專題11交流電路的分析與計(jì)算學(xué)案1

1、專題 11 交流電路的分析與計(jì)算1. 考點(diǎn)分析： 交流電路部分山于與工農(nóng)業(yè)牛產(chǎn)和日常?；罹o密結(jié)合，在近兒年的髙考中考查的頻度較高，重點(diǎn)考查 交流電有 效值、變壓器的有關(guān)知識(shí) .2. 考査類型說(shuō)明： 考杳的形式多以難度屮等或屮等偏下的選擇題、填空題出現(xiàn)，但也冇以計(jì)算題的形式出現(xiàn) .3. 考查趨勢(shì)預(yù)測(cè)： 交流電路的分析與計(jì)算考查的知識(shí)點(diǎn)主要是交流電的產(chǎn)綸、有效值與瞬時(shí)值的計(jì)算 . 要求能對(duì)正弦交 流電的函數(shù) 表達(dá)式、圖彖表示法有疋確的理解，能利用函數(shù)關(guān)系式或圖彖求解涉及交流電的“四值”問(wèn)題 , 特別耍注意交流電四 值適川的場(chǎng)合 .變壓器電路考杳的內(nèi)容主要有兩個(gè)方面：一是變壓器原、副線圈電路屮的電流

2、、電壓與電功率的求解 , 求解過(guò)程 屮注意相應(yīng)的制約關(guān)系，同時(shí)對(duì)于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的分析，可以借助于直流電路的動(dòng)態(tài)分析方法， 結(jié)合原、副線圈中電 流、電壓與功率的關(guān)系進(jìn)行判斷 . 二是應(yīng)用變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電的分析，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電，關(guān)鍵在輸電導(dǎo)線損耗功率的計(jì)算上，注意選用正確的求解公式 .【知識(shí)儲(chǔ)備】1. 交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律（1）交流電的產(chǎn)生： 當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞乖直于磁場(chǎng)方向的軸作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)吋，線圈中產(chǎn)牛按正弦規(guī)律變化的交流電 . 中性而的特點(diǎn)：磁通量的變化率為零，但磁通量最大，每通過(guò)一次中性面，電流方向改變兩次，一個(gè) 周期內(nèi) 兩次通過(guò)中性面 .（2）交流電的變化規(guī)律： 函數(shù)表示法：e =

3、sin血，E=nBSA. / = Z, sin , I m=E/R.如線圈的轉(zhuǎn)速變化，影響交流電的角頻率同時(shí)，對(duì)交流電的最大值也冇影響，其函數(shù)表示式為：凸斫 “sind. 圖像表示法：為正弦函數(shù)圖像 . （3）交流電的四值 瞬時(shí)值反映的是不同時(shí)刻交變電流大小和方向 . 如氛錚只冇在兩端的電壓值高于某一值時(shí)才能發(fā)光 , 若求其發(fā)光 時(shí)間，則應(yīng)用瞬時(shí)值 . 最人值 與線圈的形狀、轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)，只要滿足轉(zhuǎn)軸方向與磁場(chǎng)方向垂直即可 . 在考慮電容器的 耐壓值時(shí)用 最大值 . 平均值：由圖彖的含義吋知，交變電流的平均值是交變電流圖彖的波形與橫軸所圍圖形的而積與時(shí)間的比值. 一般只研究芻內(nèi)的平均值.在求

4、導(dǎo)休某段時(shí)問(wèn)內(nèi)通過(guò)的電量時(shí)，用平均值.因：八7 At, 7=-,4E = N,故 cAN?/ RFV2 rr 有效值：由電流的熱效應(yīng)定義 . 對(duì)于正弦式交變電流，有效值與最人值之間的關(guān)系為： E 有二卡，_U tnj 1 ”1u 陽(yáng)正 ' I f在計(jì)算交變電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量和電功率及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，用交流電的有效值. 交流電表測(cè)量的數(shù)值，用電器設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流的數(shù)值均為有效值 .2. 電感、電容對(duì)交流電的影響（1）電感有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的性質(zhì). 電感的阻礙作用主要是因?yàn)榭诟卸鸬?.（2）電容冇“通交流、阻直流，能高頻、陰低頻”的性質(zhì). 電

5、容器的通斷其實(shí)是電容器的不斷充、放電過(guò)程.2.變壓器（1）工 作原理：電磁感應(yīng)的應(yīng)用（2）理 想變壓器的基本關(guān)系式理想變壓器：磁通量全部集中在鐵芯中（即無(wú)漏磁），變壓器木身不消耗能量 .基木關(guān)系式： 只冇一組副線圈：電壓關(guān)系： 導(dǎo)=?, 電流關(guān)系： T 詩(shī), 功率關(guān)系：戶入 =" 出?2 2 2 1 有若 干組副 線圈：y計(jì),治晉，/從"2U2+V3+幾5- - K K/ “ =2n2 + *3 兀 3 + +K “ K ? 相互制約關(guān)系據(jù)A=-AA11 ：在匝數(shù)比一定時(shí)"由5決定.據(jù)2人2知：輸入電流山輸出電流決定.據(jù)P入二切知：n n 輸入功率山輸出功率決定

