20182019學(xué)年高中物理第二章交變電流章末總結(jié)學(xué)案教科選修32

20182019學(xué)年高中物理第二章交變電流章末總結(jié)教案教科版選修3220182019學(xué)年高中物理第二章交變電流章末總結(jié)教案教科版選修329/9薄PAGE9膂蚆蚇肁羆羈莆20182019學(xué)年高中物理第二章交變電流章末總結(jié)教案教科版選修32第二章交變電流

章末總結(jié)

一、交變電流“四值”的計(jì)算和應(yīng)用

1．最大值：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)所產(chǎn)生的交變電流最大值Em＝

NBSω，在考慮電容器的耐壓值時(shí)應(yīng)依照交流電的最大值．

Im2．有效值：正弦式交流電的有效值I＝，其他交變電流的有效值應(yīng)依據(jù)有效值的定義計(jì)2

算，求電功、電功率，確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流，要用到有效值；沒(méi)有特別說(shuō)明時(shí)，交流電的

電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)指有效值，交流電表的測(cè)量值是有效值，交流用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電

壓、額定電流是有效值．

3．瞬市價(jià)：當(dāng)從線圈平面處于中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)，瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e＝Esin.ωtm瞬市價(jià)對(duì)應(yīng)某一時(shí)辰的電壓、電流值．E4．平均值：平均值需用E＝Nt和I＝R進(jìn)行計(jì)算，求一段時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)導(dǎo)體橫截面的電

荷量時(shí)要用平均值．

1

Φq＝I·Δt＝NR.

例1如圖1所示，交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈abcd中，ab＝cd＝50cm，bc＝ad＝30cm，匝

數(shù)n＝100匝，線圈電阻r＝Ω，外電阻R＝Ω.線圈在磁感覺(jué)強(qiáng)度B＝的勻

強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝100πrad/s.

圖1

求產(chǎn)生感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)的最大值．

若從圖示地址開始計(jì)時(shí)，寫出感覺(jué)電流隨時(shí)間變化的函數(shù)表達(dá)式．

交流電壓表和交流電流表的示數(shù)各為多少？

此發(fā)電機(jī)的功率為多少？

從圖示地址起，轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中，平均電動(dòng)勢(shì)為多少？經(jīng)過(guò)線圈截面的電荷量為多少？

解析(1)設(shè)＝1，＝l2，則交流電動(dòng)勢(shì)的最大值m＝12≈ablbcEmEnBllω(2)依照閉合電路歐姆定律，電流的最大值Im＝R＋r＝在題圖所示地址時(shí)，電流有最大值，則電流的瞬市價(jià)表達(dá)式為i＝Imcosωt，代入數(shù)值得i＝47.1cos(100πt)A(3)電流的有效值為Im≈I＝2路端電壓的有效值為U＝IR≈160V即電壓表的示數(shù)為160V，電流表的示數(shù)為33.3A.電動(dòng)勢(shì)的有效值為Em≈E＝2則發(fā)電機(jī)的功率為＝≈5544WPIEBS－02Bl1l2ωΦ(5)平均電動(dòng)勢(shì)為E＝nt＝nπ/2＝nπ＝150Vω經(jīng)過(guò)線圈截面的電荷量EΦBl1l2t＝R＋rq＝It＝nR＋r＝nR＋r＝答案(2)i＝47.1cos(100πt)A(4)5544W(5)150V二、交變電流圖像的應(yīng)用

2

交流電的圖像反響了交變電動(dòng)勢(shì)(電流)隨時(shí)間的變化特色，對(duì)正弦式交流電來(lái)說(shuō)，我們可以從圖像中獲取以下信息：1．交流電的周期()T2π一個(gè)完滿的正弦波對(duì)應(yīng)的時(shí)間段，知道了周期便可以算出線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝T.2．交流電的最大值mm(E、I)圖像上的峰值，知道了最大值，即可計(jì)算出交變電動(dòng)勢(shì)(交變電流)的有效值．

3．任意時(shí)辰交流電的瞬市價(jià)

圖像上每個(gè)“點(diǎn)”表示某一時(shí)辰交流電的瞬市價(jià)．

例2如圖2所示是某正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的( )

圖2A．周期是B．最大值是311VC．有效值是220VD．表達(dá)式為u＝220sinπt(V)Um解析由題圖知：最大值U＝311V，且為正弦交流電，有效值U＝m≈220V，周期T＝2s，表達(dá)式為＝311sin(100πt)V，故B、C選項(xiàng)正確．u答案BC

