扇的额定电压为交流220V。在其正常工作过程中，用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图11－2所示。这段时间内电风扇的用电量为()图11－2A．3.9×10－2度B．5.5×10－2度C．7.8×10－2度D．11.0×10－2度解析：选根据电流的变化情况，分段计算求电功，W1＝I1Ut1＝0.3×220×10×60J＝3.96×104J，W2＝I2Ut2＝0.4×220×10×60J＝5.28×104J，W3＝I3Ut3＝0.2×220×40×60J＝1.056×105J，则总功W＝W1＋W2＋W3＝1.98×105J＝5.5×10－2度，选项B正确。B4．(2012·天津高考)通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和P2P1分别为()A.PRkU，1nB．(PkU)2R，1nC.PRkU，1n2D．(PkU)2R，1n2解析：选当副线圈与原线圈的匝数比为k时，副线圈输出电压为kU，输出电流I＝PkU，线路损耗的电功率为P1＝I2R＝(PkU)2R。若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，副线圈输出电压为nkU，输出电流I′＝PnkU，线路损耗的电功率为P2＝I′2R＝(PnkU)2R。P2P1＝1n2，选项D正确，A、B、C错误。D由以上高考试题可以看出，本专题的高频考点主要集中在交变电流的有效值、平均值的应用，理想变压器的有关计算，电能的输送问题等几个方面，难度中等，复习时，要注意本专题知识与电磁感应规律的联系，另外还要注意理论与实际结合问题。[忆知识·查不足]1．必须精通的几种方法(1)正弦交变电流的瞬时值表达式的计算方法。(2)交变电流有效值的计算方法。(3)变压器电路的动态分析方法。(4)远距离输电问题的常用分析方法。2．必须明确的易错易混点(1)线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动时，开始计时的位置不同，则瞬时值表达式不同。(2)只有正弦交流电的有效值才满足I＝Im2。(3)正弦交变电流的“四值”的应用范围不同，如计算电功时只能用有效值，计算电量时只能用平均值。(4)理想变压器的副线圈只有一个时，原副线圈的电流关系才满足I1I2＝n2n1。(5)远距离输电时，输电导线的电阻不等于输送电压与输送电流的比值。[例1]如图11－3所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，当线圈由图示位置转过90°的过程中，下列判断正确的是()图11－3A．电压表的读数为NBSω2B．通过电阻R的电荷量为q＝NBSR＋rC．电阻R所产生的焦耳热为Q＝N2B2S2ωRπ4R＋r2D．当线圈由图示位置转过90°时的电流为NBSω2R＋r[解析]线圈在磁场转动产生了正弦交流电，其电动势的最大值Em＝NBSω，电动势的有效值E＝NBSω2，电压表的读数等于交流电源的路端电压，且为有效值，则U＝NBSω2R＋r×R，A错误；求通过电阻R的电荷量要用交流电的平均电流，则q＝I×t＝N×ΔΦR＋r＝NBsR＋r，故B正确；电阻R上产生的热量的计算应该用有效值来计算，则电阻R产生的热量Q＝I2Rt＝[NBSω2R＋r]2R×π2ω＝πN2B2S2Rω4R＋r2，故C正确；线圈由图示位置转过90°时的电流为瞬时值，则符合瞬时值表达式，为i＝NBSωR＋r×sinωt＝NBSωR＋r×sinπ2＝NBSωR＋r，故D错误。故选B、C。[答案]BC1.交变电流的产生2．交流电的“四值”3．交变电流瞬时值表达式书写的基本思路(1)确定正余弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式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。如：①线圈从中性面开始计时，则i－t关系为正弦函数，函数表达式为i＝Imsinωt。②线圈从垂直中性面开始计时，则i－t关系为余弦函数，函数表达式为i＝Imcosωt。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11－4甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则()图11－4A．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解析：选由题图乙可知该正弦交变电动势的电压最大值为311V，周期等于0.02s，因此，根据正弦交变电动势的最大值与有效值之间的关系式E＝Em2得知选项C错误；又f＝1T，则频率f＝50Hz，选项D错误；当t＝0.005s时，交变电动势最大，穿过线圈的磁通量变化率最大，选项A错误；当t＝0.01s时，交变电动势及电流方向发生改变，交变电动势最小等于零，线框平面与中性面重合，选项B正确。