《600分考點-700分考法-A版-高考物理》第12章-交變電流

第12章交變電流考點33變壓器電能的輸送考點32交流電的產(chǎn)生與描述考點32交流電的產(chǎn)生與描述必備知識全面把握核心方法重點突破

方法1交變電流的圖像問題

方法2有效值和平均值的求解考法例析成就能力

考法1交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律

考法2交變電流的“四值”及應(yīng)用

考法3用有效值的定義求解非正弦交流電的有效值必備知識全面把握1．交變電流的產(chǎn)生和規(guī)律(1)交變電流①定義：大小和方向都隨時間做周期性變化的電流叫交變電流，簡稱交流電．方向隨時間做周期性變化是交流電的重要特征．如圖所示的電流都是交變電流．②正弦式交變電流：隨時間按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流．正弦式交變電流的圖像是正弦曲線．(2)正弦交流電①產(chǎn)生方法：如圖所示，將一個平面線圈置于勻強磁場中，并使它繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈中就會產(chǎn)生正弦式交變電流．②中性面a．定義：平面線圈在勻強磁場中旋轉(zhuǎn)，當線圈平面垂直磁感線時，線圈所在平面叫中性面．b．中性面的特點i．穿過線圈的磁通量最大，即Φ＝BS.ii.線圈中磁通量的變化率最小，感應(yīng)電動勢最小，為零，即E＝0.iii.每經(jīng)過一次中性面，閉合回路中的電流方向就改變一次．(3)正弦交流電的變化規(guī)律2．描述交變電流的物理量(1)周期和頻率①周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時間，單位是秒(s)；周期越大，交變電流變化越慢；在一個周期內(nèi)，交變電流的方向變化2次．②頻率f：交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲，符號為Hz.頻率越大，交變電流變化越快．(2)交變電流的“四值”①瞬時值：交變電流的瞬時值反映的是不同時刻交變電流的大小和方向，瞬時值表達式為e＝Emsinωt.②最大值：交變電流的最大值反映的是交變電流大小的變化范圍，當線圈平面與磁感線平行時，電動勢最大，Em＝nBSω.注意，此最大值與線圈的形狀無關(guān)．③平均值：交變電流的平均值是交變電流圖像的波形與橫軸(t軸)所圍面積跟時間的比值．其數(shù)值可用E＝

計算．④有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的，即在交流電的一個周期內(nèi)，跟某一交變電流使同一電阻產(chǎn)生相等熱量的直流電的數(shù)值，叫該交變電流的有效值．正弦式交變電流的有效值和最大值之間的關(guān)系：核心方法重點突破方法1交變電流的圖像問題(多選)如圖1所示，單匝矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直磁場的軸轉(zhuǎn)動．改變線圈的轉(zhuǎn)速，穿過該線圈的磁通量隨時間分別按圖2中圖線甲、乙的正弦規(guī)律變化．設(shè)線圈的電阻為1.0Ω，則(

)A．圖線甲對應(yīng)線圈在t＝0時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大B．圖線甲、乙對應(yīng)的線圈在t＝0.2s時，線圈平面均平行于磁感線C．圖線甲、乙對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為5∶4D．圖線甲對應(yīng)的線圈中交變電流的最大值為2.5π

A例1【解析】【答案】BC例1方法2

交流電有效值的求解[天津理綜2014·7，6分](多選)如圖甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢圖像如圖乙中圖線a、b所示，則(

)A．兩次t＝0時刻線圈平面均與中性面重合B．圖線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3C．圖線a表示的交變電動勢頻率為25HzD．圖線b表示的交變電動勢有效值為10V例2【解析】【答案】AC例2考法例析成就能力考法1交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律[天津理綜2017·6，6分](多選)在勻強磁場中，一個100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變化．設(shè)線圈總電阻為2Ω，則(

)A．t＝0時，線圈平面平行于磁感線B．t＝1s時，線圈中的電流改變方向C．t＝1.5s時，線圈中的感應(yīng)電動勢最大D．一個周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為8π2J例1【解析】【答案】AD例1考法2交變電流的“四值”及應(yīng)用如圖所示，一半徑為r的半圓形單匝線圈垂直放在具有理想邊界的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度為B.以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為n，ab與磁場邊界重合，M和N是兩個滑環(huán)，負載電阻為R.線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻不計，下列說法中正確的是(

)例2【解析】【答案】A例2考法3

非正弦交流電的有效值的計算(多選)如圖所示，甲、乙為兩種電壓的波形，其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化，圖乙所示的電壓波形是正弦函數(shù)圖像的一部分．下列說法正確的是(

)A．圖甲、圖乙均表示交變電流B．圖甲所示電壓的瞬時值表達式為u＝20sin100πt(V)C．圖乙所示電壓的有效值為20VD．圖乙所示電壓的有效值為10V例3【解析】【答案】ABD例3考點33變壓器電能的輸送必備知識全面把握核心方法重點突破

