物理复习第九部分交变电流高三专业考生.doc

第九部分第 交变电流 电磁波m第1课时 交变电流的产生及描述1、知识网络考点1. 交变电流的定义及其产生： 1. 交变电流：大小与方向都随时间做周期性的变化的电流叫交变电流。2正弦交变电流是随时间按正弦或余弦规律变化的交变电流，其函数图像是正弦曲线3、正弦式交流电的产生（过程如图）考点2. 正弦式交变电流的变化规律1. 从线圈转至中性面开始计时，若从转至平行磁感线开始计时，2. 最大值：3Em 与转轴的所在位置和线圈形状无关。4.线圈转至中性面时,电流方向发生改变, 线圈转动一周,电流方向改变两次。 考点3. 表征正弦交变电流的物理量1.周期和频率 周期 : 交变电流完成一次周期性变化所需的时间,叫做交变电流的周期，通常用T表示，单位是s 频率: 交变电流在1s内完成周期性变化的次数,叫做交变电流的频率，通常用f表示,单位是赫兹。周期和频率的关系是:转速(n): 单位时间线圈转过的转数。单位r/s 或 r/min。2.交变电流的最大值有效值交变电流的最大值（Im和Um） 它是交变电流在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示交变电流的电流强弱或电压高低. 交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。 说明（1）正弦式交变电流的有效值与其相应的最大值间的关系为：对于用其他方式产生的交变电流，其有效值与最大值间的关系均须根据有效值的定义作具体分析，计算。 （2）通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表读数；交流电器的额定电压、额定电流，保险丝的熔断电流等都是指有效值。 （特例：电容器的耐压值是最大值。）（3）求解交流电产生的热量问题时,必须用有效值。若计算通过电路某一截面的电量,需用电流的平均值。考点4. 电感对交变电流的影响1. 电感对交变电流均有阻碍作用。交变电流通过电感线圈时，线圈中产生自感电动势，阻碍电流的变化，形成了对电流的阻碍作用，这种阻碍作用叫感抗。实验表明：线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，线圈的感抗越大，所以，电感线圈在交流电路中有“通直流、阻交流、通低频、阻高频”的特性2. 应用：低频扼流圈，高频扼流圈考点5. 五、电容对交变电流的影响1. 电容对交变电流也有阻碍作用。电容器接到交流电路中后,交替充电和放电,使电路中有交变电流,似乎电流“通过 “了电容器,由于电荷在电路中定向移动受到电容器极板上积聚电荷的反抗，因此产生对交变电流的阻碍作用，这种阻碍作用叫容抗。实验表明：电容越大，交变电流的频率越高，电容的容抗越小。电容在交流电路中有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特性。 2. 应用：隔直电容：通交流，阻直流 旁路电容：通高频，阻低频1、高考解读知识：交流电的“四值”的应用例1. （09年天津卷） 9.（6分）（1）如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动，线框中感应电流的有效值I= 。线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量q= 解析： 电动势的最大值，电动势的有效值，电流的有效值；。答案：（1），点评：本题考查交变流电的产生和最大值、有效值、平均值的关系及交变电流中有关电荷量的计算等知识，同学们一定要熟掌握求什么用交表电流的什么值。 知识：交变电流的产生、“四值”的应用例2. （09年福建卷）16.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0，则外接一只电阻为95.0的灯泡，如图乙所示，则A.电压表的示数为220V B.电路中的电流方向每秒钟改变50次C.灯泡实际消耗的功率为484W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J解析：A选项：电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图像知电动势的最大值Em=V，有效值E=220V，灯泡两端电压，A错B选项：由图像知T=0.02S，一个周期内电流方向变化两次，可知1s内电流方向变化100次，B错C选项：灯泡的实际功率,C错D选项：电流的有效值，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为，D对。答案：D点评：此题不仅考查了交流电四值的应用，还考查了交变电流的产生过程，这些都是基本知识同学们一定要夯实基础。 3、复习方案重难点：交变电流的有效值(改编)例3. 如图为一交流电流随时间变化的图象，交流电的有效值为 解析：取一个周期：交变电流： 恒定电流：，由得：I=5A答案：5A点评：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流通过相同的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一恒定电流的数值叫做这一交流电的有效值。一定要根据这种等效思想求解。典型例题 ：交变电流的产生过程以及规律应用(原创)例4. 矩形线框垂直于匀强磁场且位于线框平面的轴匀速转动时产生交变电流，下列说法正确的是（ ）A当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大B当穿过线框的磁通量为零时，线框中感应电动势为零C每当线框掠过中性面时，感应电动势和感应电流方向就改变一次D线框经过中性面时各边切割磁感线的速度为零解析：A选项：当线框位于中性面时，属于完全不切割，线框中感应电动势为零。A选项错，D选项对。B选项：当穿过线框的磁通量为零时，线框中平面与磁场平行，属于完全切割感应电动势最大。B选项错。C选项：每当线框掠过中性面时，感应电动势和感应电流方向就改变一次。C选项对。答案：CD(原创)例5.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图像如图，则在时刻 （ ）A、t1，t3线圈通过中性面 B、t2，t4线圈中磁通量最大C、t1，t3线圈中磁通量变化率最大D、t2，t4线圈平面与中性面垂直解析：AC选项：t1，t3电动势为零，磁通量的变化率为零，线圈通过中性面。A选项对，C选项错。BD选项：t2，t4电动势最大，线圈平面与磁场平行及与中性面垂直线圈中磁通量为零。B选项错，D选项对。答案：AD（改编）例6.线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图象如图所示，由图示可知（ ）A在A和C时刻线圈处于磁通量变化率最大位置B在A和C时刻穿过线圈的磁通量为最大C、在B时刻到D时刻线圈转过的角度为弧度D若从B时刻到D时刻经过0.01s，则在1s内交变电流的方向改变100次解析：AB选项：在A和C时刻，电流最大属于完全切割，线圈中电动势为最大，磁通量变化率最大，磁通量为零。