6、.3. 遠(yuǎn)距離輸電（1 ）輸電導(dǎo)線功率損失分析 輸電導(dǎo)線上損失的功率：P 播二廠 R 而 f = TT u 輸 由 P 損=%知，要減小電能在輸電線上的損耗，可以有兩種方法：A. 減小輸電導(dǎo)線的電阻，如采用電阻率低的材料，加人導(dǎo)線的橫截面積B. 提高輸電電壓，減小輸電電流 ?因?yàn)檫@種方法對(duì)減小損失功率作用效果明顯，所以通常采用此種方 法.（2） 遠(yuǎn)距離高壓輸電的電路模式如圖所示 .遠(yuǎn)距離咼壓輸電的基木關(guān)系n/ 2 2 T4/?43(3)功率關(guān)系PfP, PfPKP 線,電壓、電流關(guān)系?2-4)2R線電流、電壓、電功率之問(wèn)的關(guān)系式：戶線二耳-卩3二丄尺線=/2?2 -"3 ） = U

7、2輸電導(dǎo)線上損失的功率就減少到原來(lái)的1所以當(dāng)輸送的電功率一定時(shí)，輸電電壓增大到原來(lái)的倍/ /72.【典例分析】例題1 （07寧夏理綜卷）一 ？正弦交流電的電壓隨時(shí)間變 化的規(guī)律如圖所示由圖可知A. 該交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為i/=100sin （25t） VB. 該交流電的頻率為25 HzC. 該交流電的電壓的有效值為 100八2 VD.若將該交流電壓加在阻值用 =100 Q的電阻兩端，則電阻消耗的功率為50 W考點(diǎn)分析本題交流電的兩種表達(dá)方式（函數(shù)表示法與圖彖表示法），以及交流電有效值的求解解題思路 由圖彖對(duì)知止弦交流電的周期 T = 0.04s則/=1 = 25, 60 = 2八=50

8、71,所以該交流電的電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為 =100sin（50"）V, A不正確，B:確；該交流電的電壓的有效值為詈二5oVlv,則C不正確；若將該交流電壓加在阻值 Q。的電阻兩端,則電阻消耗的功率為"罟二嚕二站, 則!）正確，所以正確答案為 BD.答案：BD出相關(guān)的物理信息源上，電源電i- X A失分陷阱 圖表信息的把握不到位，應(yīng)該根據(jù)選項(xiàng)的信息，從圖表中抽例題2（07.天津理綜卷）將阻值為 5Q的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的交流電 動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示.卞列說(shuō)法正確的是（）A. 電路中交變電流的頻率為 0.25 HzB. 通過(guò)電阻的電流為血AC. 電阻消耗的電功率為2.

9、5 WD. 用交流電壓表測(cè)得電阻兩端的電壓是5 V考點(diǎn)分析本題考查了交變電流的圖像與交流電的有效值解題思路 從圖中可以看出，電流的周期為s,所以頻率為25Hz.電壓的峰值為5V,所以通過(guò)電阻的 電流的峰值為1A,用交流電表測(cè)量的是電壓和電流的有效值 .正弦交流電的有效值是峰值的返倍，所以D 2錯(cuò)謀.根據(jù)電功率的計(jì)算公式有? xA = 2.5W,所以C正確.2 2答案：C失分陷阱 在看圖的時(shí)候，沒(méi)看清時(shí)間單位而選 A ；對(duì)交流電壓表的電量數(shù)值錯(cuò)誤理解而選D,對(duì)交流電的電壓值理解錯(cuò)誤而選 B例題3? （06.四川理綜卷）如圖所示，理想變壓器原、畐熾圈噸數(shù)之比為20 : 1,原線圈接正弦交流電，副線

10、圈接入 “220V, 60W”泡一只，H?燈泡正常發(fā)光.貝IJ（）2201200WA. 電流表的示數(shù)為鋌AB. 電源輸出功率為BIA22011VC. 電流表的示數(shù)為D. 原線圈端電壓為考點(diǎn)分析本題考查了理想變壓器的電流關(guān)系.電壓關(guān)系和功率關(guān)系等知識(shí).解題思路 燈泡正常發(fā)光，貝IJ副線圈的電流為Z.= -=3A/11,根據(jù)變壓器的電流關(guān)系可得：人 =生，U / （） 5 原線圈中的電流7O=ML=3A/22O,即電流表的示數(shù)為丄 A,原線圈中電壓為：？=a=4400V,電源4） 220 n3 的輸出功率 4M=4400X =60W,故選擇C.220失分陷阱 不能疋確理解變壓器原、副線圈電路中的功

