高三物理一轮复习 第9章 电磁感应 交变电流 第4节 交变电流教师用书

我们在这里，召开私营企业家联谊会，借此机会，我代表成都市渝中工商局、渝中区私营企业协会，祝各位领导新年快乐、工作愉快、身体健康，祝各位企业家事业兴旺第4节交变电流考点一| 交变电流的产生与描述1产生如图941所示，将闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁感线方向的轴做匀速转动图9412周期和频率(1)周期T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转动一周)所需的时间，单位是秒(s)公式表达式为T.(2)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(Hz)(3)周期和频率的关系：T或f.3交变电流的“四值”(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值(3)有效值：让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻，如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等，则这个恒定电流的电流I、电压U就是这个交变电流的有效值(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系：I，U，E.(5)平均值：交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值，其数值可以用n计算1正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)物理量函数表达式图象磁通量mcos tBScos t电动势eEmsin tnBSsin t电压uUmsin tsin t电流iImsin tsin t2有效值的计算(1)公式法利用E、U、I计算，只适用于正(余)弦式交变电流(2)利用有效值的定义计算(非正弦式电流)交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)注意“三同”：即“相同电阻”，“相同时间”内产生“相同热量”计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期(3)利用能量关系当有电能和其他形式的能转化时，可利用能的转化和守恒定律来求有效值1(多选)当交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法中正确的是()A电流将改变方向B磁场方向和线圈平面平行C线圈的磁通量最大D线圈产生的感应电动势最大AC当线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，电流将改变方向故选A、C.2(多选)矩形线框在匀强磁场内匀速转动的过程中，线框输出的交变电压随时间变化的图象如图942所示，下列说法中正确的是()图942A交变电压的有效值为36 VB交变电压的最大值为36 V，频率为0.25 HzC2 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大D1 s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快【答案】BC3有一不动的矩形线圈abcd，处于范围足够大的可转动的匀强磁场中，如图943所示该匀强磁场是由一对磁极N、S产生，磁极以OO为轴匀速转动在t0时刻，磁场的方向与线圈平行，磁极N开始离开纸面向外转动，规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是()图943C磁极以OO为轴匀速转动可等效为磁场不动线圈向相反方向转动，在t0时刻，由右手定则可知，产生的感应电流方向为abcda，因磁场的方向与线圈平行，感应电流最大，故C项正确4如图944所示，N50 匝的矩形线圈abcd，ab边长l120 cm，ad边长l225 cm，放在磁感应强度B0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴以n3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r1 ，外电路电阻R9 ，t0 时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里求：图944(1)t0时感应电流的方向；(2)感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做的功. 【导学号：81370341】【解析】(1)根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba.(2)线圈的角速度2n100 rad/s图示位置的感应电动势最大，其大小为EmNBl1l2代入数据得Em314 V感应电动势的瞬时值表达式eEmcos t314cos(100t)V.(3)电动势的有效值E线圈匀速转动的周期T0.02 s线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即WI2(Rr)TT代入数据得W98.6 J.【答案】(1)感应电流方向沿adcba(2)e314cos(100t)V(3)98.6 J考点二| 电感和电容对交变电流的影响1影响电感对交变电流的阻碍作用的因素电感器的自感系数、交变电流的频率(1)电感器的自感系数越大，对交变电流的阻碍作用越大(2)交变电流的频率越高，电感器对交变电流的阻碍作用越大2影响电容器对交变电流阻碍作用的因素电容器的电容、交变电流的频率(1)电容器的电容越大，对交变电流的阻碍作用越小(2)交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用越小1电感器的应用扼流圈类型低频扼流圈高频扼流圈构造匝数多，有铁芯(由铜线绕制)匝数少，无铁芯(由铜线绕制)自感系数L较大较小感抗XL大小较大较小作用通直流，阻交流通直流、通低频，阻高频(1)“通直流，阻交流”这是对两种不同类型的电流而言的，因为直流电流的方向不变化，不能引起自感现象，交变电流的电流方向时刻改变，必有自感电动势产生来阻碍电流的变化(2)“通低频，阻高频”这是对不同频率的交变电流而言的，因为交变电流的频率越高，电流的变化越快，线圈的自感作用越强，感抗也就越大2电容器在电路中的应用(1)隔直电容器：通交流，阻直流如图945所示，输入信号既有交流成分又有直流成分，在下一级电路的输入端前串联一个电容器(电容较大)，就可以阻挡直流成分，只让交流成分通过图945(2)高频旁路电容器：通高频，阻低频如图946所示，输入信号中既有高频成分又有低频成分，在下一级电路的输入端并联一个电容器(电容较小)