《课标专用5年高考3年模拟A版2021高考物理专题十二交变电流课件1477》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课标专用5年高考3年模拟A版2021高考物理专题十二交变电流课件1477（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题十二交变电流,高考物理,考点清单,考向基础,考点一交变电流的产生及描述,1.交变电流 如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流,如图(a)所示。,2,2.正弦式交变电流的产生和变化规律 (1)产生:在匀强磁场里,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦式交变电流。 (2)规律 a.函数形式:若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,磁感应强度为B,从中性面开始计时,其函数形式为e=NBS sin t,用Em=NBS表示电动势的最大值,则有e=Em sin t。其电流大小为i= sin t=Im sin t。
2、b.图像:用以描述正弦交流电电流随时间变化的规律,如图(a)所示。,3.表征交变电流的物理量 (1)瞬时值:交变电流某一时刻的值。 (2)最大值:即最大的瞬时值。 (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。 (4)周期和频率:交变电流完成一次周期性变化所用的时间叫周期;1 s内完成周期性变化的次数叫频率。它们和角速度间的关系为=2f。,考向突破,考向一交变电流的产生 正弦式交变电流磁通量和电动势的关系,例1如图所示,在水平向右的匀强磁场中,一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位
3、置,下列说法正确的是() A.t1时刻穿过线框的磁通量最大 B.t1时刻电阻中的电流最大,方向从右向左,C.t2时刻穿过线框的磁通量变化最快 D.t2时刻电阻中的电流最大,方向从右向左,解析t1时刻,穿过线框的磁通量为零,线框产生的感应电动势最大,电阻中的电流最大,根据楞次定律,通过电阻的电流方向从右向左,A错误,B正确;t2时刻,穿过线框的磁通量最大,线框产生的感应电动势为零,电阻中的电流为零,C、D错误。,答案B,考向二交变电流的描述 一、正弦式交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较,二、有效值的计算 (1)各种交流电器设备上所标的额定电压和额定电流,一般交变电流表、电压表测量的值均
4、为有效值。 (2)求电功、电功率、焦耳热以及确定保险丝的熔断电流等物理量时,要用有效值计算。 (3)有效值的计算方法 正弦式交变电流的有效值U=Um; 非正弦式交变电流的有效值由有效值定义计算。,例2如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R,线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动,下列说法正确的是() A.转过时,线框中的电流方向为abcda B.线框中感应电流的有效值为 C.线框转一周的过程中,产生的热量为 D.从中性面开始转过的过程中,通过导线横截 面积的电荷量为,答案B,解析转过时,线框中的电流方向为顺时针方
5、向,即adcba,故A错误;线圈 转动过程中产生电动势的有效值为E=,所以电流的有效值为I= =,故B正确;产生的热量Q=I2Rt=R=,故C错误; 从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面积的电荷量为q=t=t= t=,故D错误。,例3如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动,外电路电阻为R,当线圈由图示位置转过60的过程中,下列判断正确的是() A.电压表的读数为 B.通过电阻R的电荷量为q= C.电阻R所产生的焦耳热为Q= D.当线圈由图示位置转过60时的电流为,解析线圈在磁场中转动产生了正弦式电流,其电动势的最大值Em
6、=NBS,电动势的有效值E=,电压表的读数等于交流电路路端电压,且为有效 值,则U=R,A错误;求通过电阻R的电荷量要用交流电的平均电流 求,则q=t=,故B正确;电阻R产生的热量应该 用有效值来计算,线圈由图示位置转过90过程中,电阻R产生的热量为R=,故C错误;线圈由图示位置转过60时的电流 为瞬时值,则符合瞬时值的表达式为i=sin t=sin= ,故D错误。,答案B,考点二变压器、电能的输送,考向基础,一、电阻、感抗与容抗,二、变压器及其原理 1.主要构造:原线圈、副线圈和闭合铁芯。 常见变压器的模型与符号如图甲、乙所示。,甲,乙,注:与电源相连的为原线圈,其余则为副线圈。 2.工作原
