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1、2020版物理新导学浙江选考大一轮精讲讲义第2讲交变电流考试标准知识内容考试要求说明交变电流c1.不要求知道交流发电机各部分的名称.2.不要求推导交流电动势的瞬时值表达式.3.不要求计算线圈在磁场中转动时的电动势.4.不要求证明正弦式交变电流有效值与峰值之间的关系.5.不要求计算方波等其他交变电流的有效值.6.不要求知道感抗、容抗的概念.7.不要求分析、计算两个及以上副线圈和有两个磁路的变压器问题.8.不要求计算同时涉及升压、降压的输电问题.描述交变电流的物理量c电感和电容对交变电流的影响b变压器c电能的输送c一、交变电流1.产生：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
2、)线圈平面与中性面重合时，SB，最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变.(2)线圈平面与中性面垂直时，SB，0，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.自测1(多选)关于中性面，下列说法正确的是()A.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零B.线圈在转动中经中性面位置时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大C.线圈每经过一次中性面，感应电流的方向就改变一次D.线圈每转动一周经过中性面一次，所以线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次答案AC二、正弦式交
3、变电流的描述1.周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T.(2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz).(3)周期和频率的关系：T或f.2.正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律：eEmsin t，其中为线圈转动的角速度，EmnBS.(2)负载两端的电压u随时间变化的规律：uUmsin t.(3)电流i随时间变化的规律：iImsin t.3.交变电流的瞬时值、峰值和有效值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数.(2)峰值：交变电流(电流、电压或电
4、动势)所能达到的最大的值，也叫最大值.(3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值.对正弦交流电，其有效值和峰值的关系为：E，U，I.自测2(多选)如图1所示是某种正弦交变电压的波形图，由图可确定该电压的()图1A.周期是0.01 sB.最大值是311 VC.有效值约是220 VD.表达式为u220sin 100t(V)答案BC三、电感和电容对交变电流的影响1.电感器对交变电流的阻碍作用(1)感抗：电感器对交变电流阻碍作用的大小.(2)影响因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大.(3)感抗的应用类型区别低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小作
5、用通直流、阻交流通直流、通低频、阻高频2.电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：电容器对交变电流阻碍作用的大小.(2)影响因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小.(3)作用：“通交流，隔直流；通高频，阻低频”.自测3如图2所示，电阻R、电容C和电感L并联后，接入输出电压有效值、频率可调的交流电源.当电路中交流电的频率为f时，通过R、C和L的电流有效值恰好相等.若将频率降低为f，分别用I1、I2、I3表示此时通过R、C和L的电流有效值，则()图2A.I1I2I3 B.I1I2I3C.I3I1I2 D.I1I2I3答案C四、变压器1.原理电流磁效应、电磁感应.2.基本关系式(1)功率关系
6、：P入P出.(2)电压关系：.(3)电流关系：只有一个副线圈时.3.几种常用的变压器(1)自耦变压器调压变压器.(2)互感器五、电能的输送1.输电过程(如图3所示)图32.输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为QI2Rt.3.电压损失：(1)UUU；(2)UIR.4.功率损失：(1)PPP；(2)PI2R()2R.5.输送电流：(1)I；(2)I.自测4要减少电能输送时的损失，下列说法中正确的是()A.降低输电电压B.把输电导线埋于地下C.提高输电电压D.增大输电导线中的电流答案C命题点一交变电流的产生和描述正弦式交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较物理量物理含
7、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eEmsin t，iImsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值最大瞬时值EmnBS，Emnm，Im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的值对正(余)弦交流电有：E，U，I(1)计算与电流热效应有关的量(如功、功率、热量等) (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(4)交流电压表和电流表的读数为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值Bl，n，计算通过电路横截面的电荷量例1如图4甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场
