高考物理一轮复习（高手必备+萃取高招）专题12 交变电流（含17高考真题及解析）课件.ppt

专题十二交变电流 交变电流算是选修几章里面唯一一个比较简单的了 重点的输电正弦交变电流也只一个的关系 一个变压器变压关系 然而 这并不代表这一章就没有比较难的地方 要分清发电机的输入功率和输出功率 输电电路要记得发电输出功率取决于用电方 交变电流和二极管的组合电路会使电流情况变得复杂 有效值也不再是最大值的 以学长的经验 这时不要再用脑子想 应画出一个周期里面的电流变化图 再去积分 不要忘了有效值本质是热效应等效恒定电流 求出原交变电流i2在一个周期t内的积分 再乘以r 这便是t内产生的热能q 然后列方程q i2rt解出i即可 看似繁琐反而节省了时间而且保证了正确率 所谓最好的方法不一定是最简单的方法 而是所用平均时间和正确率综合考虑之后的最佳方法 一味求稳不可取 一味求快亦不可取 只有适时放慢速度 亦适时提高速度 让考场上的每一分钟发挥出它应有的作用 才是最明智的选择 复旦大学医学院严佳琦 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35交变电流的产生和描述1 多选 2016 课标全国 21 6分 如图 m为半圆形导线框 圆心为om n是圆心角为直角的扇形导线框 圆心为on 两导线框在同一竖直面 纸面 内 两圆弧半径相等 过直线omon的水平面上方有一匀强磁场 磁场方向垂直于纸面 现使线框m n在t 0时从图示位置开始 分别绕垂直于纸面 且过om和on的轴 以相同的周期t逆时针匀速转动 则 a 两导线框中均会产生正弦交变电流b 两导线框中感应电流的周期都等于tc 在时 两导线框中产生的感应电动势相等d 两导线框的电阻相等时 两导线框中感应电流的有效值也相等 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 2 2013 福建理综 15 6分 如图 实验室一台手摇交流发电机 内阻r 1 0 外接r 9 0 的电阻 闭合开关s 当发电机转子以某一转速匀速转动时 产生的电动势e 10sin10 t v 则 a 该交变电流的频率为10hzb 该电动势的有效值为10vc 外接电阻r所消耗的电功率为10wd 电路中理想交流电流表a的示数为1 0a 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 3 2013 海南单科 3 3分 通过一阻值r 100 的电阻的交变电流如图所示 其周期为1s 电阻两端电压的有效值为 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 1 对交变电流的产生和变化规律的理解 1 正弦式交变电流的产生 将线圈置于匀强磁场中 绕垂直于磁场方向且与线圈共面的轴匀速转动 2 中性面和垂直中性面位置的特点 中性面位置 最大 0 e 0 i 0 线圈每经过中性面一次 电流的方向就改变一次 线圈转动一周 两次经过中性面 电流方向改变两次 垂直中性面位置 0 最大 e最大 i最大 3 正弦式交变电流的变化规律 从s b 中性面 开始计时 e emsin t 从s b 磁通量为零 开始计时 e emcos t 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 2 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引1 2017 湖北黄冈模拟 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 如图甲所示 产生的交变电动势的图象如图乙所示 则 a t 0 005s时线框的磁通量变化率为零b t 0 01s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311vd 线框产生的交变电动势频率为100hz 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 答案 b 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招1正弦式交变电流图象的应用技巧描述交变电流的两种形式 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引2 多选 2017 河北定州模拟 一交变电压为u 100sin100 tv 由此表达式可知 a 用交流电压表测该电压 其示数为50vb 该交变电流的周期为0 02sc 将该电压加在 100v100w 的灯泡两端 灯泡的实际功率小于100w 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 答案 bd 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招2如何书写交变电流瞬时值表达式 1 确定正弦式交变电流的峰值 根据已知图象或公式em nbs 求出电动势最大值 2 明确线圈的初始位置 找出对应的函数关系式 线圈从中性面开始计时 e emsin t 线圈从垂直于中性面开始计时 e emcos t 3 从交变电流的图象中获得的信息 正弦式交变电流的最大值 如em im 及周期t 线圈旋转到中性面的时刻 t2 t4 及垂直中性面的时刻 t1 t3 磁通量为零的时刻 t1 t3 磁通量最大的时刻 t2 t4 感应电动势最大 感应电流最大时刻 t1 t3 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引3 