7、理:根据电磁感应原理来改变交流电压。 3.理想变压器:不考虑铜损、铁损和漏磁的变压器,即它的输入功率和输出功率相等。 4.几种常用的变压器 a.自耦变压器调压变压器。 b.互感器。,考向突破,考向一变压器 理想变压器各量间的基本关系 理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内,变压器没有能量损失,输入功率等于输出功率。 (1)电压跟匝数的关系:=。 (2)功率关系:P输入=P输出。 (3)电流跟匝数的关系:原、副线圈各有一个时,=。,根据以上关系有 匝数比一定时,U2由U1决定。 匝数比一定时,输入电流由输出电流决定。 输入功率由输出功率决定。 增加负载是增加用户,总电阻减小,而增加负载电阻是总电阻增
8、加。,说明原、副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原、副线圈各有一个的情况,一旦有多个副线圈时,反比关系就不适用了,可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出 U1I1= U2I2+ U3I3+U4I4+ 再根据U2= U1,U3=U1,U4=U1可得出 n1I1=n2I2+ n3I3+ n4I4+,例1(2019江西盟校一联,16)如图所示,理想变压器a、b间输入一稳定的正弦交流电,原线圈接有理想交流电流表A,副线圈接有理想交流电压表V,当滑动变阻器的滑片向上滑动时,下列说法正确的是() A.电压表的示数不变B.电压表的示数增大 C.电流表的示数增大D.电阻R2的功率减小,解题导引,答案C,解
9、析设电流表的示数为I,理想变压器原、副线圈匝数之比为k,则副线圈中的电流为kI,理想变压器副线圈两端的电压为U2=kI(R2+R),理想变压器原线圈两端的电压为U1=U-IR1,理想变压器原、副线圈两端电压之比为= =k,解得I=,当滑动变阻器的滑片P向上滑动时,滑动 变阻器接入电路的电阻减小,电流表的示数为I增大,理想变压器原线圈两端的电压为U1=U-IR1减小,理想变压器副线圈两端的电压减小,故电压表的示数减小,电阻R2的功率P2=(kI)2R2增大,故C正确,A、B、D错误。故选C。,考向二电能的输送 1.高压输电原因 为减少输电线路上的电能损失,常采用高压输电,这是因为输送功率一定时,
10、线路电流I=,输电线上损失的功率P损=I2R线=,可知P损。 2.“线损”中U的含义 输电线上的功率损失P损=UI、P损=R、P损=中的“U”是指同一电 压吗? a.P损=UI、P损=中,U是指输电线上损失的电压,相当于U或U线,所以此公 式可写为P损=UI=U线I、P损=。 b.P损=R,U是指输送的总电压,即从发电站发出后,经过变压器升高后,的电压。 c.注意三个公式中U的不同,切记不要混淆。 3.输电过程的电压关系 4.输电过程功率的关系,例2发电机的端电压为220 V,输出电功率为44 kW,输电导线的电阻为0.2 ,如果用原、副线圈匝数之比为110 的升压变压器升压,经输电线路后,再
11、用原、副线圈匝数比为101的降压变压器降压供给用户。 (1)画出全过程的线路图。 (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。,解析(1)全过程的线路图如图所示: (2)升压变压器副线圈的输出电压U2=U1=2 200 V 升压变压器副线圈的输出电流I2=I1 由P=U1I1,得升压变压器原线圈的输入电流 I1= A=200 A 所以I2=I1=20 A,答案见解析,输电线路上的电压损失为 UR=I2R=4 V 降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为 I3=I2=20 A,U3=U2-UR=2 196 V 降压变压器副线圈的输出电压和电流分别为
12、U4=U3=219.6 V,I4=I3=200 A 用户得到的功率P4=U4I4=43.92 kW (3)若不采用高压输电,线路损失电压为UR=I1R=40 V, 用户得到的电压U=U1-UR=180 V 用户得到的功率为P=UI1=36 kW,理想变压器的动态分析,方法技巧,理想变压器的几个因果关系。 当理想变压器原副线圈的匝数比不变时,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 被确定。当负载电阻R增大时
13、,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U1一定的情况下,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。 利用上述因果关系,可解决变压器动态变化问题。,注意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
14、源。 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。,例图中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,解题导引,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,输入电流变小,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。,答案C,
