專題12交變電流

1、目 錄 Contents考情精解讀考點(diǎn)1考點(diǎn)2考法3考法2考法1考法4考法5方法1A.考點(diǎn)全通關(guān)B.題型全突破C.能力大提升方法2考情精解讀考綱解讀命題趨勢(shì)命題規(guī)律考情精解讀1 物理 專題十二 交變電流1 考試大綱交變電流、交變電流的圖像正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值理想變壓器遠(yuǎn)距離輸電考綱解讀命題趨勢(shì)命題規(guī)律考情精解讀2 物理 專題十二 交變電流2 知識(shí)體系構(gòu)建考綱解讀命題規(guī)律考情精解讀3命題趨勢(shì) 物理 專題十二 交變電流考點(diǎn)2016全國(guó)2015全國(guó)2014全國(guó)自主命題地區(qū)交變電流的產(chǎn)生,理想變壓器【60%】全國(guó),16,6分全國(guó),19,6分全國(guó),16,6分 全國(guó),21,6分2016四

2、川,2,6分2016天津,5,6分2016海南,9,5分2016江蘇,4,3分2015天津,6,6分 2015江蘇,1,3分2014天津,7,6分 考綱解讀命題規(guī)律考情精解讀4命題趨勢(shì) 物理 專題十二 交變電流遠(yuǎn)距離輸電【40%】2014江蘇,3,3分2014浙江,15,6分考綱解讀命題規(guī)律考情精解讀5返回目錄1.熱點(diǎn)預(yù)測(cè)交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律,交變電流“四值”的計(jì)算及應(yīng)用,變壓器工作原理,遠(yuǎn)距離輸電仍是高考考查的熱點(diǎn)內(nèi)容,題型一般為選擇題,分值為6分左右.2.趨勢(shì)分析題目多以發(fā)電機(jī)為載體,考查交變電流的相關(guān)知識(shí),考題與生活實(shí)際相聯(lián)系是未來(lái)的命題趨勢(shì).命題趨勢(shì) 物理 專題十二 交變電流考點(diǎn)全

3、通關(guān)考點(diǎn)全通關(guān)1考點(diǎn)1交變電流的產(chǎn)生及其描述繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流一、交變電流1.定義:大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫作交變電流.2.圖像:圖(a)、(b)、(c)、(d)所示電流都屬于交變電流,其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦交流電,如圖(a)所示. 交變電流的主要特征是電流的方向隨時(shí)間發(fā)生周期性變化.考點(diǎn)全通關(guān)2二、正弦交流電的變化規(guī)律1.中性面(1)中性面: 線圈平面與磁感線垂直的位置稱為中性面.(2)中性面的特點(diǎn)以及與峰值面(中性面的垂面)的比較 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí) 中性面峰值面含義線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直線圈平面與磁場(chǎng)方向平行磁通量最大(BS)0磁通

4、量的變化率0最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)0最大(nBS)電流方向發(fā)生改變方向不變考點(diǎn)全通關(guān)3 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí)2.正弦交流電的圖像:用以描述交流電隨時(shí)間變化的規(guī)律,如果從線圈位于中性面位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),其圖像為正弦曲線.如圖甲、乙所示. 圖甲 圖乙考點(diǎn)全通關(guān)4 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí)3.正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式(線圈在中性面位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí))(1)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律: e=Emsin t,其中表示線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度, Em=nBS.(2)負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律: u=Umsin t.(3)電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律: i=Imsin t.1.線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的

5、軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生正弦交變電流,電流的變化規(guī)律與線圈的形狀、轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)哪個(gè)位置無(wú)關(guān).2.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周兩次經(jīng)過(guò)中性面,所以一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次.分析交流電問(wèn)題的常見(jiàn)方法見(jiàn)本書(shū)258頁(yè)考點(diǎn)全通關(guān)5 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí)三、電阻、感抗、容抗的比較 電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化電容器兩極板上積累的電荷對(duì)向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的反抗作用考點(diǎn)全通關(guān)6 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí)決定因素由導(dǎo)體本身(長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料)決定,與溫度有關(guān)由線圈本身的自感系數(shù)和交流的頻率決定由電容的大小和交流的頻率決定在電路中的特點(diǎn)對(duì)

6、直流、交流均有阻礙作用只對(duì)變化的電流如交流有阻礙作用.通直流阻交流,通低頻阻高頻不能通直流,只能通交流.對(duì)直流的阻礙作用無(wú)限大,對(duì)交流的阻礙作用隨頻率的降低而增大電能的轉(zhuǎn)化與做功電流通過(guò)電阻做功,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化考點(diǎn)全通關(guān)7 物理 專題十二 交變電流返回目錄電感器或電容器接到交流電源上時(shí),電能與磁場(chǎng)能或電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化,所以不會(huì)消耗電能.而電流通過(guò)電阻時(shí),一定會(huì)產(chǎn)生焦耳熱,從而造成電能的損耗.考點(diǎn)全通關(guān)8 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí)一、理想變壓器1.構(gòu)造:如圖所示.變壓器主要由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成.(1)原線圈:指與交流電源連接的線圈,也

