高考物理大二輪總復習與增分策略 專題十八 交變電流（加試）課件.ppt

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專題十八交變電流 加試 考點基礎自清 考點互動探究 內(nèi)容索引 考點基礎自清 一 交變電流1 定義大小和都隨時間做周期性變化的電流 2 常見類型 如圖1甲 乙 丙 丁所示都屬于交變電流 其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流 簡稱正弦交流電 如圖甲所示 答案 圖1 方向 3 正弦交流電的產(chǎn)生和圖象 1 產(chǎn)生 如圖2所示 在勻強磁場中 線圈繞方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時 可產(chǎn)生正弦式交變電流 2 中性面及其特點 定義 與磁場方向的平面 特點 a 線圈位于中性面時 穿過線圈的磁通量 磁通量的變化率為 感應電動勢為 b 線圈轉(zhuǎn)動一周 經(jīng)過中性面 線圈每經(jīng)過中性面一次 電流的方向就改變一次 答案 圖2 垂直于 磁場 垂直 最大 零 零 兩次 3 圖象 用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律 如果線圈從中性面位置開始計時 其圖象為曲線 如圖3所示 答案 圖3 正弦函數(shù) 答案 二 描述交變電流的物理量 1 周期和頻率 1 周期 T 交變電流完成變化 線圈轉(zhuǎn)一周 所需的時間 單位是秒 s 公式T 2 頻率 f 交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的 單位是赫茲 Hz 3 周期和頻率的關系 T 或f 一次周期性 次數(shù) 有效值 對正弦式交變電流 其有效值和峰值的關系為 E U 2 交變電流的瞬時值 峰值 有效值 1 瞬時值 交變電流某一時刻的值 是時間的函數(shù) 2 峰值 交變電流 電流 電壓或電動勢 所能達到的最大的值 也叫最大值 3 有效值 跟交變電流的熱效應等效的恒定電流的值叫做交變電流的 答案 I 1 電感器對交變電流的阻礙作用 1 線圈的自感系數(shù)越大 交流的頻率越高 對交變電流的阻礙作用越 2 電感器的應用 答案 三 電感和電容對交變電流的影響 大 較小 較小 直 交 低 高 2 電容器對交變電流的阻礙作用 1 電容器的電容越大 交流的頻率越高 對交變電流的阻礙作用越 2 作用 通流 隔流 通頻 阻頻 答案 小 交 直 高 低 1 原線圈 與交流電源連接的線圈 也叫線圈 2 副線圈 與負載連接的線圈 也叫線圈 答案 四 理想變壓器 1 構造如圖4所示 變壓器是由和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的 圖4 閉合鐵芯 初級 次級 2 原理電流的磁效應 3 基本關系式及制約關系 1 功率關系 答案 電磁感應 P入 P出 五 電能的輸送1 輸電過程 如圖5所示 答案 圖5 2 電壓損失 1 U U U 2 U IR 3 功率損失 1 P P P 答案 I2R 4 輸送電流 1 多選 圖中閉合線圈都在勻強磁場中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動 能產(chǎn)生正弦式交變電流的是 解析 1 2 3 4 5 加試基礎練 解析選項C情況下 穿過線圈的磁通量始終為零 不能產(chǎn)生正弦式交變電流 而A B D情況均可產(chǎn)生 2 多選 某小型發(fā)電機產(chǎn)生的交變電動勢為e 50sin100 t V 對此電動勢 下列表述正確的是 1 2 3 4 5 解析 1 2 3 4 5 解析從中性面開始計時 交變電動勢的表達式為e Emsin t 因e 50sin100 t V 所以最大值Em 50V A錯誤 由 2 f 100 rad s得f 50Hz B錯誤 3 多選 2016 杭州市月考 如圖6所示的實驗電路中 若交流電壓的有效值與直流電壓相等 S為雙刀雙擲開關 下列敘述中正確的是 圖6 A 當S擲向a b時燈較亮 擲向c d時燈較暗B 當S擲向a b時燈較暗 擲向c d時燈較亮C S擲向c d 把電感線圈中的鐵芯抽出來時燈變亮D S擲向c d 電源電壓不變 而使頻率減小時燈變暗 1 2 3 4 5 解析 解析線圈對恒定電流幾乎無阻礙作用 對交變電流自感系數(shù)越大 頻率越高 阻礙作用越大 圖7 4 多選 如圖7所示 理想變壓器原 副線圈匝數(shù)比為2 1 電池和交變電源的電動勢都為6V 