，就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置图9461(多选)如图947所示的实验电路中，若交流电压的有效值与直流电压相等，S为双刀双掷开关，下列叙述中正确的是()图947A当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗B当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮CS掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出来时灯变亮DS掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时灯变暗AC线圈对恒定电流(直流)几乎无阻碍作用，对交变电流线圈自感系数越大，阻碍作用越大2如图948所示，电路由交流电源供电，最大电压保持不变，如果交变电流的频率升高，则下列说法中正确的是()图948A电容器上的电荷量最大值增大B电容器的阻碍作用增大C电路中灯泡的亮度变亮D电路中灯泡的亮度变暗C当交变电流的频率升高时，电容器的阻碍作用减小，灯泡的亮度变亮，灯泡两端的电压变大，故选项C正确，选项B、D错误；由QCU可知，选项A错误3(多选)(2017湖州选考模拟)如图949所示，当交流电源的电压(有效值)U220 V，频率f50 Hz时，三只灯泡L1、L2、L3的亮度相同(L无直流电阻)，若将交流电源的频率变为f100 Hz，则() 【导学号：81370342】图949AL1灯比原来亮BL2灯比原来亮CL3灯和原来一样亮DL3灯比原来亮AC电容器对交流电的阻碍作用与交变电流的频率有关，频率越高阻碍作用越小，所以选项A正确；电感器对交变电流的阻碍作用随频率的升高而增大，所以选项B错误；电阻R对交变电流的阻碍作用与电源的频率无关，所以选项C正确，选项D错误考点三| 变压器电能的输送1理想变压器(1)构造和原理(如图9410所示)图9410主要构造由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成工作原理：电磁感应的互感现象(2)基本关系电压关系：.功率关系：P入P出电流关系：a.只有一个副线圈时：.b有多个副线圈时，U1I1U2I2U3I3UnIn.2远距离输电(1)输电过程(如图9411所示)图9411(2)电压损失UUU.UIR.(3)功率损失PPP.PI2R2R.(4)减少输电线上电能损失的方法减小输电线的电阻R线由R线知，可采用加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线减小输电导线中的电流在输电功率一定的情况下，根据PUI，要减小电流，必须提高输电电压1理想变压器的动态分析(1)匝数比不变的情况(如图9412所示)图9412U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化I2变化引起P2变化，根据P1P2，可以判断P1的变化(2)负载电阻不变的情况(如图9413所示)图9413U1不变，发生变化，U2变化R不变，U2变化，I2发生变化根据P2和P1P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化2远距离输电(1)理清三个回路图9414远距离输电电网间的基本结构，如图9414所示输电过程的电路被划分为三个独立的回路，即电源回路、输送回路和用户回路在每个回路中，变压器的原线圈是回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源，每个回路均可应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的规律，而变压器的电压、电流、功率关系则是联系不同回路的桥梁(2)抓住两个联系理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是：，I1n1I2n2，P1P2.理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是：，I3n3I4n4，P3P4.(3)掌握一个能量守恒定律发电机把机械能转化为电能，并通过导线将能量输送给线圈1，线圈1上的能量就是远程输电的总能量，在输送过程中，先被输送回路上的导线电阻损耗一小部分，剩余的绝大部分通过降压变压器和用户回路被用户使用消耗，所以其能量关系为P1P线损P用户1(2017衢州选考模拟)如图9415，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221，V和均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB端电压u112sin 100t(V)下列说法正确的是()图9415A电流频率为100 HzBV的读数为24 VC的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 WD由2f100 rad/s得：f50 Hz，A错有效值U112 V，又：得：U26 V，I21 A，选项B、C错由能量守恒得P1P2U2I26 W，D选项对2(多选)理想变压器原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t变化的规律如图9416所示，原、副线圈匝数比，副线圈只接入一个R10 的电阻，则() 【导学号：81370343】图9416A与电阻R并联的电压表示数为3.11 VB流过电阻R的电流最大值为0.311 AC变压器的输入功率为0.484 WD一个周期内，电阻R上产生的热量为9.68103 JBCD原线圈两端电压有效值是220 V，则根据可得副线圈两端电压有效值U22.2 V，电压表测得的是有效值，A错；流过副线圈的电流有效值I20.22 A，流过副线圈的电流最大值为0.311 A，B对；变压器输入功率等于输出功率，输出功率P2U2I20.484 W，C对；根据QIRt并代入数据可得Q9.68103 J，D对3(多选)如图9417所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则()图9417A保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大B保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小BCQ位置不动，副线圈电压U2不变，当P上滑时，R增大，由P可知总功率减小，原线圈电压U1不变，由PU1I1可知原线圈电流I1减小，故A错误，B正确；当P位置不动，Q上滑时，由知U2增大，同理分析原线圈电流I1增大，故C正确，D错误4. (多选)如图9418所示的电路中，理想变压器的输入电压u不变，R1为定值电阻，若要使电压表示数增大，可