A选项对，B选项错。CD选项：在B时刻到D时刻，电流为零到电流为零且相邻。线圈转过的角度为弧度，则在1s内交变电流的方向改变100次CD选项对。答案：ACD点评：交变电流的产生过程以及规律应用在高考题中往往以选择题形式出现，考的方面还是比较多的，比如中性面、感应电动势、感应电流、磁通量、磁通量的变化率、电流方向改变位置、时刻等，这都要求同学们对过程理解透彻并能从中得出规律。第2课时 变压器 电能的输送1、知识网络考点1. 变压器1.变压器的构造: 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的一个线圈跟电源连接，叫原线圈（也叫初级线圈）；另一个线圈跟负载连接，叫副线圈（也叫次级线圈）两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成2.原理：电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流大小方向在不断的变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。互感现象是变压器工作的基础3理想变压器的理想化条件及其规律在理想变压器的原线圈两端加交变电压U1后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律：，忽略原、副线圈内阻，有：U1E1 ，U2E2另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是又有： 由此便可得理想变压器的电压变化规律为： 在此基础上再忽略变压器自身的能量损失（一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称为“铜损”和“铁损”) 有：4.理想变压器的物理量之间的规律:电压关系：U1U2 =n1n2，U1n1 = U2n2= U3n3 =：理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比，输出电压由输入电压决定。：当n2n1时，U2U1，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器：当n2n1时，U2U1，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器功率关系：P原=P副，理想变压器的输入功率由输出功率决定电流关系：当变压器只有一个副线圈工作时，有：有多个副线圈时, 有P入=P出，即P1= P2+ P3 +P4+ P5+由U1I1=U2I2+U3I3+，得到 n1I1=n2I2+n3I3+变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大，可用较粗的导线绕制5. 几种常用的变压器a.自耦变压器：铁芯上只绕有一个线圈，一部分充当原线圈，一部分充当副线圈如果把整个线圈作原线圈, 副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压（图甲）如果把线圈的一部分作原线圈, 整个线圈作副线圈，就可以升高电压（图乙）b.调压变压器：就是一种自耦变压器，它的构造如图所示线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P 的位置就可以调节输出电压U2 考点2. 电能的输送1. 降低输电损耗的两个途径：2. 远距离输电示意图2、高考解读真题品析知识：变压器的知识例1. （09年江苏物理）6如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1：5，原线圈两端的交变电压为 氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有 A开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz B开关接通后，电压表的示数为100 V C开关断开后，电压表的示数变大 D开关断开后，变压器的输出功率不变解析：A选项：交变电压的频率为 Hz，一个周期内电压两次大于100V，即一个周期内氖泡能两次发光，所以其发光频率为100Hz，A选项正确。B选项：由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值为V=20V，由得副线圈两端的电压为V，电压表的示数为交流电的有效值，B选项正确。C选项：开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，C选项错误。D选项：断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D选项错误。答案：AB点评：本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解。热点关注：知识：变压器工作原理、远距离输电例2. （09年山东卷）19某小型水电站的电能输送示意图 。发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n，n2。降压变压器原副线匝数分别为n3、n4（变压器均为理想变压器）。要使额定电压为220V的用电器正常工作，则A B C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率解析：ABC选项：根据变压器工作原理可知，由于输电线上损失一部分电压，升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，有，所以，A选项正确，BC选项不正确。D选项：升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率，D选项正确。答案：AD点评：理想变压器的两个基本公式是： ，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。，即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。只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有。远距离输电，从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P2，P3=P4，P1/=Pr=P2。电压之间的关系是：。电流之间的关系是：。输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用，而不能用。特别重要的是要会分析输电线上的功率损失。