備戰(zhàn)2019年高考物理 高頻考點解密 專題12 交變電流教學案

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1、專題12 交變電流 核心考點 考綱要求 交變電流、交變電流的圖像 正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值 理想變壓器 遠距離輸電 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅰ 考點1 變壓器 一、變壓器 1．變壓器的構(gòu)造：原線圈、副線圈、鐵芯 2．電路圖中的符號 二、變壓器的工作原理 在變壓器原、副線圈中由于有交變電流而發(fā)生互相感應的現(xiàn)象，叫互感現(xiàn)象； 鐵芯的作用：使絕大部分磁感線集中在鐵芯內(nèi)部，提高變壓器的效率。 三、理想變壓器原、副線圈基本關系的應用 1．基本關系 （1）P入=P出； （2），有多個副線圈時，仍然成立， =…； （3），電流與匝數(shù)成

2、反比，只對一個副線圈的變壓器適用，有多個副線圈時，由輸入功率和輸出功率相等確定電流關系，n1I1=n2I2+n3I3+…； （4）原、副線圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量變化率也相同，頻率也就相同。 2．制約關系 （1）電壓：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定； （2）功率：原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定； （3）電流：原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定。 3．兩種特殊的變壓器模型 （1）自耦變壓器 高中物理中研究的變壓器本身就是一種忽略了能量損失的理想模型，自耦變壓器（又稱調(diào)壓器），它只有一個線圈，其中的一部分作為另一個線圈，當交流電源接不同的

3、端點時，它可以升壓，也可以降壓，變壓器的基本關系對自耦變壓器均適用。 （2）互感器 電壓互感器和電流互感器，比較如下： 電壓互感器 電流互感器 原理圖 原線圈的連接 并聯(lián)在高壓電路中 串聯(lián)在待測高流電路中 副線圈的連接 連接電壓表 連接電流表 互感器的作用 將高電壓變?yōu)榈碗妷? 將大電流變成小電流 利用的公式 I1n1=I2n2 4．關于理想變壓器的四點說明 （1）變壓器不能改變直流電壓； （2）變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率； （3）理想變壓器本身不消耗能量； （4）理想變壓器基本關系中的U1、U2、I1、I

4、2均為有效值。 四、理想變壓器的動態(tài)分析 1．解決理想變壓器中有關物理量的動態(tài)分析問題的方法 （1）分清不變量和變量，弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關系，利用閉合 電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路特點進行分析判定； （2）分析該類問題的一般思維流程是： 2．常見的理想變壓器的動態(tài)分析問題一般有兩種：匝數(shù)比不變的情況和負載電阻不變的情況。 （1）匝數(shù)比不變的情況 ①U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負載電阻R如何變化，U2也不變； ②當負載電阻發(fā)生變化時，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化； ③I2變化引起P2變化，由P

5、1=P2知P1發(fā)生變化。 （2）負載電阻不變的情況 ①U1不變，發(fā)生變化，U2變化； ②R不變，U2變化，I2發(fā)生變化； ③根據(jù)和P1=P2，可以判斷P2變化時，P1發(fā)生變化，U1不變時，I1發(fā)生變化。 （2018·四川省成都市）如圖甲，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比n1:n2=10:1，副線圈電路接有滑動變阻器R和額定電壓為12 V、線圈電阻為2 Ω的電動機M。原線圈輸入的交流電壓如圖乙。閉合開關S，電動機正常工作，電流表示數(shù)為1 A。下列判斷正確的是 A．副線圈兩端的電壓有效值為22 V B．滑動變阻器尺的接入電阻為10Ω C．電動機輸出的機械功率為12 W D．若

6、電動機突然卡住，原線圈輸入功率將變小 【參考答案】B 【試題解析】變壓器初級電壓有效值為220 V，則副線圈兩端的電壓有效值為，選項A錯誤；滑動變阻器接入電阻為，選項B正確；電動機輸出的機械功率為，選項C錯誤；若電動機突然卡住，次級電流將變大，次級消耗的功率變大，則原線圈輸入功率將變大，選項D錯誤。 1．（2018·山東省濟寧市）如圖所示，理想變壓器原、副線圈接有三個完全相同的燈泡，其額定電壓均為U，且三個燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確中的是 A．原、副線圈匝數(shù)比為3:1 B．原、副線圈匝數(shù)比為1:3 C．AB端的輸入電壓為3U D．AB端的輸入電壓為4U 【答案

