高中物理总复习：高二下《交流电》讲义A4

高二物理下册——交流电 【一?交变电流的产生和变化规律：】 1、交变电流：(1) 定义: 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流. (2) 特例:随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流,正弦式电流的图像是正弦曲线,我国城镇使用的 交变电流都是正弦式电流. 2、正弦式电流的产生和规律 (1) 产生:如图所示,将一个平面线圈置于匀强磁场中,并使它绕垂直于磁感线的 轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式电流. 甲:线圈中没有电流 乙:电流从a流向b 丙:线圈中没有电流 丁:电流从b流向a 戊:线圈中没有电流 (2) 中性面:平面线圈在匀强磁场中旋转,当线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感 应电 动势,这个位置叫做中性面.如图中甲?丙?戊线圈所在平面即是. 中性面的特点是: ① 线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零. ② 线圈经过中性面时,内部的电流方向要发生改变. 3、规律: n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,从中性面开始计时,其函数形式为 e=nBSωsinωt,用Em表示感应电动势的峰值,图像如图所示,则有感应电动势大小:e=Emsinωt, 电流大小:i=e/R=Em/Rsinωt=Imsinωt,电压大小:u=Umsinωt. 4、表征交变电流的物理量 (1) 瞬时值：正弦式交变电流的电动势和电流随时间的变化而变化,不同的时刻有不同的值,叫做交变电流 的瞬时值,变化规律为e=Emsinωt,i=Imsinωt,用小写的 字母表 26个大写字母表一年级语文拼音字母表乘法分配律用字母表示aoe拼音字母表声母韵母整体认读音节字母表 示. (2) 最大值：交变电流在一个周期内所能达到的最大值,也称峰值,反映的是交变电流大小的变化范围, 当矩形线圈转到与磁感线平行时出现.其表达式用大写字母加脚标表示,瞬时值与最大值 的关系为-Em≤e≤Em,-Im≤i≤Im. (3) 有效值：① 定义: 如果让交流电流和直流电流分别通过同样的电阻,在同一时间内产生的热量相同, 这个直流电流的数值就称为该交流电流的有效值. ② 正弦式电流的最大值和有效值的关系为: (4) 周期和频率：① 交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量. ② 周期T: 交变电流完成一次周期性变化所需的时间,单位是秒(s).周期越大,交变电流变 化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次. ③ 频率f: 交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹,符号为Hz.频率越大, 交变电流变化越快 . 【二、电感和电容对交流电的作用：】 1、电感对交变电流的阻碍作用：关系式为：XL =2πf L 此式表明线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，电感对交变电流的作用就越大，感抗也就越大。 自感系数很大的线圈有通直流、阻交流的作用，自感系数较小的线圈有通低频、阻高频的作用. 2、容器对交变电流的阻碍作用：关系式为： . 此式表明电容器的电容越大，交变电流的频率越高，电容对电流的阻碍作用越小，容抗也就越小。 由于电容大的电容器对频率高的交流电流有很好的通过作用，因而可以做成高频旁路电容器，通高频、 阻低频；利用电容器对直流的阻止作用，可以做成隔直电容器，通交流、阻直流。 【三、变压器?远距离输电：】 1、电压关系: (输出电压由输入电压和匝数比决定,与用电器的电阻大小以及有无其他副线圈无关). 2、功率关系: P入 = P出或 I1U1 = I2U2+I3U3+…+InUn. 3、电流关系: I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn,当只有一个副线圈时I1n1=I2n2. 4、远距离输电：(1) 问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 : 电能的损失和电压的损失.  (2) 关键: 减少输电线上电能的损失,P损=I2R线. (3) 方法: ① 减小输电导线的电阻,如采用电阻率小的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ,加大导线的横截面积; ② 提高输电电压,减小输电电流. 【四、特别提醒：】 1、中性面：当线圈平面转动至垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即线圈中没有 感应电流，这个特定位置叫做中性面． 注意：① 线圈通过中性面时，磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零． ② 线圈平面通过跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，所以磁通量为零，磁通量的变化 率最大，感应电动势、感应电流均最大． ③ 线圈平面每次通过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周则线圈两次通过中性面， 故一个周期内线圈中电流方向改变两次． 2、交变电流的描述：(1) 峰值：反映交变电流大小的变化范围，线圈平面跟磁感线平行时，交变电动势最大， Em＝NBSω.电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值． (2) 有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的．让交变电流和恒定电流通过同样阻值的电阻如果 它们在一个周期内产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做交变电流的有效值 注意：① 交变电流的有效值反映的是交变电流产生热效应的平均效果． ② 正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是E＝ Em，U＝ Um，I＝ Im. 3、变压器：(1)原理：法拉第电磁感应定律． (2) 电压关系： ＝ ，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压与匝数成正比．[来源:学科网] (3) 功率关系：无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和． ① 当只有一个副线圈工作时，有U1I1 ＝ U2I2，  ＝ . ② 若有两个以上的副线圈，则有：P1 ＝ P2＋P3＋…， ＝ 、 ＝ …，  n1I1 ＝ n2I2＋n3I3＋…. (4) 决定关系：在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定， 输入功率由输出功率决定． 【典型考点例题解析：】 考点1、交变电流的产生及变化规律 电感和电容 【例1】在图A-13-55-5所示电路中，L为电感线圈， R为灯炮，电流表内阻为零， 电压表内阻无限大，交变电流源的电压u=220 sinl00πt(V)．若保持电压的 有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的有(        ) A．电流表示数增大    B．电压表示数增大    C．灯泡变暗    D．