3、复习方案重难点：理想变压器的电压、电流、功率关系（改编）例3.如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1100匝，副线圈匝数n2=220匝，交流电源的电压，电阻R=50，电压表、电流表均为理想电表，则 （ ）A交流电的频率为50 HzBV的示数约为44 V CA2的示数约为1.4 A DA1的示数约为0.176 A解析：A选项：由交变电流电压表达式可知频率为60赫兹，A选项错误。B选项：由电压与匝数的关系可以知道，B选项正确。C选项： , C选项错误。D选项： ，D选项正确。答案：BD点评： 原副线圈电压、电流、功率关系典型例题：远距离输电(07年佛山市教学质量检测)例4. 14水利发电具有防洪、防旱、减少污染多项功能，是功在当代，利在千秋的大事，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40m3/s,现在欲在此河段上筑坝安装一台发电功率为1000千瓦的发电机发电。（1）设发电机输出电压为500V，在输送途中允许的电阻为5，许可损耗总功率的5%，则所用升压变压器原副线圈匝数比应是多大？（2）若所用发电机总效率为50%，要使发电机能发挥它的最佳效能，则拦河坝至少要建多高？g取10m/s2解析：（1）设送电电流为I，损耗的功率为P耗、导线电阻为R线，由PI2R得： 设送电电压为U送，由PIU得： 则升压变压器原副线圈匝数比:（2）发电时水的重力势能转化为电能故： 50 mgh Pt其中: 答案：1:20 5m例5发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线电阻为10 .若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：（1）在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比.（2）画出此输电线路的示意图.（3）用户得到的电功率是多少？解析： ， ,答案：升压变压器1：20，降压变压器240：11 96KW点评：在远距离输电中若已知P1、U1、损失百分比、R线、U4，求其他的若干量的思路： 交变电流单元测试1.如图1所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1100匝，副线圈匝数n2=220匝，交流电源的电压u=220（V）,电阻R=44电压表、电流表均为理想电表，则（ ）A交流电的频率为50HzB电流表A1的示数为0.2AC电流表A2的示数为AD电压表的示数为44V2.如图2所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表A均为理想电表，除滑动变阻器电阻R以外，其余电阻均不计从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为下列说法正确的是( )A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为 B时，c、d两点间的电压瞬时值为 C单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器触头向上滑动的过程中，电压表和电流表的示数均变大UARD当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变大3.如图，有一理想变压器，原副线圈的匝数比为n.原线圈接正弦交流电压U，输出端接有一个交流电流表和一个电动机.电动机线圈电阻为R.当输入端接通电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升.下列判断正确的是（ ）A原线圈中的电流为nI B变压器的输入功率为UI/n. C电动机输出的总功率为I2R D电动机两端电压为IR4.远距离输电线的示意图如下：若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是（ ）A升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B输电线路中的电流只由升压变压器原线圈的匝数比决定C当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大D升压变压器的输出电压等于降压器的输入电压5.如图5所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2；输电线的等效电阻为R，开始时，电键K断开，当K断通时，以下说法正确的是（ ）A副线圈两端M、N的输出电压减小B副线圈输电线等效电阻R上的电压降减小C通过灯泡L1的电流增大D原线圈中的电流增大6.“二分频”音箱内有高、低两个扬声器音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信号按原比例还原成高、低频的机械振动右图中为音箱的电路简化图，高低频混合电流由a、b端输入，L是线圈，C是电容器，则( )A甲扬声器是低音扬声器BC的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器C乙扬声器的振幅一定大mDL的作用是阻碍高频电流通过甲扬声器a甲byx乙7.如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为U的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮。当a、b接电压的有效值为U的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是( )A与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感线圈B与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电容器C与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容器D与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管8某电厂发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电厂附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处居民小区附近的降压变压器，经降低电压后输送到用户，设升、降变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但电厂输送的总功率增加，这时 ( )A升压变压器的副线圈的电压变大 B降压变压器的副线圈的电压变大C高压输电线路的电压损失变大 D用户的负载增多，高压输电线中的电流减小9.