高中物理 第五章 交变电流章末整合提升 新人教版选修

系统掌握蕴含其中的马克思主义立场观点方法，要在系统学习、深刻领会、科学把握习近平教育思想上下功夫。精心组织开展学习宣传贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神知识问答活动。第五章 交变电流突破一交变电流四值的计算与应用交变电流“四值”的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsin tiImsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值EmnBSIm讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值EUI适用于正(余)弦式交变电流(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值Bl计算通过电路截面的电荷量例1 (2015温州高二检测)如图1所示为交流发电机示意图，矩形线圈的匝数N50 匝，每匝线圈的边长lab0.4 m，Lbc0.2 m，矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B0.2 T，线圈总电阻r1 ，外接电阻R9 ，线圈以n r/s的转速在磁场中匀速转动。求：图1(1)线圈中产生的感应电动势的最大值；(2)若线圈从通过中性面时开始计时，写出回路中电流随时间变化的关系式；(3)交流电压表和电流表的读数；(4)此交流发电机的总功率和输出功率。解析(1)设矩形线圈在匀强磁场中匀速转动的角度为，产生的感应电动势的最大值EmNBS，而2n代入数据得Em160 V，200 rad/s(2)线圈中产生的交变电流的最大值Im16 A线圈从通过中性面时开始计时，交变电流的表达式为正弦函数iImsin t16sin 200t A(3)电流表的读数为交变电流的有效值，即I8 A电压表的读数为UIR72 V(4)发电机的总功率P总IE而E80 V代入数值得P总1 280 W发电机的输出功率等于外电路电阻消耗的功率，即P出PRIU872 W1 152 W。答案(1)160 V(2)i16sin 200t A(3)72 V8 A(4)1 280 W1 152 W跟踪训练1 将交流电压u220sin(100t)V接到“220 V，100 W”的灯泡两端，若灯泡灯丝电阻保持不变，求：(1)通过灯泡电流的最大值；(2)灯泡的实际功率；(3)每秒钟电流方向改变的次数；(4)通过灯泡电流i的瞬时值表达式。解析(1)交流电压的有效值U V220 V，灯泡的额定电压为UL220 V，因此恰好正常发光。由“220 V，100 W”知该灯泡的电阻为RL484 。通过灯泡电流的最大值为Im A0.64 A。(2)灯泡的实际功率与额定功率相同，P100 W。(3)周期T0.02 s,1秒钟电流方向改变的次数n22100(次)。(4)通过灯泡电流i的瞬时值表达式为iImsin t0.64sin(100t) A。答案(1)0.64 A(2)100 W(3)100次(4)i0.64sin(100t) A突破二交流电图象的应用交流电的图象反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征，对正弦式交流电来说，我们可以从图象中获取如下信息：1交流电的周期(T)一个完整的正弦波对应的时间段，知道了周期便可以算出线圈转动的角速度。2交流电的最大值(Em、Im)图象上的峰值，知道了最大值，便可计算出交变电动势(交变电流)的有效值。3任意时刻交流电的瞬时值图象上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值。例2 如图2所示是某正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的()图2A周期是0.01 sB最大值是311 VC有效值是220 VD表达式为u220sin t(V)解析由题图知：最大值Um311 V，且为正弦交流电，有效值U220 V，周期T0.02 s，表达式为u311sin 100t(V)，故B、C选项正确。答案BC跟踪训练2 (2015杭州高二检测)一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图3所示的交变电动势图象，根据图象提供的信息，以下说法正确的是()图3A线圈转动的角速度为 rad/sB电动势的有效值为14.1 VCt1.0102s时，线圈平面和磁场方向的夹角为30Dt1.5102 s时，穿过线圈平面的磁通量最大解析角速度 rad/s，A正确；电动势的有效值E14.1 V，B正确；电动势的瞬时值e20sin t V，将t1.0102 s面开始转过的夹角，故线圈平面和磁场方向的夹角为30，C正确；t1.5102s时，线圈平面与磁场平行，磁通量最小，D错误。答案ABC突破三变压器动态分析处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系，大致有两种情况：(1)负载不变，原、副线圈匝数比改变；(2)原、副线圈匝数比不变，负载改变。动态分析该类问题的思路可表示为：例3 (2015金华高二检测)如图4所示，理想变压器原线圈的匝数n11 100匝，副线圈的匝数n2110匝，R0、R1、R2均为定值电阻，且R0R1R2，电流表、电压表均为理想电表。原线圈接u220sin314t(V)的交流电源，起初开关S处于断开状态。下列说法中正确的是()图4A电压表的示数为22 VB当开关S闭合后，电压表的示数变大C当开关S闭合后，电流表的示数变大D当开关S闭合后，变压器的输出功率增大解析变压器的输入电压的有效值为 V，则副线圈两端的电压为 V，根据串联分压原理，电压表的示数为 V，A错；当开关S闭合后，输出功率增大，电压表的示数变小，原线圈输入功率增大，电流表的示数变大，故B、C、D对。答案BCD跟踪训练3 如图5所示，理想变压器的副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时开关S断开，当S闭合时，下列说法中正确的是()图5A副线圈的输出电压减小B通过灯泡L1的电流减小C原线圈中的输入电流增大D变压器的输入功率增大解析理想变压器不计原、副线圈的直流电阻，副线圈两端的电压UMN不受负载电阻的影响，保持不变，故选项A错误；当开关S闭合时，副线圈回路的总电阻减小，故副线圈回路中的电流I2增大，所以等效电阻R两端的电压增大，导致灯泡L1两端的电压减小，通过灯泡L1的电流减小，故选项B正确；因为UMN不变，I2增大，变压器的输出功率增大，输入功率也随之增大，原线圈中的电流I1增大，故选项C、D正确。答案BCD突破四电能的远距离输送解决远距离输电问题要注意以下两点：1首先画出输电线路示意图，包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等，在图中标出相应物理量符号，利用输电电流I，输电线上损失电压UIR线，输电线损失功率PI2R线()2R线及其相关知识解答。2分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系。例4 输电线的电阻共计1 ，输送的电功率是100 kW，用400 V的低压送电，输电线上发热损失的功率是多少千瓦？改用10 kV的高压送电，发热功率损失又是多少千瓦？解析输送电功率100 kW，用400 V低压送电，输电线上电流I1A250 A输电线上损失功率P1Ir62.5 kW若用10 kV高压送电，输电线上电流I2 A10 A输电线上损失功率P2Ir1021 W0.1 kW。答案62.5 kW0.1 kW跟踪训练4 水力发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能，现在水力发电已经成为我国的重要能源之一。某小河水流量为40 m3/s，现欲在此河段安装一台发电功率为1 000千瓦的发电机发电。设发电机输出电压为500 V，在输送途中允许的电阻为5 ，允许损耗总功率的5%，则所用升压变压器原、副线圈匝数比应是多少？解析设送电电流为I，损耗的功