8、方向的固定轴OO匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与R10 的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V.图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象，则()图4A.电阻R的电功率为20 WB.t0.02 s时，R两端的电压瞬时值为零C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100t VD.通过R的电流i随时间t变化的规律是i14.1cos 50t A答案C解析电阻R的电功率为P10 W，选项A错误；由题图乙知t0.02 s时磁通量变化率最大，R两端的电压瞬时值最大，选项B错误；R两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100t V，选项C正确；通过R的
9、电流i随时间t变化的规律是i1.41cos 100t A，选项D错误.变式1(多选)交变电动势瞬时值表达式e10sin 4t V，下列说法正确的是()A.此交变电流的频率是4 HzB.此交变电流的周期是0.5 sC.当t0时，产生此交变电流的线圈与中性面重合D.当t0.5 s时，此交变电动势有最大值答案BC解析由表达式可知4 rad/s2f，f2 Hz，故选项A错误；由T0.5 s，可知选项B正确；当t0时，由e10sin 4t V0可知此时线圈与中性面重合，故选项C正确；当t0.5 s时，由e10sin 4t V0可知交变电动势最小，故选项D错误.变式2(多选)如图5所示，闭合的矩形导体线圈
10、abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动.沿着OO方向观察，线圈顺时针方向转动.则当线圈转至图示位置时()图5A.线圈中感应电流的方向为abcdaB.线圈中感应电流的方向为adcbaC.穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大D.线圈ad边所受安培力的方向垂直纸面向里答案ACD解析当线圈转至题图所示位置时，由楞次定律可知，线圈中感应电流的方向为abcda，选项A正确，B错误；题图所示位置穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大，感应电动势最大，选项C正确；由左手定则知线圈ad边所受安培力的方向垂直纸面向里，选项D正确.变式3(多选)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图6所示
11、，已知发电机线圈内阻为5.0 ，现外接一只电阻为95.0 的灯泡，则()图6A.电压表V的示数为220 VB.电路中的电流方向每秒改变100次C.通过灯泡电流的最大值为2.2 AD.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为48.4 J答案BC解析由题图知电动势峰值为220 V，周期为2102 s，所以电动势有效值为220 V，角速度 rad/s100 rad/s.电压表测的是路端电压，UR 95 V209 V，故A错误；因周期T2102 s，所以频率f Hz50 Hz，电流方向每秒钟改变100次，故B正确；通过灯泡电流的最大值为Im A2.2 A，故C正确；发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Qt1
12、J24.2 J，故D错误.拓展点交流电有效值的求解计算交变电流有效值的方法(1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解.(2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量.(3)利用两个公式QI2Rt和Qt可分别求得电流有效值和电压有效值.(4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I、U求解.例2电压u随时间t的变化情况如图7所示，皆为正弦函数图象的一部分，求电压的有效值.图7答案55 V解析由有效值的定义式得：T，解得U55 V.命
13、题点二变压器和电能的输送考向1理想变压器原理和基本关系1.变压器的工作原理2.理想变压器的制约关系：制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定U2U1功率原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定P入P出电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定I1I2(只有一个副线圈)例3(多选)如图8所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交流电源上.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220 V和2.2 A.以下判断正确的是()图8A.变压器输入功率为484 WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC.通过副线圈的电流
14、的最大值为2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比n1n2113答案BD解析根据功率公式可以求出用电器消耗的功率为602.2 W132 W，此即变压器输出功率，再根据理想变压器输入功率等于输出功率，选项A错误；根据变压器的变压公式可知，变压器原、副线圈的匝数比为n1n2113，再由，可求得通过原线圈的电流的有效值为0.6 A，选项B、D正确；由于电流表显示的是有效值，因此通过副线圈的电流的最大值为2.2 A，选项C错误.变式4(多选)如图9所示为一种变压器的实物图，根据其铭牌上所提供的信息，以下判断正确的是()图9A.这是一个升压变压器B.原线圈的匝数比副线圈的匝数多C.当原线圈输入交流电压220 V时，副线圈输出直流电压12 VD.当原线圈输入交流电压220 V、副线圈接负载时，副线圈中电流比原线圈中电流大答案BD解析根据铭牌上所提供的信息可知：变压器的输入电压为220 V，输出电压为12 V，该变压器为降压变压器，故选项A错误，B正确；变压器的工作原理