7、叫初級(jí)線圈.(2)副線圈:指與負(fù)載連接的線圈,也叫次級(jí)線圈.2.理想變壓器:不考慮能量損失的變壓器稱為理想變壓器,即 理想變壓器的輸出功率等于輸入功率.考點(diǎn)2變壓器遠(yuǎn)距離輸電考點(diǎn)全通關(guān)9 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí)考點(diǎn)全通關(guān)10 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí)【通關(guān)秘籍】1.變壓器不能改變恒定直流電壓.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(guān)系式中的U1、U2、I1、I2均為有效值.考點(diǎn)全通關(guān)11二、遠(yuǎn)距離輸電1.輸電導(dǎo)線上的能量損失:主要由輸電導(dǎo)線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生,表達(dá)式為Q=I2Rt,I為輸電導(dǎo)線中的電流,R為

8、輸電導(dǎo)線的電阻.2.降低輸電損耗的方法(1)減小輸電導(dǎo)線的電阻;(2) 減小輸電導(dǎo)線中的電流.在輸送功率P一定的情況下,由P=UI可知,提高輸電電壓U可以減小輸電電流I. 物理 專題十二 交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí)考點(diǎn)全通關(guān)12 物理 專題十二 交變電流返回目錄題型全突破考法1 交變電流變化規(guī)律的應(yīng)用 物理 專題十二 交變電流題型全突破1繼續(xù)學(xué)習(xí)二、正弦交變電流中各物理量的變化規(guī)律若從線圈在中性面位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),則正弦交變電流的變化規(guī)律如下表所示: 物理 專題十二 交變電流題型全突破2繼續(xù)學(xué)習(xí)規(guī)律物理量函數(shù)圖像磁通量=mcos t=BScos t電動(dòng)勢(shì)e=Emsin t=nBSsin t 物理 專題十二

9、 交變電流題型全突破3繼續(xù)學(xué)習(xí)電壓電流 物理 專題十二 交變電流題型全突破4繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破5考法示例1某線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的交變電流的圖像如圖所示,由圖中信息可以判斷()A.在A、C時(shí)刻線圈處于中性面位置B.在B、D時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為零C.從AD線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為2D.若從OD歷時(shí)0.02s,則在1 s內(nèi)交變電流的方向改變了100次繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破6繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破7繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破8考法示例2一正弦交變電流的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示,由圖可知()

10、A.該交變電流的電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u=100sin 25t(V)B.該交變電流的頻率為4 HzC.該交變電流的電壓的有效值為100 VD.若將該交變電壓加在阻值為R=100 的電阻兩端,則電阻消耗的功率是50 W繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破9返回目錄 物理 專題十二 交變電流題型全突破10繼續(xù)學(xué)習(xí)考法2 應(yīng)用交流電“四值”解決問(wèn)題 考法指導(dǎo)一、幾種典型交變電流的有效值交變電流名稱交變電流圖像有效值正弦式交變電流正弦式半波交變電流 物理 專題十二 交變電流題型全突破11繼續(xù)學(xué)習(xí)正弦單向脈沖電流矩形脈沖電流非對(duì)稱性交變電流繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破12二、交變電

11、流“四值”的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值從線圈位于中性面位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí):e=Emsin ti=Imsin t計(jì)算線圈某時(shí)刻的瞬時(shí)情況最大值瞬時(shí)值中的最大值如電容器的擊穿電壓 物理 專題十二 交變電流題型全突破13繼續(xù)學(xué)習(xí)物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值1.計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的物理量2.電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)值3.保險(xiǎn)絲的熔斷電流4.交流電流表、交流電壓表的示數(shù)平均值交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所圍的面積與時(shí)間的比值計(jì)算通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破14繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十

12、二 交變電流題型全突破15繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破16 物理 專題十二 交變電流題型全突破17返回目錄 物理 專題十二 交變電流題型全突破18繼續(xù)學(xué)習(xí)考法3 理想變壓器原、副線圈之間的基本量的關(guān)系 考法指導(dǎo)理想變壓器沒(méi)有能量損失(銅損、鐵損)沒(méi)有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯內(nèi))基本關(guān)系功率關(guān)系P入=P出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比,與負(fù)載情況、副線圈個(gè)數(shù)的多少無(wú)關(guān)電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí),電流與匝數(shù)成反比;有多個(gè)副線圈時(shí),由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系頻率關(guān)系原、副線圈中電流的頻率相等制約關(guān)系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定功率原線圈的輸入功