7、】C 考點2 遠距離輸電問題 一、遠距離輸電 1．輸電過程（如圖所示） 2．輸送電流 （1）； （2）。 3．輸電導線上的能量損失：主要是由輸電線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的，表達式為Q=I2Rt。 4．電壓損失 （1）ΔU=U–U′； （2）ΔU=IR。 5．功率損失 （1）ΔP=P–P′； （2）ΔP=I2R=（）2R。 6．降低輸電損耗的兩個途徑 （1）減小輸電線的電阻，由電阻定律可知，在輸電距離一定的情況下，為了減小電阻，應采用電阻率小的材料，也可以增加導線的橫截面積； （2）減小輸電導線中的輸電電流，由P=UI可知，當輸送功率一定時，提高輸電電壓

8、，可以減小輸電電流。 二、遠距離輸電問題 1．遠距離輸電的處理思路 對高壓輸電問題，應按“發(fā)電機→升壓變壓器→遠距離輸電線→降壓變壓器→用電器”，或按從“用電器”倒推到“發(fā)電機”的順序一步一步進行分析。 2．遠距離高壓輸電的幾個基本關系（以下圖為例） （1）功率關系：P1=P2，P3=P4，P2=P損+P3； （2）電壓、電流關系：，，U2=ΔU+U3，I2=I3=I線； （3）輸電電流：； （4）輸電線上損耗的電功率：P損=I線ΔU=I線2R線=R線。 當輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的 3．遠距離輸電問題的“三二一” （1

9、）理清三個回路 （2）抓住兩個聯(lián)系 ①理想的升壓變壓器聯(lián)系了回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1（匝數(shù)為n1）和線圈2（匝數(shù)為n2）中各個量間的關系是，，P1=P2； ②理想的降壓變壓器聯(lián)系了回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3（匝數(shù)為n3）和線圈4（匝數(shù)為n4）中各個量間的關系是，，P3=P4。 （3）掌握一個守恒 能量守恒關系式P1=P損+P3 （2018·山東省聊城市）如圖所示遠距離交流輸電的簡化電路圖。發(fā)電廠的輸出電壓是，用等效總電阻是的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是，其末端間的電壓為。在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流為。則 A．

10、用戶端的電壓為 B．理想變壓器的輸入功率為 C．輸電線路上損失的電功率為 D．當用戶消耗的功率增大時，輸電效率將下降 【參考答案】AD 【試題解析】由于輸電線與用戶間連有一理想變壓器，設用戶端的電壓是，則，得，A正確；理想變壓器的輸入功率為線路上消耗的電功率與用戶消耗功率之和，故為，B錯誤；線路上損失的電功率為，C錯誤；當用戶消耗的功率增大時，用戶端的電流增大，根據(jù)可知輸送電線上的電流增大，電廠的輸出功率增大，則：，發(fā)電廠的輸出電壓不變，輸電線上的電阻不變，所以輸電線上損耗的功率占總功率的比例隨著發(fā)電廠輸出功率的增大而增大；輸電效率隨著發(fā)電廠輸出功率的增大而減小，D正確。 1．

11、（2018·山東省棗莊市第八中學東校區(qū)）如圖所示為遠距離輸電示意圖，其中T1、T2為理想變壓器，輸電線電阻可等效為電阻r，燈L1、L2相同且阻值不變?，F(xiàn)保持變壓器T1的輸入電壓不變，滑片P位置不變，當開關S斷開時，燈L1正常發(fā)光。則下列說法正確的是 A．僅閉合開關S，燈L1會變亮 B．僅閉合開關S，r消耗的功率會變大 C．僅將滑片P下移，電流表的示數(shù)會變大 D．僅將滑片P下移，r消耗的功率會變小 【答案】BC 考點3 電感和電容對交變電流的影響 一、電感對交變電流的阻礙作用 1．感抗： 表示電感對交變電流的阻礙作用的大小。感抗的大小與自感線圈的自感系數(shù)、交變電流

12、的頻率有關： 自感系數(shù)越大、交流的頻率越高，線圈的感抗越大。具體關系：。 2．特性：通直流、阻交流，通低頻、阻高頻。 二、電容對交變電流的阻礙作用 1．電容器有“通交流，隔直流”的作用。 （1）容抗 與交變電流的頻率和電容器的電容有關，交變電流的頻率越高電容器的電容越大，容抗越小。 （2）公式： 2．電容器的特性：通交流、隔直流，通高頻、阻低頻。 （2018·安徽省池州市）如圖所示，原線圈接有的交變電壓，副線圈上接有定值電阻R、線圈L、燈泡A及理想電壓表V，理想變壓器的原副線圈的匝數(shù)比為4:1，以下說法正確的是 A．副線圈中電流的變化頻率為60 Hz B．燈

