專題5-1交變電流單元知識脈絡與核心素養(yǎng)-2

（一）本章知識脈絡（二）本章核心素養(yǎng)解析一、物理掛念——正確區(qū)分和應用交變電流的“四值”.最大值最大值是指交變電流在變化過程中電動勢、電壓、電流所能達到的最大值，它反映的是交變電流大小的變化范圍。當線圈平面與磁感應強度B的方向平行時，交變電流的電動勢最大。設線圈的匝數為N,而積為S,繞垂直于磁場的轉軸轉動的角速度為。Em=NBSco,扁的大小與線圈的形狀、旋轉的轉軸位置無關，在考慮電容器的耐壓程度時，應注意交變電流的最大值。.有效值交變電流的有效值是根據電流的熱效應來定義的，即在一個周期內，能使同一電阻產生相等熱量的直流的數值，叫作該交變電流的有效值，它反映的是交變電流通過用電器把電能轉化為其他形式能的本領強EU弱，常用一大寫字母來表示，如E、U、L正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關系是提U=場、/飛。各種交變電流電氣設備上銘牌標有的、交流電表所測的，以及在敘述中沒有特別說明的交變電流的值,都是指有效值。在計算交變電流通過導體產生的熱量、電功率以及確定電阻絲的熔斷電流時，只能用交變電流的有效值?？傊?，在研究交變電流做功、電功率及產生的熱量時，只能用有效值，交流電路中電流表、電壓表的讀數也都是有效值。.瞬時值瞬時值是指交變電流在變化過程中某一時刻電動勢、電壓、電流的值，它反映的是某一時刻交變電流某物理量的大小，常用小寫字母來表示，如?、〃、心當從線圈平面與4的方向平行時開始計時，設線圈平面與B的方向的夾角為仇瞬時電動勢e的表達式為-Emcos。；當以線圈平面與中性面平行時開始計時，設線圈平面與中性面的夾角為a,瞬時電動勢e的表達式為-Emsin外在求發(fā)電機某一時刻的電動勢、電流、輸出功率，用電器某一時刻電壓、電流、消耗功率時常用瞬時值。.平均值交變電流的平均值是交變電流圖象中波形與橫軸”軸）所圍的面積跟時間的比值，常用大寫字母上加一橫線來表示，如反仄I。求一段時間內通過導體橫截面的電荷量時要用平均值4=71,平均電動勢注意：片H亨，平均值不等于有效值2【例1】如圖所示，矩形線框匝數〃=250,ab=\2cm,ad=10cm,電阻不計。線框置于8右T的勻強磁場中，繞垂直于磁場的軸以角速度4兀rad/s勻速轉動。線框通過滑環(huán)與外電路相連，外電路接有R=12Q的電阻及一只發(fā)光電壓和熄滅電壓都為12V的敏泡L。(1)當S接e時，電流表讀數為多少?R的熱功率為多大?10min內外力對線框做功多少？(2)當S接/時，發(fā)泡閃光頻率為多大?通電10min,發(fā)泡發(fā)光總時間為多少？【答案】(1煩A24W1.44x104J(2)4Hz400s二、科學思維——理想變壓器問題的分析思路具備了以下條件的變壓器稱為理想變壓器：(1)不計銅損，即變壓器的原、副線圈的內阻很小，可以忽略，在有電流通過時認為不產生焦耳熱。(2)不計鐵損，即變壓器鐵芯內不產生渦流，無熱損耗。(3)不計磁漏，即原、副線圈中的磁通量總保持相同。解題思路：Uxn,U1u2u3思路(1):電壓思路：變壓器原、副線圈的電壓之比為歷當變壓器有多個副線圈時溫=瓦=鬲工..思路(2)：功率思路：理想變壓器的輸入、輸出功率為尸入=。出，即尸產P2：當變壓器有多個副線圈時，PkP2+P3+…思路⑶：電流思路：由片知，當變壓器有多個副線圈時，〃/』2/2+〃3/3+…，對只有一個副線圈的變壓器才有上能思路(4)：(變壓器動態(tài)問題)制約思路：①電流制約：當變壓器原、副線圈的匝數比段一定，目.輸入電壓S確定時，原線圈中的電流外由副線圈中的輸出電流“決定，即/尸等，可簡述為“副制約原②負載制約：a.變壓器副線圈中的功率P2由用戶負載決定，P2=P2P優(yōu)2+…u2b.變壓器副線圈中的電流h由用戶負載電阻R?確定，，2二區(qū)；c.總功率P◎=P我+P2。思路(5)：輸配電原理思路：按“發(fā)電一升壓一輸電線一降壓一用電器”的順序或從“用電器倒推到發(fā)電”,以變壓器的鐵芯為界劃分為三個回路一步一步進行分析。學@科網［例2］［2016?天津高考］如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是（）A.當滑動變阻器的滑動觸頭尸向上滑動時，R消耗的功率變大B.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表V示數變大C.當滑動變阻器的滑動觸頭戶向上滑動時，電流表Ai示數變大D.若閉合開關S,則電流表Ai示數變大、A?示數變大【答案】B【例3】如圖為模擬遠距離輸電實驗電路圖，兩理想變壓器的匝數“尸〃4<〃2=小，四根模擬輸電線的電阻R、&、&、&的阻值均為R，AhA2為相同的理想交流電流表，LhL2為相同的小燈泡，燈絲電阻Rl>2R,忽略燈絲電阻隨溫度的變化。