13、率P1由副線圈的輸出功率P2決定電流原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定 物理 專題十二 交變電流題型全突破19繼續(xù)學(xué)習(xí)考法示例4如圖所示,理想變壓器原線圈的匝數(shù)為n1,副線圈的匝數(shù)為n2,原線圈的兩端a、b接正弦交流電源時(shí),電壓表V的示數(shù)為220 V,電流表A1的示數(shù)為0.20 A.已知負(fù)載電阻 R=44 ,則下列判斷中正確的是()A.原線圈和副線圈的匝數(shù)比為2 1B.原線圈和副線圈的匝數(shù)比為5 1C.電流表A2的示數(shù)為0.1 AD.電流表A2的示數(shù)為0.4 A 物理 專題十二 交變電流題型全突破20返回目錄 物理 專題十二 交變電流題型全突破21繼續(xù)學(xué)習(xí)考法4 理想變壓器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)

14、題分析 物理 專題十二 交變電流題型全突破22繼續(xù)學(xué)習(xí)3.分析動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題的思路流程U1 U2 I2 I1 P1 關(guān)于理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題,解題的關(guān)鍵是分清變量和不變量,弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約的關(guān)系,即明確變壓器輸入電壓與輸出電壓、輸入電流與輸出電流跟匝數(shù)的關(guān)系,以及輸出電壓由輸入電壓決定,輸入電流由輸出電流決定. 物理 專題十二 交變電流題型全突破23繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破24繼續(xù)學(xué)習(xí)思路分析光敏電阻 R減小電流增大;抽出鐵芯自感系數(shù)減小感抗減小電流增大.解析由圖乙可知,交變電流的周期為0.02 s,頻率為50 Hz,則交流電的方向每秒改變10

15、0次,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電壓表的示數(shù)為變壓器副線圈兩端電壓的有效值,即22 V,B項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)有光照射R時(shí),其阻值減小,因此負(fù)載電阻減小,電流增大,燈泡D變亮,C項(xiàng)正確;抽出線圈L中的鐵芯,線圈的自感系數(shù)減小,對(duì)交流電的阻礙作用(感抗)減小,負(fù)載電流增大,故輸入電流增大,電流表示數(shù)增大,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 答案C 物理 專題十二 交變電流題型全突破25繼續(xù)學(xué)習(xí)【】 物理 專題十二 交變電流題型全突破26由于理想變壓器不消耗電能,動(dòng)態(tài)分析交流電路時(shí)同樣可以使用“整體法”和“隔離法”,首先將變壓器副線圈回路從系統(tǒng)中隔離出來(lái)進(jìn)行分析,然后從能量守恒的角度對(duì)整體輸入功率、電流進(jìn)行分析,判斷變化結(jié)果.返回目錄 考法指導(dǎo)一

16、、弄清“三個(gè)回路”如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電的簡(jiǎn)化電路原理圖.我們可以把它劃分為三個(gè)回路,即圖中所示的回路1、回路2和回路3. 物理 專題十二 交變電流題型全突破27繼續(xù)學(xué)習(xí)考法5 遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的分析繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破28 物理 專題十二 交變電流題型全突破29繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破30繼續(xù)學(xué)習(xí)考法示例6某河的水流量為4 m3/s,水流下落的高度差為5 m.現(xiàn)在利用河水來(lái)發(fā)電,設(shè)所用發(fā)電機(jī)的總效率為50%.(1)求發(fā)電機(jī)的輸出功率.(2)設(shè)發(fā)電機(jī)的輸出電壓為350 V,在輸送途中輸電線的電阻為4 ,損耗的功率為輸出功率的5%,問(wèn)在用戶需用電壓為220

17、 V 時(shí),所用升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比分別為多少?(g=9.8 m/s2) 物理 專題十二 交變電流題型全突破31繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破32繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破33繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流題型全突破34返回目錄能力大提升 物理 專題十二 交變電流能力大提升1繼續(xù)學(xué)習(xí)方法1 分析交流電問(wèn)題的常見(jiàn)方法 物理 專題十二 交變電流能力大提升2繼續(xù)學(xué)習(xí)【方法探究】利用交流電的圖像可以直觀地得出交流電的周期、最大值,再結(jié)合其他關(guān)系可得出交流電的頻率、有效值等物理量. 物理 專題十二 交變電流能力大提升3繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電

18、流能力大提升4繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流能力大提升5繼續(xù)學(xué)習(xí)【方法探究】 物理 專題十二 交變電流能力大提升6返回目錄 物理 專題十二 交變電流能力大提升7繼續(xù)學(xué)習(xí)方法2 處理變壓器及遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的基本方法 物理 專題十二 交變電流能力大提升8思路分析由光敏電阻的阻值變化確定副線圈中電流的變化確定原線圈中電流的變化確定變壓器的輸入功率變化.解析原線圈中的輸入電壓為220 V,由原、副線圈的匝數(shù)比可得,副線圈中電壓表的示數(shù)為22 V;在天逐漸變黑的過(guò)程中,光敏電阻的阻值變大,由于電壓不變,所以電流表A2的示數(shù)變小,則原線圈中電流表A1的示數(shù)變小,輸入功率也變小.綜上分析可知,選項(xiàng)B、D正確.答案BD繼續(xù)學(xué)習(xí) 物理 專題十二 交變電流能力大提升9繼續(xù)學(xué)習(xí)方法探究 在分析變壓器