方法3

理想變壓器基本關(guān)系的問題方法4理想變壓器的動態(tài)分析問題方法5遠距離輸電的應(yīng)用考法例析成就能力

考法4

理想變壓器的應(yīng)用考法5

理想變壓器的動態(tài)分析

考法6遠距離輸電的應(yīng)用

考法7

自耦變壓器與多副線圈變壓器必備知識全面把握1．變壓器(1)變壓器①定義：用來改變交流電的電壓和電流的裝置．②構(gòu)造：變壓器是由閉合鐵芯(由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成)和繞在鐵芯上的兩個線圈(用絕緣導(dǎo)線繞制)組成的，如圖所示．原線圈：和交流電源相連接的線圈(匝數(shù)為n1)．副線圈：和負載相連接的線圈(匝數(shù)為n2)，副線圈可能不止一個．(2)理想變壓器①概念：沒有能量損失的變壓器叫作理想變壓器．②特點：a.變壓器鐵芯內(nèi)無漏磁，即無“磁損”；b.原、副線圈不計內(nèi)阻，電流通過時不產(chǎn)生焦耳熱，即無“銅損”；c.閉合鐵芯中的渦流為零，即無“鐵損”．(3)變壓器的工作原理①原理：互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)，電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中磁場也在不斷變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使副線圈能夠輸出電流．②能量轉(zhuǎn)換方式③變壓器的作用：改變交流電的電壓，不改變交流電的周期和頻率．(4)理想變壓器的基本關(guān)系式2．遠距離輸電(1)為什么要采用高壓輸電由P損＝I2R線知，要減小電能在輸電線上的損耗，可以有兩種方法：①減小輸電導(dǎo)線的電阻，如采用電阻率低的材料，加大導(dǎo)線的橫截面積；②提高輸電電壓，減小輸電電流．第一種方法的作用十分有限，代價較高，所以實際中一般采用第二種方法．(2)遠距離高壓輸電的電路模式升壓變壓器建在離發(fā)電廠較近處，降壓變壓器建在離用戶較近處(如圖所示)．(3)遠距離高壓輸電的基本關(guān)系(4)損失電功率、電壓的計算方法核心方法重點突破方法3

理想變壓器基本關(guān)系的問題[課標全國Ⅰ2016·16，6分]一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，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(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當S閉合時，電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為(

)A．2B．3C．4D．5例1【解析】【答案】B例1方法4

理想變壓器的動態(tài)分析問題[天津理綜2016·5，6分]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P向上滑動時，R1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(shù)變大C．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表A1示數(shù)變大D．若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大例2【解析】滑動變阻器的觸頭向上滑動時，滑動變阻器接入電路中的電阻變大，R1中的電流變小，R1消耗的功率變小，選項A錯誤；滑動變阻器的觸頭向上滑動時，R1兩端的電壓變小，電壓表V示數(shù)變大，選項B正確；滑動變阻器的觸頭向上滑動時，副線圈電路的總電阻變大，總功率變小，原線圈的功率也變小，電流表A1的示數(shù)變小，選項C錯誤；閉合開關(guān)S，R1兩端的電壓變大，電壓表V兩端電壓變小，A2示數(shù)變小，選項D錯誤．【答案】B例2方法5遠距離輸電的應(yīng)用)[安徽馬鞍山2018二模](多選)圖甲為遠距離輸電示意圖，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶100，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為100∶1，遠距離輸電線的總電阻為100Ω，若升壓變壓器的輸入電壓如圖乙所示，輸入功率為750kW.下列說法正確的是(

)

A．用戶端交流電的頻率為50HzB．用戶端電壓為250VC．輸電線中的電流為30AD．輸電線路損耗的功率為180kW例3【解析】【答案】AC例3考法例析成就能力考法4

理想變壓器的應(yīng)用普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測量電流，通常要通過電流互感器來連接，圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少，工作時電流為Iab，cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多，工作時電流為Icd，為了使電流表能正常工作，則(

)

A．a(chǎn)b接MN、cd接PQ，Iab＜IcdB．a(chǎn)b接MN、cd接PQ，Iab＞IcdC．a(chǎn)b接PQ、cd接MN，Iab＜IcdD．a(chǎn)b接PQ、cd接MN，Iab＞Icd例1【解析】根據(jù)單一副線圈的理想變壓器原理知電流比等于匝數(shù)比的倒數(shù)，可得ab接MN、cd接PQ，Iab>Icd，故B正確．【答案】B例1考法5

理想變壓器的動態(tài)分析[安徽理綜2015·16，6分]圖示電路中，變壓器為理想變壓器，a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，R0為定值電阻，R為滑動變阻器．現(xiàn)將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一位置，觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2A，電流表A2的示數(shù)增大了0.8A，則下列說法正確的是(

)

A．電壓表V1示數(shù)增大B．電壓表V2、V3示數(shù)均增大C．該變壓器起升壓作用D．變阻器滑片是沿c→d的方向滑動例2【解析】由于原、副線圈兩端電壓不變，電流表A2的示數(shù)增大，根據(jù)歐姆定律可知負載的總電阻減小，所以滑動變阻器的阻值變小，變阻器的滑片應(yīng)沿c→d的方向滑動，選項D正確；由于變壓器原線圈兩端的電壓不變，因此電壓表V1、V2的示數(shù)均不變，選項A、B錯誤；因理想變壓器I1n1＝I2n2，可得ΔI1n1＝ΔI2n2，代入數(shù)據(jù)得n1＝4n2，即變壓器是降壓變壓器，起降壓作用，選項C錯誤．【答案】D例2考法6

遠距離輸電如圖所示為遠距離輸電的簡化電路圖．發(fā)電廠的輸出電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1.在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流為I2.則(

)

例3【解析】【答案】A例3考法7

特殊的變壓器模型有一種調(diào)壓變壓器的構(gòu)造如圖所示．線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，C、D之間加上輸入電壓，轉(zhuǎn)動滑動觸頭P就可以調(diào)節(jié)輸出電壓．圖中A為理想交流電流表，V