2017 北京海淀期末 如图所示 位于竖直平面内的矩形金属线圈 边长l1 0 40m l2 0 25m 其匝数n 100匝 总电阻r 1 0 线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环c d 集流环 焊接在一起 并通过电刷和r 3 0 的定值电阻相连接 线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场 磁感应强度b 1 0t 在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴o1o2匀速转动 角速度 2 0rad s 1 求电阻r两端电压的最大值 2 从线圈通过中性面 即线圈平面与磁场方向垂直的位置 开始计时 求经过周期通过电阻r的电荷量 3 求在线圈转动一周的过程中 整个电路产生的焦耳热 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 答案 1 15v 2 2 5c 3 157j 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招3利用等效思想求解交变电流有效值 1 只有正弦式交变电流才有的关系 非正弦式交变电流都不满足这一关系 2 非正弦式交变电流的有效值只能从电流的热效应进行计算 计算时间可取整数个周期 通常取一个周期即可 3 利用q i2rt和可分别计算交变电流 电压的有效值 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 1 2017 湖北黄冈质检 如图所示 n匝矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度大小为b的水平匀强磁场中 线框面积为s 电阻不计 线框绕垂直于磁场的轴oo 以角速度 匀速转动 并与理想变压器原线圈相连 变压器副线圈接入一只额定电压为u的灯泡 灯泡正常发光 从线框通过中性面开始计时 下列说法正确的是 a 图示位置穿过线框的磁通量变化率最大b 灯泡中的电流方向每秒改变次c 线框中产生感应电动势的表达式为e nbs sin td 变压器原 副线圈匝数之比为 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 2 2017 湖南邵阳联考 如图甲所示 在匀强磁场中 一矩形金属线圈两次以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动 产生的交变电动势随时间变化的e t图象分别如图乙中曲线a b所示 则 a 两次t 0时刻穿过线圈的磁通量均为零b 曲线a表示的交变电动势的频率为25hzc 曲线b表示的交变电动势的最大值为15vd 曲线a b对应的线圈转速之比为3 2 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 3 2017 福建厦门模拟 如图甲电路 已知电阻r1 r2 r 和r1并联的d是理想二极管 正向电阻可视为零 反向电阻为无穷大 在a b之间加一个如图乙所示的交变电压 电压为正值时 uab 0 由此可知 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 考点36变压器电能的输送1 2016 课标全国 16 6分 一含有理想变压器的电路如图所示 图中电阻r1 r2和r3的阻值分别为3 1 和4 a为理想交流电流表 u为正弦交流电源 输出电压的有效值恒定 当开关s断开时 电流表的示数为i 当s闭合时 电流表的示数为4i 该变压器原 副线圈匝数比为 a 2b 3c 4d 5 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 2 多选 2016 课标全国 19 6分 如图 理想变压器原 副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b 当输入电压u为灯泡额定电压的10倍时 两灯泡均能正常发光 下列说法正确的是 a 原 副线圈匝数比为9 1b 原 副线圈匝数比为1 9c 此时a和b的电功率之比为9 1d 此时a和b的电功率之比为1 9 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 3 多选 2016 海南单科 9 5分 图甲中 理想变压器的原 副线圈的匝数比为4 1 rt为阻值随温度升高而减小的热敏电阻 r1为定值电阻 电压表和电流表均为理想交流电表 原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化 如图乙所示 下列说法正确的是 a 变压器输入 输出功率之比为4 1b 变压器原 副线圈中的电流强度之比为1 4c u随t变化的规律为u 51sin 50 t 国际单位制 d 若热敏电阻rt的温度升高 则电压表的示数不变 电流表的示数变大 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 答案 bd由题意知变压器是理想变压器 故输入 输出功率之比为1 1 选项a错误 变压器原 副线圈中的电流之比与匝数成反比 即 选项b正确 由图乙可知交流电压最大值um 51v 周期t 0 02s 可由周期求出角速度的值为 100 rad s 则可得交流电压u的表达式u 51sin 100 t v 故选项c错误 rt的温度升高时 阻值减小 电流表的示数变大 