內(nèi)阻均不計 下列說法正確的是 A S與a接通的瞬間 R中無感應電流B S與a接通穩(wěn)定后 R中無感應電流C S與b接通穩(wěn)定后 R兩端的電壓為3VD S與b接通穩(wěn)定后 原 副線圈中電流的頻率之比為2 1 1 2 3 4 5 解析 1 2 3 4 5 解析變壓器只能改變交流電的電壓 在開關S剛接通a時 R中有感應電流 但電路穩(wěn)定后則無感應電流 故A錯誤 B正確 當開關S接通b穩(wěn)定后 R上的電壓U2 U1 3V 原 副線圈中電流的頻率相等 故D錯誤 C正確 1 2 3 4 5 5 輸電線的電阻共計為r 輸送的電功率為P 用電壓U送電 則用戶能得到的電功率為 解析 返回 考點互動探究 1 交變電流的瞬時值 峰值 有效值和平均值的比較 2 有效值的計算方法 2 非正弦式交流電的有效值 根據(jù)電流的熱效應進行計算 例1如圖8所示 N 50匝的矩形線圈abcd ab邊長l1 20cm ad邊長l2 25cm 放在磁感應強度B 0 4T的勻強磁場中 外力使線圈繞垂直于磁感線的固定軸OO 以n 3000r min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動 線圈電阻r 1 外電路電阻R 9 t 0時線圈平面與磁感線平行 ab邊正轉(zhuǎn)出紙外 cd邊轉(zhuǎn)入紙里 求 圖8 1 t 0時感應電流的方向 解析根據(jù)右手定則 線圈中感應電流的方向為adcba 答案感應電流方向沿adcba 解析答案 2 感應電動勢的瞬時值表達式 解析答案 解析線圈的角速度 2 n 100 rad s圖示位置的感應電動勢最大 其大小為Em NBl1l2 代入數(shù)據(jù)得Em 314V感應電動勢的瞬時值表達式為e Emcos t 314cos 100 t V 答案e 314cos 100 t V 3 線圈轉(zhuǎn)一圈外力做的功 解析答案 解析電動勢的有效值 線圈勻速轉(zhuǎn)動一圈 外力做功大小等于電功的大小 即 代入數(shù)據(jù)得W 98 6J 答案98 6J 書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路 1 確定正弦式交變電流的峰值 根據(jù)已知圖象讀出或由公式Em nBS 求出相應峰值 2 明確線圈的初始位置 找出對應的函數(shù)關系式 若線圈從中性面位置開始計時 則i t圖象為正弦函數(shù)圖象 函數(shù)式為i Imsin t 若線圈從垂直中性面位置開始計時 則i t圖象為余弦函數(shù)圖象 函數(shù)式為i Imcos t 規(guī)律總結 1 2016 東陽市聯(lián)考 如圖9所示 為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖 關于這個實驗 正確的說法是 A 線圈每轉(zhuǎn)動一周 指針左右擺動兩次B 圖示位置為中性面 線圈中無感應電流C 圖示位置ab邊的感應電流方向為a bD 線圈平面與磁場方向平行時 磁通量變化率為零 解析 1 2 3 4 圖9 變式題組 解析線圈在磁場中勻速轉(zhuǎn)動時 在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流 線圈經(jīng)過中性面時電流改變方向 線圈每轉(zhuǎn)動一周 有兩次通過中性面 電流方向改變兩次 指針左右擺動一次 故A錯 線圈處于圖示位置時 ab邊向右運動 由右手定則 ab邊的感應電流方向為a b 故C對 線圈平面與磁場方向平行時 ab cd邊垂直切割磁感線 線圈產(chǎn)生的電動勢最大 也可以這樣認為 線圈平面與磁場方向平行時 磁通量為零 但磁通量的變化率最大 B D錯誤 1 2 3 4 2 小型手搖發(fā)電機線圈共N匝 每匝可簡化為矩形線圈abcd 磁極間的磁場視為勻強磁場 方向垂直于線圈中心軸OO 線圈繞OO 勻速轉(zhuǎn)動 如圖10所示 矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應電動勢的最大值都為e0 不計線圈電阻 則發(fā)電機輸出電壓 圖10 解析 1 2 3 4 1 2 3 4 解析矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應電動勢的最大值都為e0 所以發(fā)電機的電動勢峰值為2Ne0 A B錯誤 A 用電壓表測該電壓其示數(shù)為50VB 該交流電壓的周期為0 02sC 將該電壓加在 100V100W 的燈泡兩端 燈泡的實際功率小于100W 解析 1 