高二物理交變電流知識(shí)總復(fù)習(xí)知識(shí)精講

1、高二物理交變電流知識(shí)總復(fù)習(xí)【本講主要內(nèi)容】交變電流知識(shí)總復(fù)習(xí)【知識(shí)掌握】【知識(shí)點(diǎn)精析】重點(diǎn)：交變電流的產(chǎn)生和變壓器工作原理的理解。難點(diǎn)：交變電流的描述及遠(yuǎn)距離輸電的計(jì)算。1、整體感知建構(gòu)本章知識(shí)結(jié)構(gòu)交變電流三相交變電流產(chǎn)生；線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)單相交變電標(biāo)物理量；最大值、有效值、瞬時(shí)信、周期、頻率瞬時(shí)值表達(dá)式；e=E11151n31產(chǎn)生；三個(gè)互成12CT的相同繞圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)星型連接連接方法，三角形連接遠(yuǎn)距禽輸電，高壓輸電2、重點(diǎn)難點(diǎn)分析(1)交流電的產(chǎn)生及交流電的變化規(guī)律產(chǎn)生：一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生。用公式E=BLV理解。交流電的變化規(guī)律：瞬時(shí)值e=Esin cot (E=nBs

2、co)是對(duì)應(yīng)從中性面開始的轉(zhuǎn)動(dòng)。有效值：在熱效應(yīng)上和直流電等效的物理量。m U =I =1 I.2（2）變壓器原理：電磁感應(yīng)，故只能改變變化的電壓。理想變壓器：法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用（回避原電動(dòng)勢(shì)和反電動(dòng)勢(shì)疊加的過程、相位 差問題），注意兩邊磁通量相等匚4Ei = n i .iEi = niE2 n2對(duì)于理想變壓器，導(dǎo)線電阻可以忽略，故Ui = Ei , U2 = E 2 （副線圈看成一個(gè)電源,電動(dòng)勢(shì)等于路端電壓）。所以匕=上5 n2即：理想變壓器原副線圈的電壓之比等于兩個(gè)線圈的匝數(shù)比。如果n2ni ,則輸出電壓高，稱升壓變壓器。對(duì)于理想變壓器，我們除了關(guān)心它的電壓關(guān)系外，還關(guān)心它的功率和電

3、流關(guān)系功率Pi = P 2電流上=I2ni（3）三相交變電流三相交變電流的產(chǎn)生在同一磁場(chǎng)中有三個(gè)互成角度的線圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，電路中就產(chǎn)生三個(gè)周期和最大值相同的交變電動(dòng)勢(shì)，這樣的發(fā)電機(jī)叫三相交流發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生的電流叫三相交變電流。三相交變電流及負(fù)載接法：星型連接和三角形連接日常電路中， U相= 220V, U線= 380V?！窘忸}方法指導(dǎo)】a）把握正弦交變電流的三個(gè)要素（最大值、頻率、線圈開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其平面與中性面的 夾角），掌握交流電的變化規(guī)律。例i,方形線圈每邊長(zhǎng) 20cm,共i00匝，在B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為50rad/s 。線圈電阻為2Q,外電路電阻為 8Q

4、 ,若從線圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)平行時(shí)開始計(jì)時(shí)。則：（i）交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式？ （2）交變電流的圖象？解析：（i）由題意知：=2兀/T = 2兀f=i00兀I m=En/（R+r ） =nBSco /（R+r ） =6.28A0 0= 90 （因計(jì)時(shí)時(shí)電動(dòng)勢(shì)最大）故瞬時(shí)值表達(dá)式為：i=I msin（t+兀/2 ） =6.28sin（i00兀t+兀/2 ） A（2）因?yàn)椋篢=i/f=0.02s ,所以圖象為：b）把握住變壓器中的能量守恒，掌握理解變壓器規(guī)律。例2.如圖，某變壓器原線圈匝數(shù) m=1100匝，副線圈n2=30匝，n3=20匝，輸入電壓U1=220V, 負(fù)載電阻R=2Q , R =4Q

5、,求：（1）輸出電流12、|3? （2）輸入功率和輸入電流？R解析：（1）據(jù)變壓比公式得 UI/ U 2= n2/n 1=300/1100U?=6V, I 2= U2/R=3A同理求得U3= 4V I 3= 1A(2)由能量守恒得：P入 = P出=U2 I 2+U3 I 3=22W所以 I 1=P 入/ U 1=0.1AW繞垂直于磁場(chǎng)方向的例3. 一小型發(fā)電機(jī)內(nèi)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以恒定的角速度固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈匝數(shù)n=100。穿過每匝線圈的磁通量 中隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。如圖所示,發(fā)電機(jī)內(nèi)阻r=5.0 C,外電路電阻R =95C。已知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=n&m,其中Gm為穿過每匝線圈磁通