B[例2]图11－5甲左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55Ω，、为理想电流表和电压表，若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是()图11－5A．电流表的示数为2AB．原、副线圈匝数比为1∶2C．电压表的示数为电压的有效值D．原线圈中交变电压的频率为100Hz[思路点拨]解答本题时应把握以下四点：(1)最大值和有效值之间的关系；(2)变压器的变压原理；(3)电流表、电压表的示数均指有效值；(4)原、副线圈的匝数比等于电压比。[解析]电流表的示数为：I＝UR＝11055A＝2A，A正确；原、副线圈的电压比等于匝数比，所以匝数比为2∶1，B错误；电压表的示数指交变电流的有效值，C正确；由题图乙知交流电的周期为0.02s，故频率为50Hz，D错误。[答案]AC1.理想变压器的基本规律1变压器工作时的电压规律：1122UnUn，其规律是由原、副线圈互感现象中的磁通量守恒决定的；2功率关系：U1I1＝U2I2，其关系是由能量守恒决定的；3电流关系：1122InIn，其关系是由功率与电压关系联立推导得出；4理想变压器的基本规律可以拓展到有多个副线圈的情况，即：312123UUUnnn＝…；U1I1＝U2I2＋U3I3＋…；n1I1＝n2I2＋n3I3＋…2.理想变压器的动态分析技巧1根据题意弄清变量和不变量。如原线圈电压不变、原副线圈的匝数比不变，其他物理量可能随电路的变化而发生变化。2弄清动态变化过程中的决定关系。如U2由U1决定，P1、I1由P2、I2决定。3分析流程如下：①由1122UnUn分析U2的情况。②由I2＝2UR分析I2的情况。③由P1＝P2＝I2U2判断输入功率的情况。④由P1＝I1U1分析I1的变化情况。2.如图11－6所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示，A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是()图11－6A．I1和I2表示电流的瞬时值B．U1和U2表示电压的最大值C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小解析：选交流电压表和交流电流表测量的是有效值，选项A、B错误。滑片P向下滑动时，接入电路中的电阻减小，副线圈负载电阻减小，因为原、副线圈的匝数比不变，所以U1、U2不变，因I2＝U2R＋R0，所以I2变大；又U1I1＝U2I2，所以I1变大，故选项C正确。C[例3]“风雨同‘舟’，坚强不‘曲’”，舟曲特大泥石流发生后，全国人民伸出了援助之手。某公司向灾区捐赠一批柴油发电机。该柴油发电机说明书的部分内容如表所示。现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电，发电机到安置区的距离是400m，输电线路中的火线和零线均为GBCZ60型单股铜导线，该型导线单位长度的电阻为2.5×10－4Ω。安置区家用电器的总功率为44kW，当这些家用电器都正常工作时，下列说法中正确的是()型号AED6500S最大输出功率60kW输出电压范围220～300VA．输电线路中的电流为20AB．输电线路损失的电功率为8000WC．发电机实际输出电压是300VD．如果该柴油发电机发的电是正弦交流电，则输出电压最大值是2602V[解析]I线＝I0＝P0U0＝4.4×104220A＝200A；线路损失功率P线＝I2线R线＝8000W，线路两端电压U＝I线R线＝40V，所以发电机输出电压为260V；如果该柴油发电机发的电是正弦交流电，则输出电压最大值是2602V。B、D选项正确。[答案]BD求解远距离输电的思路和方法(1)熟悉“交流发电机→升压变压器→输电线→降压变压器→用户”这一流程。(2)利用逆算法解决电能的输送问题往往较方便，即先从负载功率算起，一直推到升压变压器的输入端。3．如图11－7所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3；它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有()图11－7A．U2减小，U4变大B．U2不变，U3变大C．P1变小，P2变小D．P2变大，P3变大解析：选由理想变压器输出功率决定输入功率可得，当用户功率增大时，升压变压器的输入功率必增大，即P3与P1增大；由输入电压U1一定及升压变压器的匝数不变可得输出电压U2不变，由P1＝U1I1＝P2＝U2I2可得I2增大，故由UR＝I2R得UR增大，由U3＝U2－UR得U3减小，由于降压变压器匝数比不变，故U4减小，故D项正确。D点击下图进入“限时训练”点击下图进入“规范训练”点击下图进入“反思训练”