11、率關(guān)系例4. (06.江蘇物理卷)如圖所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開(kāi)關(guān).P是滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭，？為加在原線圈兩端的交變電壓，八 H分別為原線圈門(mén) 和副線圈中的電流.下列說(shuō)法正確的是()YA.保持戶的位査及弘不變，S由方切換到自，貝忻上消耗的功率減U1 VB.保持尸的位置及弘不變，S由日切換到b,則減小C. 保持P的位置及弘不變，$由方切換到日，貝U人增大D. 保持/不變，S接在力端，將戶向上滑動(dòng)，則7.減小考點(diǎn)分析 本題考杳了變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析關(guān)系町知, A減小，解題思路Slb切換已吋，副線圈匝數(shù)增多，則輸出電壓仏增大，用消耗的功率增大，山變壓器功率 其輸入功率也增大，

12、故 Z增大，所以A錯(cuò)C對(duì)；S由日切換力時(shí)，副線圈匝數(shù)減少，則輸出電壓減小,對(duì)；P向上滑動(dòng)時(shí)，斤減小， 仏増大,由電流與匝數(shù)的關(guān)系可知，/1增大，錯(cuò).答案:BC 失分陷阱不能正確理解變壓器原、副線圈電流、電壓與功率的制約關(guān)系4(a)中電流表的讀數(shù)為1. 2A ?圖例5. (2005廣東物理卷)鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖4(a)所示？圖4 (b)中用同一電纜線繞了3匝，則(A.這種電流表能測(cè)直流電流，圖4 (b)的讀數(shù)為2.4AB.這種電流表能測(cè)交流電流，圖4 (b)的讀數(shù)為0.4AC.這種電流衣能測(cè)交流電流，圖4 (b)的讀數(shù)為3.6AD.這種電流表既能測(cè)直流電流，乂能測(cè)交流電流，圖4 (b)的

13、圖 4 (b)讀數(shù)為3. 6A圖 4 (a)考點(diǎn)分析 木題考查了變壓器變壓原理的應(yīng)川解題思路 由題意可知，鉗形電流表利用了電磁感應(yīng)原理，實(shí)際上是變壓器，因此鉗形電流表只能測(cè)交流電.由變壓器的原理可知，因每匝線圈產(chǎn)住的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同，故圖4(b)的讀數(shù)為3. 6A.答案：C失分陷阱 誤用變壓器的電流關(guān)系 Z比，而得出錯(cuò)誤答案 B.例6. (07. 土海物理卷)如圖所示，自耦變壓器輸入端畀、接交流穩(wěn)壓電源，其電壓有效值？B=100V,局=400,當(dāng)滑動(dòng)片處于線圈中點(diǎn)位置時(shí)，C 兩端電壓的有效 A廠飛通過(guò)電阻允的電流有效值為S LLM fl In值弘為V,考點(diǎn)分析變壓器原理及部分電路歐姆定律的應(yīng)用A

14、.理想變壓器的變壓解題思路 因口耦變壓器的原副線圈在一起，由題可知，原線圈的匝數(shù)為副線圈匝數(shù)的一半比為乞二彳，所以（/D二2 （/4/?= 200 V.根據(jù)部分電路歐姆定律有/=Q=200V=5AU2 n2R（） 400答案：200, 5失分陷阱 將口耦變壓器的副線圈的上半部分當(dāng)做直線而得出錯(cuò)誤的電壓和電流例7.（06.上海物理卷）如圖所示，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為 巾和，當(dāng)負(fù)載電阻斤中流過(guò)的電流為/時(shí)，原線圈屮流過(guò)的電流為 ；現(xiàn)減小負(fù)載電阻斤的阻值，貝U變壓器的輸入功率將 （填“增人”、“減 小”或“不變”）考點(diǎn)分析 考查變壓器電壓比和電流比的應(yīng)用及動(dòng)態(tài)分析解題思路 由變壓器的電流比可知，A =故/嚴(yán)生/,由題意知原線圈的電壓不變，由 P?產(chǎn)吐I n anR和P = P2可知,斤減小時(shí),則P = P均增大. 失分陷阱誤以為減小負(fù)載的電阻，即減小負(fù)載的功率，得出變壓器的輸入功率將變小的結(jié)論例8. （06廣東物理卷）某發(fā)電站的輸出功率為104kW,輸岀電壓為4kV,通過(guò)理想變壓器升壓rilHj 80km遠(yuǎn)處供電.已知輸電導(dǎo)線的電阻率為 p = 2.4x10-8Q-/77 ,導(dǎo)線橫截面積為1.5x107代，輸電線路損失的功率為輸出功率