2 3 4 解析電壓有效值為100V 故用電壓表測該電壓其示數(shù)為100V A項錯誤 1 2 3 4 該電壓加在 100V100W 的燈泡兩端 燈泡恰好正常工作 C項錯 4 2016 麗水一模 交流發(fā)電機線圈電阻r 1 用電器電阻R 9 電壓表示數(shù)為9V 如圖11所示 那么該交流發(fā)電機 A 電動勢的峰值為10VB 電動勢的有效值為9VC 交流發(fā)電機線圈通過中性面時電動勢的瞬時值為D 交流發(fā)電機線圈自中性面轉(zhuǎn)過90 的過程中的平均感應電動勢為 1 2 3 4 圖11 解析 1 2 3 4 1 基本關系式中物理量之間的決定關系 2 理想變壓器的動態(tài)分析 常見的理想變壓器的動態(tài)分析一般分匝數(shù)比不變和負載電阻不變兩種情況 1 匝數(shù)比不變的情況 如圖12甲所示 圖12 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 I2變化引起P2變化 P1 P2 故P1發(fā)生變化 2 負載電阻不變的情況 如圖乙所示 圖12 3 遠距離輸電問題 1 遠距離輸電示意圖 如圖13所示 圖13 2 減少輸電電能損失的兩種方法 理論依據(jù) P損 I線2R線 減小輸電線的電阻 根據(jù)電阻定律R 要減小輸電線的電阻R 在保證輸電距離的情況下 可采用減小材料的電阻率 增大導線的橫截面積等方法 減小輸電導線中的電流 在輸電功率一定的情況下 根據(jù)P UI 要減小電流 必須提高電壓 3 輸電線路功率損失的計算方法 P損 P P P為輸送的功率 P 為用戶所得功率 P損 I線2R線 I線為輸電線路上的電流 R線為線路電阻 P損 U為在輸電線路上損失的電壓 R線為線路電阻 P損 UI線 U為在輸電線路上損失的電壓 I線為輸電線路上的電流 解析 例2 多選 2015 浙江9月選考樣題 理想變壓器原線圈與正弦交變電源連接 輸入電壓u隨時間t變化的規(guī)律如圖14所示 原 副線圈匝數(shù)比 100 副線圈只接入一個R 10 的電阻 則 圖14 A 與電阻R并聯(lián)的電壓表示數(shù)為3 11VB 流過電阻R的電流最大值為0 311AC 變壓器的輸入功率為0 484WD 一個周期內(nèi) 電阻R上產(chǎn)生的熱量為9 68 10 3J 變壓器的輸入功率等于輸出功率 即P入 P出 U2I2 0 484W 故選項C正確 規(guī)律總結 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 I2均為有效值 5 多選 如圖15所示 理想變壓器的原線圈接交流電源 副線圈接阻值為R的負載電阻 若與原線圈連接的電壓表V1的示數(shù)為U1 與副線圈連接的電壓表V2的示數(shù)為U2 且U2 U1 則以下判斷中正確的是 A 該變壓器輸入電流與輸出電流之比為U1 U2B 該變壓器輸入功率與輸出功率之比為U2 U1 解析 5 6 變式題組 圖15 7 5 6 7 6 2014 浙江理綜 15 如圖16所示為遠距離交流輸電的簡化電路圖 發(fā)電廠的輸出電壓是U 用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電 輸電線路中的電流是I1 其末端間的電壓為U1 在輸電線與用戶間連有一理想變壓器 流入用戶端的電流是I2 則 圖16 C 理想變壓器的輸入功率為I12rD 輸電線路上損失的電功率為I1U 解析 5 6 7 輸電線上的電壓降U I1r U U1 選項B錯誤 變壓器的輸入功率P1 I1U I12r I1U1 選項C錯誤 輸電線路上損失的功率P I12r I1 U U1 選項D錯誤 5 6 7 7 圖17甲中理想變壓器原 副線圈的匝數(shù)之比n1 n2 4 1 電阻R 20 L1 L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡 S1為單刀雙擲開關 原線圈接正弦交變電源 輸入電壓u隨時間t的變化關系如圖乙所示 現(xiàn)將S1接1 S2閉合 此時L2正常發(fā)光 下列說法正確的是 圖17 5 6 7 A 只斷開S2后 小燈泡L1正常發(fā)光B 只斷開S2后 原線圈的輸入功率增大 解析 D 若S1換接到2后 R消耗的電功率為1 25W 返回 5 6 7 解析L1 L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡 只斷開S2后 總電阻增加 L1 L2串聯(lián) 小燈泡L1不能正常發(fā)光 原線圈的輸入功率減小 故A B錯誤 返回 5 6 7