灯泡变亮 考点2、变压器、电能的输送 【例2】在绕制变压器时，某人将2个线圈误绕在如图A-13-56-4所示的变压器铁芯的左右两个臂上， 当通以交 流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，而另一半则通过中间的臂，已知线圈1和2的 匝数比为2：1，在不接负载的情况下(        ) A．当线圈1输入电压为200 V时，线圈2输出电压为110 V B．当线圈l输入电压为220 V时，线圈2输出电压为55 V C．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为220 V D．当线圈2输入电压为110 V时，线圈l输出电压为110 V 考点3、考查交流电的图像 【例3】一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知 A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u ＝100sin（25t）V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电的电压的有效值为100 D．若将该交流电压加在阻值R ＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W 考点4、考查交变电流的图像与交流电的有效值 【例4】将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示． 下列说法正确的是 （    ） A．电路中交变电流的频率为0.25 Hz B．通过电阻的电流为 A C．电阻消耗的电功率为2.5 W D．用交流电压表测得电阻两端的电压是5 V 考点5、考查理想变压器的电流关系、电压关系和功率关系 【例5】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电，副线圈接入“220V，60W” 灯泡一只，且灯泡正常发光．则 （      ） A．电流表的示数为 A    B．电源输出功率为1200W C．电流表的示数为 A    D．原线圈端电压为11V 考点6、考查变压器电 路的动态分析 【例 6】如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关． P是滑动变阻器R的滑动触头，U1 为加在原线圈两端的交变电压， I1、I2 分别为原线圈和副线圈中的电流．下列说法正确的是 A．保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小 B．保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小 C．保持P的位置及U1 不变，S由b切换到a，则I1增大 D．保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则 I1减小 【典型难点例题解析：】 难点一、表征交变电流的物理量：交变电流的最大值、瞬时值、有效值、平均值都有其特殊的意义．在交流电 路中，不加特别说明的情况下，电流、电压都是指有效值，交流电压表、电流表的示数均为有效值．在求电 功、电功率、电热等时要用交变电流的有效值，在求通过导线截面的电荷量时要用交变电流的平均值．在交 流电路中要特别注意对交流电有效值的理解和计算． 【例1】在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴 匀速转动，如图4－11－4甲所示．产生的交变电动势的图象 如图4－11－4乙所示，则(　      　) A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合 C．线框产生的交变电动势有效值为311 V D．线框产生的交变电动势频率为100 Hz 【变式探究】图4－11－5甲为一台小型发电机构造示意图， 线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律 图象如图乙所示．发电机线圈内阻为1.0 Ω，外接灯泡 的电阻为9.0 Ω，则 (　    　) A．电压表的示数为6 V  B．在t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零        C．若线圈转速变为25 r/s，则电动势有效值为3 V D．若线圈转速变为25 r/s，则通过电灯的电流为1.2 A 难点二、变压器原理 处理变压器问题的一般思路：1、处理与变压器相关的电路问题时，一般将电路分成原线圈回路、副线圈回路分 别考虑，用变压器的相关 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 处理两回路的关系． 2、分析变压器动态变化问题的思路模型 3、在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定， 输入功率由输出功率决定．m] 【例2】一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线 圈输入电压的变化规律如图4－11－6甲所示，副线圈 所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头． 下列说法正确的是(　    　) A．副线圈输出电压的频率为50 Hz B．副线圈输出电压的有效值为31 V C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小    D．P向右移动时，变压器的输出功率增加 【变式探究】某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW. 现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是 (　    　) A．输电线上输送的电流大小为2×105 A            B．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW D．输电线上损失的功率为ΔP ＝ ，U为输电电压，r为输电线的电阻 难点三、远距离输电问题 一、远距离输电与变压器： 1、远距离输电示意图如图4－11－7所示． 2、常用关系：升压变压器副线圈功率P1等于 降压变压器原线圈功率P2与输电线损失功 率Pr之和；升压变压器副线圈电压U2等 于降压变压器原线圈电压U3与输电线上产生的电压降Ur之和； 输电电流等于输电功率与输电电压之比I2 ＝ ，输电线上损失功率Pr＝I r. 【例3】如图4－11－8所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电 输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1， 它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输 入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和 P4.设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有 A．U2减小，U4变大  [来om] B．U2不变，U3变小 C．P1变小，P2变小            D．P2变大，P3变大 【变式探究】为保证用户电压稳定在220 V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意 图．保持输入电压 u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压．