6、量的最大值。求串聯(lián)在外電路中的交流電流表 （內(nèi)阻不計(jì)）的讀數(shù)。解析：已知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值設(shè)線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為T,則有T根據(jù)歐姆定律，電路中電流的最大值為設(shè)交流電流表的讀數(shù)為I ,它是電流的有效值，根據(jù)有效值與最大值的關(guān)系，有I = 1 Im2由題給的 t圖線可讀得1m =1.。10 WbT =3.14 10 2s解以上各式，并代入數(shù)據(jù)，得I =1.4A注意：描述交變電流的物理量有兩類，一是描述變化快慢的，那就是周期、頻率(有時(shí) 還會(huì)提到角頻率 3=且=2兀f)。二是描述大小強(qiáng)弱的物理量，那就是有效值、平均值(包括上節(jié)課提到的最大值、瞬時(shí)值)。第二類物理量的規(guī)律要復(fù)雜一些，物理意義也深刻

7、一些。而且，本節(jié)課介紹的一些大小規(guī)律都潛藏著相應(yīng)的條件，不能盲目套用。例4.圖中，理想降壓變壓器的變壓系數(shù)是3,即初級(jí)線圈匝數(shù)與次級(jí)線圈的匝數(shù)之比是3。初級(jí)線圈的輸入電壓是 660V,這臺(tái)變壓器供給 100盞220V, 60W的電燈用電。i=660V求：1)空載時(shí)次級(jí)線圈的端電壓和輸出功率；2)接通時(shí)初級(jí)線圈的輸入功率、電流為多少？分析解答：(1)變壓器為理想變壓器。設(shè)空載時(shí)初級(jí)線圈的端電壓為Uao,n2 U2- , n2由上=，得到 U2 U1 =220 (V)on1U 1n1因?yàn)榭蛰d，次級(jí)線圈的負(fù)載電阻R2T8,次級(jí)線圈中的電流為零I2 =0 , P=I2U2 =0(2) P2 =60 1

8、00 =6000WR = P2 =6000WR =U1I1I =且:陋=9.1AU1660例5.三峽水利工程中某一水電站發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)為：水以v1 =3m/s的速度流入水輪機(jī)后以v2 =1m/s的速度流出，流出水位比流入水位低 10m,水流量為Q=10m3/s,水輪機(jī)效率為75%發(fā)電機(jī)效率為 80%試問：(1)發(fā)電機(jī)的輸出功率為多少？如果發(fā)電機(jī)輸出電壓為 240V,用戶所需要的電壓為 220V,輸電線路中能量損失為 5% 輸電線的電阻共為12。，那么所需的升、降變壓器的一份線圈匝數(shù)比分別是多少？解析：(1)水輪機(jī)的輸出功率即發(fā)電機(jī)的輸入功率為75% M(mgh +mv2 /2 -mv2 / 2)

9、一t2Vi - v 2=Q：gh Q： 1 2-75%一 一 5=7.8 105W發(fā)電機(jī)的輸出功率為 P0 =P1 80% =6.24 105W(2)電機(jī)的輸出電流為 I1 =P0/U1 =2600A輸電導(dǎo)線中的熱損耗 叫=P0 5% =3.12 104W輸電線路中的電流I2=51A所以升壓變壓器原副線圈匝數(shù)比為n1 /n2 =1/51降壓變壓器的輸出功率 P=F0 -P耗=5.93 105W則輸出電流I3=P/U=2.7 103A 3所以降壓變壓器原副線圈匝數(shù)比為n3 / n4 =53:1總結(jié)：本章高考重點(diǎn)考查(1)交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律和物理量(2)變壓器及應(yīng)用(3)遠(yuǎn)程輸電。應(yīng)圍繞它們

10、認(rèn)真復(fù)習(xí)，電感和電容對(duì)交變電流的影響是非重點(diǎn)內(nèi)容?！具_(dá)標(biāo)測(cè)試】.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e-t圖像如圖所示，則在時(shí)刻()t 1, t3線圈通過中性面t 2, t4線圈中磁通量最大t 1, t3線圈中磁通量變化率最大t 2, t4線圈平面與中性面垂直.如圖所示的交流為u=311sin （314t+兀/6 ） V,接在阻值220的電阻兩端，則（）A.電壓表的讀數(shù)為 311VB.電流表讀數(shù)為1.41AC.電流表讀數(shù)是1AD. 2s內(nèi)電阻的電熱是 440J3.鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。圖（a）中電流表的讀數(shù)為1.2A。圖（b）中用同一電纜線繞了3匝，則（）（不定項(xiàng)選擇）A.

11、這種電流表能測(cè)直流電流，圖（b）的讀數(shù)為2.4AB.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為0.4AC.這種電流表能測(cè)交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6AD.這種電流表既能測(cè)直流電流，又能測(cè)交流電流，圖（ b）的讀數(shù)為3.6a0ZTL(a)(b)n1 =600匝，電源電壓4.在某交流電路中，有一個(gè)正在工作的變壓器，它的原線圈匝數(shù)為U1 =220v,原線圈串聯(lián)一個(gè) 0.2A的保險(xiǎn)絲，副線圈n2 =120匝，為保證保險(xiǎn)絲不被燒 TOC o 1-5 h z 斷，則：（）A.負(fù)載功率不能超過 44WB.副線圈電流最大值不能超過1AC.副線圈電流有效值不能超過1AD.副線圈電流有效值不能超過0.2A5、如

