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1、2013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)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,
2、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: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.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=nBSsint,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=Emsint,电流大小:i sint=Imsint,电压大小:u=Umsint.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
3、做交变电流的瞬时值,变化规律为e=Emsint,i=Imsint,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-EmeEm,-ImiIm.(3)有效值 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.正弦式电流的最大值和有效值的关系为:(5)周期和频率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.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
4、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. 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,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:减小输电导线的电阻,如采用电阻率小的材料,加大导线
5、的横截面积;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：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，E
6、mNBS.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：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正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是EEm，UUm，IIm.3变压器(1)原理：法拉第电磁感应定律(2)电压关系：，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当只有一个副线圈工作时，
7、有U1I1U2I2，.若有两个以上的副线圈，则有：P1P2P3，、，n1I1n2I2n3I3.(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，电图A-13-55-5压表内阻无限大，交变电流源的电压u=220sinl00t(V)若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，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
8、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-13-56-4A当线圈1输入电压为200 V时，线圈2输出电压为110 VB当线圈l输入电压为220 V时，线圈2输出电压为55 VC当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为220 VD当线圈2输入电压为110 V时，线圈l输出电压为110 V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
9、瞬时值的表达式为u100sin（25t）VB该交流电的频率为25 HzC该交流电的电压的有效值为100 D若将该交流电压加在阻值R100 的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W解析：由图象可知正弦交流电的周期s，则，所以该交流电的电压瞬时值的表达式为u100sin（50t）V，A不正确，B正确；该交流电的电压的有效值为V，则C不正确；若将该交流电压加在阻值R100 的电阻两端，则电阻消耗的功率为W，则D正确，所以正确答案为BD答案：BD 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5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
10、变电流的频率为0.25 HzB通过电阻的电流为AC电阻消耗的电功率为2.5 WD用交流电压表测得电阻两端的电压是5 V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201，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 （ ）AA电流表的示数为AB电源输出功率为1200WC电流表的示数为AD原线圈端电压为11V解析：灯泡正常发光，则副线圈的电流为I13A/11，根据变压器的电流关系可得：，原线圈中的电流I03A/220，即电流表的示数为A，原线圈中电压为：U04400V，电源的输出功率PUI440060W。答案：C
11、考点6考查变压器电路的动态分析U1I1I2RPSab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
12、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4114甲所示产生的交变电动势的图象如图411
13、4乙所示，则() At0.005 s时线框的磁通量变化率为零Bt0.01 s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311 VD线框产生的交变电动势频率为100 Hz 【答案】B【解析】 由图乙可知，正弦交流电电压的最大值为311 V，周期T0.02 s，所以该交流电的有效值为U有 V220 V，频率f50 Hz，C、D错误；由图乙，t0.005 s时电动势最大，磁通量的变化率最大，A错误；t0.01 s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
14、理想变压器的工作原理 【变式探究】图4115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1.0 ，外接灯泡的电阻为9.0 ，则() A电压表的示数为6 V B在t0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零 C若线圈转速变为25 r/s，则电动势有效值为3 V D若线圈转速变为25 r/s，则通过电灯的电流为1.2 A 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101，原线圈输入电压的变化规律如图4116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50 HzB副线圈输出电压的有效值为31 VCP向右移动时，原、副线圈的电流比减小DP向右移动时，变压器的输出功率增加 【答案】AD【解析】 周期T0.02 s，频率f50 Hz，A正确；原线圈输入电压的有效值为U1 V220 V，由得，副线圈