一理想变压器，在保持原线圈上交流电压和副线圈上负载不变的条件下，要使输入功率减小，一定能采用的方法是（ ） A同时增加原副线圈的匝数 B同时减小原副线圈的匝数 C增加原线圈的匝数或减小副线圈的匝数 D减小原线圈的匝数或增加副线圈的匝数10如图10所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u311sin314t(V)的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火警时，以下说法中正确的是（ ）图10AA1的示数不变，A2的示数增大BV1的示数不变，V2的示数减小 CV1的示数增大，V2的示数增大DA1的示数增大，A2的示数增大11. 如图11所示,为一理想变压器的电路图，图中S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器R的滑动头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则下列说法中正确的是（ ） A、若保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大 B、若保持U1及P的位置不变，S由b合到a时，R消耗的功率将增大 C、若保持U1不变，S接在a处，使P向上滑时，I1将增大 D、若保持P的位置不变，S接在a处，使U1增大， I1将增大12.如图是一个理想变压器的电路图，若A、B两点接交流电压U时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为： ( C )A. 5 : 1B.1 : 5C.4 : 1D. 1 : 413.在如图13甲所示的电路中，电阻R的阻值为50，在ab间加上图乙所示的正弦交流电，则下面说法中正确的是（ ）A交流电压的有效值为100VB电流表示数为2AC产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14rad/sD如果产生该交流电的线圈转速提高一倍，则电流表的示数也增大一倍图14UAPQRAB14.调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图所示，线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB间加上正弦交流电压U，移动滑动触头P的位置，就可以调节输出电压，在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为Q，则（ ）A保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变大B保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变小C保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数变大D保持Q的位置不动，将P沿逆时针方向移动时，电流表的读数变小图1515.如图15所示，一理想变压器的原线圈匝数n1=1000匝，副线圈匝数n2=200匝，交流电源的电动势e=311 sin(100t) V(不考虑其内阻)，电阻R=88 ，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计( )A电压表的示数为62.2 V B电流表的示数为2.5 AC通过R的电流最大值为0.5 AD变压器的输入电功率为22 W图1616.如图16所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1n2n3 = 432，副线圈上分别接标有“6V，12W”、“12V，36W”的灯泡L1和L2，当a、b两端接交变电源后，L1正常发光，则变压器的输入功率为（ ） A16W B40W C48W D不能确定，17.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源，副线圈接入“220V，40W”灯泡一只，且灯泡正常发光。则（ ）A电源输出功率为800WB电流表的示数为C电流表的示数为D原线圈端电压为11V18.如图18所示,某输电线路横穿公路时，要地下埋线通过，为了保护线路而不至于被压环，预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过，电线穿管的方案有两种，甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过，乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根中穿过，如果输电导线输送的电流很强大，那么，以下说法正确的是 （ ）图18甲乙A、无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲、乙两方案都是可行的B、若输送的电流是恒定电流，甲、乙两方案都是可行的C、若输送的电流是交变电流，乙是可行的，甲方案是不可行的D、若输送的电流是交变电流，甲是可行的，乙方案是不可行的19.某农村水力发电站发电机的输出电压，先通过电站附近的升压变压器升压后，再用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器。降压后，再用线路接到各用户。设发电机输出电压稳定且两变压器均为理想变压器。在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率却增加，这时与用电低谷时比较（ ）A升压变压器的副线圈两端的电压变大B高压输电线路的电压损失变大C降压变压器的副线圈两端的电压变大D降压变压器的副线圈中的电流变大20.某山区小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后通过高压输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器，经降低电压后再输送至村寨中各用户。设变压器都是理想的，那么随着村寨中接入电路的电器消耗的总功率的增加，则( )A通过升压变压器初级线圈中的电流变大B升压变压器次级线圈两端的电压变小C高压输电线路上的电压损失变大D降压变压器次级线圈两端的电压变小21.在变电所里，需要用交流电表去监测电网上的强电流。由于电网中的电流通常会超过一般电流表的量程，因此常使用电流互感器。下面四个图中，正确反映电流互感器工作原理的是（ ）图22 1 2 3MNL22.如图22所示，在电路两端接上交流电，保持电压不变，使频率增大，发现各灯的亮暗变化情况是：灯1变暗，灯2变亮，灯3不变.则M、N、L所接元件可能是（）A. M为电阻，N为电容器，L为电感器BM为电阻，N为电感器，L为电容器CM为电感器，N为电容器，L为电阻图23DM为电容器，N为电感器，L为电阻23.如图23