13、泡A兩端電壓為55 V C．僅頻率增大，則燈泡A的亮度將變暗 D．僅頻率增大，則電壓表V的示數(shù)將減小 【參考答案】AC 【試題解析】變壓器不會改變電流的頻率，電流的頻率為，所以A正確。由瞬時值的表達式可知，原線圈的電壓最大值為311 V，所以原線圈的電壓的有效值為=220 V，在根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知，副線圈的電壓的有效值為55 V，在副線圈中接有電阻R、電感線圈L和燈泡L1，它們的總的電壓為55 V，所以燈泡L1兩端電壓一定會小于55 V，所以B錯誤。交流電的頻率越大，電感線圈對交流電有阻礙作用就越大，所以電路的電流會減小，燈泡L1的亮度要變暗，所以C正確。由C的分析可知，頻率增大

14、時，副線圈的電流減小，而副線圈的電壓不變，所以電阻R的電壓減小，電壓表的示數(shù)將增加，所以D錯誤。 1．（2018·云南省宣威市二中）如圖所示，W是瓦特表，用來測量電路的電功率，電流表的讀數(shù)是I，電壓表的讀數(shù)是U，以下說法中正確的是 A．當a、b間接直流時，功率表的讀數(shù)P=UI B．當a、b間接交變電流時，功率表的讀數(shù)P

15、路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼模瑒t A．R消耗的功率變?yōu)? B．電壓表V的讀數(shù)為 C．電流表A的讀數(shù)變?yōu)?I D．通過R的交變電流頻率不變 【答案】B 【解析】根據(jù)公式分析電動機產(chǎn)生的交流電的最大值以及有效值、頻率的變化情況；根據(jù)判斷原副線圈中電流電壓的變化情況，根據(jù)副線圈中功率的變化判斷原線圈中功率的變化；根據(jù)可知轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?，則角速度變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)可知電動機產(chǎn)生的最大電動勢為原來的，根據(jù)可知發(fā)電機的輸出電壓有效值變?yōu)樵瓉淼?，即原線圈的輸出電壓變?yōu)樵瓉淼模鶕?jù)可知副線圈的輸入電壓變?yōu)樵瓉?/p>

16、的，即電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)可知R消耗的電功率變?yōu)椋珹錯誤B正確；副線圈中的電流為，即變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)可知原線圈中的電流也變?yōu)樵瓉淼?，C錯誤；轉(zhuǎn)速減小為原來的，則頻率變?yōu)樵瓉淼?，D錯誤。 2．（2017·北京卷）如圖所示，理想變壓器的原線圈接在的交流電源上，副線圈接有R=55 Ω的負載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2:1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是 A．原線圈的輸入功率為220W B．電流表的讀數(shù)為1 A C．電壓表的讀數(shù)為110V D．副線圈輸出交流電的周期為50 s 【答案】B 3．（2017·江蘇卷）某音響電路的簡化電路圖如圖所示，輸入信號既有高頻

17、成分，也有低頻成分，則 A．電感L1的作用是通高頻 B．電容C2的作用是通高頻 C．揚聲器甲用于輸出高頻成分 D．揚聲器乙用于輸出高頻成分 【答案】BD 【解析】電感線圈對交流電的阻礙作用由感抗描述，，頻率越高阻礙作用越大，對輸入端的高頻和低頻交流信號的作用是通低頻阻高頻，所以A錯誤；電容對交流電的阻礙作用，頻率越高阻礙作用越小，所以是通高頻阻低頻，故BD正確；C錯誤。 4．（2016·四川卷）如圖所示，接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電，如果將原、副線圈減少相同匝數(shù)，其他條件不變，則 A．小燈泡變亮 B．小燈泡變暗 C．原、副線圈兩段電壓的比值不變 D

18、．通過原、副線圈電流的比值不變 【答案】B 5．（2016·天津卷）如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是 A．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大 B．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表V示數(shù)變大 C．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表A1示數(shù)變大 D．若閉合開關S，則電流表A1示數(shù)變大、A2示數(shù)變大 【答案】B 6．（2016·新課標全國Ⅰ卷）一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3 Ω、1 Ω?和4 Ω，A為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的

19、有效值恒定。當開關S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當S閉合時，電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 A．2 B．3 C．4 D．5 【答案】B 【解析】該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為k，當開關S斷開時，原線圈兩端電壓，電流為I1=I，副線圈的電壓，根據(jù)歐姆定律，當開關S閉合時，原線圈兩端電壓，電流為I1'=4I，副線圈的電壓，根據(jù)歐姆定律綜上解得k=3，故A、C、D錯誤，B正確。 7．（2016·江蘇卷）一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈。通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈。在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動觸頭從M點順時針旋轉(zhuǎn)到N點的過程中 A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高 C．U2