12、圖所示是變壓器電路，若變壓器損失不計(jì)，加在原線圈上的電壓 U1 =3300V,輸出2V,安培表的示數(shù)I2 =3a,電壓U2 =220V,繞過鐵芯的導(dǎo)線所接的電壓表的示數(shù)為則原副線圈的匝數(shù)分別為 n1 =匝，n2 =匝，安培表Ai的示數(shù)I1 =Ao6.如圖，a、b兩端接交流電源，且既含高頻交流，又含低頻交流，L是一個(gè)高頻扼流圈,C為電容器，R為負(fù)載電阻。則正確的（）L的作用是通低頻，阻高頻C的作用是通交流，隔直流C的作用是通高頻，阻低頻D.通過R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流的百分比。【綜合測(cè)試】.如圖所示，在第一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)，線圈轉(zhuǎn)到中性面的時(shí)刻為 末，此時(shí)穿過線圈 的磁通量

13、（填最大，最小或零。下同），流過線圈的電流為 。在0.02s末時(shí)刻, 線圈在磁場(chǎng)中的位置是 。.水電站給遠(yuǎn)處山村送電的輸出功率是100kW用2000V電壓輸電，線路上損失的功率是2.5M104W,如果改用20000V高壓輸電，線路上損失的功率是 W.某變電站用220V的電壓送電，導(dǎo)線損失電功率是輸出功率的20%若要使導(dǎo)線損失電功率是輸出功率的 5%則輸出的電壓應(yīng)變?yōu)?V。.河水流量為4m3/s ,水流下落的高度為5s現(xiàn)在利用它來發(fā)電，設(shè)所用發(fā)電機(jī)的總效率為50%求：（1）發(fā)電機(jī)的輸出功率。（2）設(shè)發(fā)電機(jī)的車出電壓為350V,在輸送途中允許的電阻為4Q,許可損耗的功率為輸出功率5%問在用戶需用電

14、壓 220V時(shí)，所用升壓變壓器和降壓變壓器匝數(shù)之比。（g =9.8m/s 2）達(dá)標(biāo)測(cè)試答案.解析：AD圖中ti、t3時(shí)刻為中性面，此時(shí)穿過線圈的磁通量最大，但磁通量變化率 最小，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最??； t 2、t 4時(shí)刻磁通量最小，但磁通量變化率最大，所以感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)最大。.解析：BD由交流為u=311sin （314t+兀/6）V可知，電壓有效值為 220V,頻率為50Hz, 電流表、電壓表的讀數(shù)和電熱都由有效值計(jì)算。.解析：Co由變壓器的工作原理可知：法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用，兩邊磁通量相等 TOC o 1-5 h z E1 = n 1 E 2 = n 2 士巨=21；t.tE2 n2再由電

15、流關(guān)系 L =也可得。I2n14.解析：ACD由電壓關(guān)系 2 =2和匝數(shù)比可先算出副線圈的輸出電壓；再由電流關(guān)系U 2 窕L=及，算出各線圈的電流。I2n15.解析：1650, 110, 0.2由電壓關(guān)系 叢=上和匝數(shù)比可先算出副線圈的輸出電壓；再由電流關(guān)系I1 =匹，U 2 n 21 2n1算出各線圈的電流。6.解析：ACD由口訣電感是“通直流，阻交流；通低頻，阻高頻”電容是“通交流，隔直流；通高頻，阻低頻”電阻不影響，可選AC,由于L對(duì)高頻交流的阻礙作用和 C對(duì)高頻交流的旁路作用， 使得通過R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流的百分比。.解析：0.04s,最大，0,與中性面垂直

16、圖中0.04s , 0.08s , 0.12s時(shí)刻為中性面，此時(shí)線圈平面垂直于磁感線，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量變化率最小，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小；0.02s , 0.06s , 0.10s時(shí)刻磁通量最?。ù怪庇谥行悦妫磐孔兓首畲?，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大。.解析：250W由變壓器功率關(guān)系可知水電站電流為5A,遠(yuǎn)程輸電線路上損失功率公式P線=I線線可知高壓電壓升高10倍，輸送過程中損失的功率減小為原來的1/100 ,所以得250W.解析：440V由遠(yuǎn)程輸電中升壓變壓器原副線圈電流、電壓與匝數(shù)比的關(guān)系 TOC o 1-5 h z R5I2，八=可以推“2U 2I 1出在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，采用升壓變壓器使輸電電壓升高n倍，對(duì)于輸送一定的電功率來說，輸電線路上的電流將減小為原來的1/n,再由遠(yuǎn)程輸電線路損失功率公式P損=I2R可推出：若升壓變壓器使輸電電壓升高n倍輸電線路上的電能損失將減少為原來的1/n 2。在遠(yuǎn)程輸電中若電壓升高2倍，則在線路上損失的功率就變?yōu)樵瓉淼?/4。.解析：（1）利用水的機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電，每秒鐘流水量為4m3,水的落差5m,水推動(dòng)發(fā)電機(jī)葉輪的功率P = Pvgh/t發(fā)電機(jī)的輸出功率為:品出=50%