當A、4端接入低壓交流電源時0A.Ai、A?兩表的示數相同B.LhL2兩燈泡的亮度相同C.R｝消耗的功率大于R3消耗的功率D.R2兩端的電壓小于&兩端的電壓【答案】DUnt【解析】設兩電流表示數分別為/Al、/A2,則心2二赤工瓦。由題意知，［二無設為匕由變壓器匝數與電流、電壓的關系可知,升壓變壓器副線圈兩端電壓S=W，降壓變壓器副線圈中電流/4=51，以=/4&=/田L，則降壓變壓器原線圈兩端電壓5=初4=后心內.，則/a產勺U，解得/a尸跡不函，則方故，AI〈/a2，選項A錯誤；/4=M\1=2R+〃2rJ因5>1，故兩燈泡亮度不同，選項B錯誤；由P=/2r可知，Pri<Pr3,選項C錯誤；由U=/R可知，Ur2<Ur4,選項D正確?！纠?】.［2016?全國卷I］一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻品、&和1的阻值分別為3Q、1Q和4C,。為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定。當開關S斷開時，電流表的示數為/；當S閉合時，甩流表的示數為4/。該變壓器原、副線圈匝數比值為（）A.2B.3C.4D.5【答案】B牛刀小試.如圖所示，理想變壓器的原線圈連接一只理想交流電流表，副線圈匝數可以通過滑動觸頭Q來調節(jié)，在副線圈兩端連接了定值電阻Ro和滑動變阻器R,P為滑動變阻器的滑動觸頭。在原線圈上加一電壓為U的正弦交流電，則（）A.保持Q的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數變大B.保持。的位置不動，將P向上滑動時，電流表讀數變小C.保持P的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數變大D.保持?的位置不動，將Q向上滑動時，電流表讀數變小【答案】BC【解析】保持Q的位置不動，則S不變，將P向上滑動時，R接入電路的電阻變大，根據/2=石冬K。十K知，“變小，由7=中得人也變小，即電流表讀數變小，選項A錯誤，選項B正確；保持P的位置不動，將/2Q向上滑動時，S變大，則根據尸2=G%知副線圈輸出功率變大，由尸1=尸2知，變壓器原線圈輸入功率Pl變大，而修=/山,輸入電壓U一定，八變大，即電流表讀數變大，選項C正確，選項D錯誤..小型手搖發(fā)電機線圈共N匝，每匝可簡化為矩形線圈加〃，磁極間的磁場視為勻強磁場，方向垂直于線圈中心軸。。，線圈繞。。勻速轉動，如圖所示.矩形線圈他邊和cd邊產生的感應電動勢的最大值都為。o,不計線圈電阻，則發(fā)電機輸出電壓（）A.峰值是eoB.峰值是2eoc.有效值是陰3D.有效值是啦Neo【答案】D.（2015?全國卷I）一理想變壓器的原、副線圈的匝數比為3：I,在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側接在電壓為220V的正弦交流電源上，如圖所示.設副線圈回路中電阻兩端的電壓為U,原、副線圈回路中電阻消耗的功率的比值為公則（）A.U=66V,k=fB.U=22V,k=fC.U=66V,k=jD.U=22V,k=q【答案】A【解析】設原、副線圈中的電流分別為小/2,則￡=譽4故設原線圈兩端的電壓為S，則號*故S=3U,而原線圈上電阻分擔的電壓為故§+3U=220V,解得U=66V.選項A正Ufl2IJJ確.4.如圖所示，理想變壓器原線圈的匝數〃|=1100匝，副線圈的匝數〃2=110匝，Ro、Ri、R2均為定值電阻，且治=吊=4,電流表、電壓表均為理想電表.原線圈接〃=220sin314/（V）的交流電源，起初開關S處于斷開狀態(tài).下列說法中正確的是（）A.電壓表的示數為22VB.當開關S閉合后，電壓表的示數變小

C.當開關s閉合后，電流表的示數變大D.當開關S閉合后，變壓器的輸出功率增大【答案】BCD5.如圖所示，單匝矩形線圈放置在磁感應強度為8的勻強磁場中，以恒定的角速度①繞"邊轉動，磁場方向垂直于紙面向里，線圈所圍面積為s,線圈導線的總電阻為R./=o時刻線圈平面與紙面重合，且m邊正在向紙面外轉動.貝）A.t時刻線圈中電流瞬時值表達式/'=號尖oscotB.線圈中電流的有效值/=甯C.線圈中電流的有效值/="整n2r22D.線圈中消耗的電功率尸="夢【答案】CD【解析】回路中感應電動勢的最大值電流的最大值品=今=空.f=0時線圈處于中性AK面位置，故瞬時值表達式，=窄看1!必.電流有效值/=建=噂"，p=/2r=瞥費，故A、B錯誤，C、DK72乙K乙K正確.6.某小型水電站發(fā)電機輸出的電功率為100kW,輸出電壓為250V,現準備向遠處輸電，所用輸電線的總電阻為8Q,要求輸電時在輸電線上損失的電功率不超過輸送電功率的5%,用戶獲得220V的電壓.求應選用匝數比為多大的升壓變壓器和降壓變壓