某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所 示．以下正确的是 (　  　) A．u2＝190 sin50πt V B．u2＝190 sin100πt V C．为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移 D．为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移 【历年高考题2012年：】 1、某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin100πt（V），对此电动势，下列表述正确的有 (          ) A. 最大值是 V      B. 频率是100Hz      C．有效值是 V      D.周期是0.02s 2、图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压 器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为 、 。V为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大 于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确的是（      ） A．电压表的示数等于5V  B．电压表的示数等于 C．实现点火的条件是 　 D．实现点火的条件是 3、如图，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1， 两个标有“12V，6W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈中电压表和电流表 （可视为理想的）的示数分别是（      ） A．120V，0.10A      B．240V，0.025A  C．120V，0.05A      D． 240V，0.05A 4、如图所示，理想变压器的原线圈接u＝11000 sin100πt(V)的交变电压，副线圈通过电阻r ＝6 Ω的导线 对“220 V/880 W”的电器RL供电，该电器正常工作．由此可知(　    　) A．原、副线圈的匝数比为50∶1    B．交变电压的频率为100 Hz C．副线圈中电流的有效值为4 A    D．变压器的输入功率为880 W 5、某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1 由火线和零线 并行绕成. 当右侧线圈L2 中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路. 仅考虑L1 在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有（      ） (A) 家庭电路正常工作时,L2 中的磁通量为零 (B) 家庭电路中使用的电器增多时,L2 中的磁通量不变 (C) 家庭电路发生短路时,开关K 将被电磁铁吸起 (D) 地面上的人接触火线发生触电时,开关K 将被电磁铁吸起 6、为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外面壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中， 电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图所示。当开关从a拨到b时，由L与C构成的回路中 产生周期 的振荡电流。当罐中的液面上升时（      ） A. 电容器的电容减小 B. 电容器的电容增大 C. LC回路的振荡频率减小 D. LC回路的振荡频率增大 7、通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路总电阻的R。 当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk， 线路损耗的电功率为P2，则P1，和 的值为（    ） A． ，           B． R，           C． ，         D． R， 【历年高考题2011年：】 1、图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1，电阻R=20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为 单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图所示。现将S1接1、S2闭合， 此时L2正常发光。下列说法正确的是 A. 输入电压u的表达式u=20 sin(50π)V  B. 只断开S1后，L1、L2均正常发光 C. 只断开S2后，原线圈的输入功率增大 D. 若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W 2、图7（a）左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R=55Ω， 、 为理想电流表和电压表。 若原线圈接入如图7（b）所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是（    ） A、电流表的示数为2A              B、原、副线圈匝数比为1:2 C、电压表的示数为电压的有效值    D、原线圈中交变电压的频率为100Hz 3、将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势 和感应电流，下列表述正确的是（      ）] A、感应电动势的大小与线圈的匝数无关      B、穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 C、穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大  D、感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 4、为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压u1不变， 当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示。 以下正确的是 （      ） A、u2=190 sin(50πt)V B、u2=190 sin(100πt)V C、为使用户电压稳定在220V，应将P适当下移 D、为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移 5、如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1=800和n2=200的两个线圈，上线圈两端u=51sin314tV的交流电源 相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是（      ） A. 2.0V       B. 9.0V      C. 12.7V      D. 144.0V 6、如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1：2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率 为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和 电流表的读数，则（      ） 7、图为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压