三、變壓器電路的動(dòng)向問(wèn)題解析

動(dòng)向解析該類問(wèn)題的思路可表示為：

例3用一理想變壓器給負(fù)載供電，變壓器輸入端的電壓不變，如圖3所示．開始時(shí)開關(guān)S

是斷開的．現(xiàn)將開關(guān)S閉合，則圖中所有交流電表的示數(shù)以及輸入功率的變化情況是( )

圖3A.、的示數(shù)不變，的示數(shù)增大，的示數(shù)減小，P入增大B.、的示數(shù)不變，、的示數(shù)增大，P入增大C.、的示數(shù)不變，、的示數(shù)減小，P入減小D.的示數(shù)不變，的示數(shù)增大，的示數(shù)減小，的示數(shù)增大，P入減小3

解析電壓表的示數(shù)由輸入電壓決定；電壓表的示數(shù)由輸入電壓1(大小等于電壓表U的示數(shù))和匝數(shù)比n1/2決定；電流表的示數(shù)由輸出電壓2(大小等于電壓表的示數(shù))和負(fù)nU載電阻R負(fù)決定；電流表的示數(shù)即I1由變壓器的匝數(shù)比n2/1和輸出電流I2決定；P入隨Pn出而變化，由P出決定．因輸入電壓不變，所以電壓表的示數(shù)不變．據(jù)公式2＝21/1，可UnUn知2也不變，即電壓表的示數(shù)不變．又據(jù)I2＝2/R負(fù)知，S閉合后R負(fù)減小，故I2增大，電UU流表的示數(shù)增大；輸入電流I1隨輸出電流I2的增大而增大，故電流表的示數(shù)增大．因P出＝22，故P出增大．P入隨P出變化而變化，故P入也增大．應(yīng)選B.UI答案B四、遠(yuǎn)距離輸電線路的解析與計(jì)算

解決遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題要注意以下兩點(diǎn)：

1．第一畫出輸電表示圖，包括發(fā)電機(jī)、升壓變壓器、輸電線、降壓變壓器、負(fù)載等，在圖

中標(biāo)出相應(yīng)物理量符號(hào)，利用輸電電流I＝/，輸電線上損失電壓＝IR線，輸電線損失PUU功率2＝P2及其相關(guān)知識(shí)解答．PIRR線線2．分別在“三個(gè)回路”以及“兩個(gè)變壓器”上找各物理量之間的關(guān)系，特別注意以升壓變壓器的副線圈、輸電線、降壓變壓器的原線圈組成的回路，在此回路中利用電路知識(shí)解析電壓關(guān)系和功率關(guān)系．例4發(fā)電機(jī)輸出功率為40kW，輸出電壓400V，用變壓比(原、副線圈匝數(shù)比)為1∶5的變壓器升壓后向遠(yuǎn)處供電，輸電線的總電阻為5Ω，到達(dá)用戶后再用變壓器降為220V，求：輸電線上損失的電功率是多少？

降壓變壓器的變壓比是多少？解析輸電線路以下列圖

(1)發(fā)電機(jī)輸出的電壓為400V，經(jīng)升壓變壓器后電壓為＝5×400V＝2×103V，由＝UIU1P得輸電線上的電流P40×103A＝20A，輸電線上損失的功率2202×5W＝32×103W.(2)輸電線上的電壓損失＝IR＝20×5V＝100VU加在降壓變壓器原線圈兩端的電壓U1＝U－U＝2×103V－100V＝×103V，降壓變壓器副線圈兩端的電壓(用戶所需的電壓)U2＝220V，故降壓變壓器的變壓比11×103Vn＝U＝n2U2220V9511.

答案3(1)2×10W(2)95∶11

4

1．(交變電流圖像的應(yīng)用)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，

如圖4甲所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖像如圖乙所示，則( )

圖4

A．t＝時(shí)線框的磁通量變化率為零

B．t＝時(shí)線框平面與中性面重合

C．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311VD．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為100Hz答案B解析由題圖乙可知該正弦交變電流的電動(dòng)勢(shì)最大值為311V，周期等于，依照正弦交變電流的最大值與有效值之間的關(guān)系E＝Em1得知選項(xiàng)C錯(cuò)誤；又f＝，則頻率為f＝50Hz，2T選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)t＝s時(shí)，＝Φ＝311V，獲取最大值，穿過(guò)線圈的磁通量變化率eNt最大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)t＝時(shí)，交變電壓及電流方向發(fā)生改變，電壓值最小等于零，線框平面與中性面重合，選項(xiàng)B正確．2．(變壓器電路的動(dòng)向解析問(wèn)題)如圖5所示，是經(jīng)過(guò)街頭變壓器降壓給用戶供電的表示圖．輸入電壓是市里電網(wǎng)的電壓，負(fù)載變化時(shí)輸入電壓不會(huì)有大的顛簸．輸出電壓經(jīng)過(guò)輸電線輸送給用戶，每條輸電線總電阻用R0表示．當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，則()

圖5

A．電壓表的示數(shù)減小

B．電流表的示數(shù)減小

C．電流表的示數(shù)減小

D．電壓表、的示數(shù)之差增大

答案AD

解析本題觀察歐姆定律和變壓器的原理，意在觀察學(xué)生對(duì)歐姆定律和變壓器原理的理

5

解．輸入電壓是市里電網(wǎng)的電壓，不隨負(fù)載的增加而變化，變壓器原、副線圈的匝數(shù)不變，

11的示數(shù)U2保持不變，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，意味著并聯(lián)由變壓器的變壓原理U＝n可得，電壓表U2n2U了更多的用電器，即負(fù)載的總阻值減小，而I2＝2，所以副線圈中的電流增大，即電2R0＋R載流表的示數(shù)增大，依照變壓器的功率原理P出＝P入即U2I2＝U1I1可知，由于輸出功率增大，輸入電流I1增大，B、C錯(cuò)誤；由于輸電導(dǎo)線與負(fù)載串通，隨著負(fù)載阻值的減小電流增大，輸電導(dǎo)線上的電壓U＝2IR增大，所以負(fù)載兩端的電壓U載＝U－U減小，即電壓表的示02020數(shù)減小，A正確；電壓表與電壓表的示數(shù)之差為輸電線上的電壓，即U0變大，D正確．3．(交變電流“四值”的應(yīng)用和計(jì)算)如圖6所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感覺(jué)強(qiáng)度B＝T，邊長(zhǎng)L＝10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度ω＝2πrad/s，外電路電阻R＝4Ω，求：

圖6

轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)的最大值；

由圖示地址(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過(guò)60°角時(shí)的瞬時(shí)感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)；

由圖示地址轉(zhuǎn)過(guò)60°角的過(guò)程中產(chǎn)生的平均感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)；

交流電壓表的示數(shù)；

線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力所做的功；

(6)從圖示地址起，1R的電荷量為多少？周期內(nèi)經(jīng)過(guò)6答案解析(1)感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝NBSω＝

轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的瞬時(shí)感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)為

e＝Emcos60°＝×＝1.57V.

轉(zhuǎn)過(guò)60°角過(guò)程中產(chǎn)生的平均感覺(jué)電動(dòng)勢(shì)為

BSsin60°E＝nt＝n16T

6

3×××2V≈2.6V.＝100×2π16×2π

(4)電壓表示數(shù)為外電路電壓的有效值

E2U＝R＋r·R＝4＋1×4V≈

線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力所做的功等于電流產(chǎn)生的熱量＝＝(Em)2·1·≈WQ2R＋rT(6)1周期內(nèi)經(jīng)過(guò)電阻R的電荷量為6TETq＝I·6＝R＋r·6

NBSsin60°T＝T·6R＋r6

NBSsin60°＝≈0.0866C.R＋r

4．(遠(yuǎn)距離輸電線路的解析與計(jì)算)一交流發(fā)電機(jī)輸出端的電壓為220V，輸出功率為4400

W．若用2Ω的輸電導(dǎo)線給用戶送電．

若是用220V的電壓直接輸送，用戶獲取的電壓和電功率各是多少？輸電效率是多少？

若是先用匝數(shù)比為1∶10的變壓器將電壓高升，經(jīng)過(guò)同樣的輸電線后，再用匝數(shù)比為

10∶1的變壓器將電壓降低供給用戶，用戶獲取的電壓和電功率各是多少？輸電效率又是多

少？答案(1)180V3600W81.8%4392W99.8%解析(1)

輸電表示圖以下列圖

輸電線上電流

4400I＝U＝220A＝20A

故用戶獲取的電壓

U′＝U－U＝220V－20×2V＝180V，

故用戶獲取的功率

7

′＝－＝－2PPPPIR4400W－202×2W＝3600W，

P′3600效率η＝P×100%＝4400×100%≈81.8%.

電路