电压表示数不变 故选项d正确 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 4 2015 课标全国 16 6分 一理想变压器的原 副线圈的匝数比为3 1 在原 副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻 原线圈一侧接在电压为220v的正弦交流电源上 如图所示 设副线圈回路中电阻两端的电压为u 原 副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k 则 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 5 多选 2015 海南单科 10 5分 如图 一理想变压器原 副线圈匝数之比为4 1 原线圈与一可变电阻串联后 接入一正弦式交流电源 副线圈电路中固定电阻的阻值为r0 负载电阻的阻值r 11r0 v是理想电压表 现将负载电阻的阻值减小为r 5r0 保持变压器输入电流不变 此时电压表的读数为5 0v 则 a 此时原线圈两端电压的最大值约为34vb 此时原线圈两端电压的最大值约为24vc 原线圈两端原来的电压有效值约为68vd 原线圈两端原来的电压有效值约为48v 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 6 多选 2014 课标全国 21 6分 如图 一理想变压器原 副线圈的匝数分别为n1 n2 原线圈通过一理想电流表a接正弦交流电源 一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端 假设该二极管的正向电阻为零 反向电阻为无穷大 用交流电压表测得a b端和c d端的电压分别为uab和ucd 则 a uab ucd n1 n2b 增大负载电阻的阻值r 电流表的读数变小c 负载电阻的阻值越小 cd间的电压ucd越大d 将二极管短路 电流表的读数加倍 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 7 2014 海南单科 21 3分 理想变压器上接有三个完全相同的灯泡 其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源 另外两个并联后接在副线圈两端 已知三个灯泡均正常发光 该变压器原 副线圈的匝数之比为 a 1 2b 2 1c 2 3d 3 2 答案 b三个相同的灯泡都正常工作 则通过每个灯泡的电流相等 由此可知 变压器的原 副线圈的电流比 根据变压器的电流特点可得 b项正确 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 1 理想变压器及原副线圈间的关系 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 2 理想变压器的制约关系 1 输入电压u1决定输出电压u2 这是因为输出电压 当u1不变时 不论负载电阻r变化与否 u2都不会改变 2 输出电流i2决定输入电流i1 当负载电阻r增大时 i2减小 则i1相应减小 当负载电阻r减小时 i2增大 则i1相应增大 因此在使用变压器时 不能使变压器副线圈短路 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 3 输出功率p2决定输入功率p1 理想变压器的输出功率与输入功率相等 即p2 p1 在输入电压u1一定的情况下 当负载电阻r增大时 i2减小 则变压器输出功率p2 i2u2减小 输入功率p1也将相应减小 当负载电阻r减小时 i2增大 变压器的输出功率p2 i2u2增大 则输入功率p1也将增大 上述制约问题的思路程序可表示为 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 3 对电能输送的理解 1 输送线路 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 2 各量间的关系 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 3 计算输电线电流的常用关系式 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引4 2017 山西重点中学联考 图甲为一理想变压器的电路示意图 其原 副线圈的匝数比为4 1 电压表和电流表均为理想电表 rt为随着温度升高而阻值变小的热敏电阻 r1为定值电阻 若发电机向原线圈输入图乙所示的正弦式交变电流 下列说法正确的是 a 变压器原线圈输入的交流电压的表达式为u 36sin50 tvb 变压器原 副线圈中的电流之比为4 1c t 0 01s时 发电机的线圈平面位于中性面d 温度升高时 变压器的输入功率变小 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 答案 c 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招4由四个关系辨清变压器问题 1 变与不变的关系 不变的是功率和周期 频率 理想变压器工作时不损失能量 原副线圈交变电流变化的快慢相同 2 高与低 大与小 多与少 粗与细的关系 电压高的一端电流小 匝数多 导线细 电压低的一端电流大 匝数少 导线粗 3 正比与反比的关系 原 副线圈的电压与匝数成正比 只有一个副线圈的变压器的电流与匝数成反比 4 动态变化关系 负载的变化 线圈的匝数比变化都会引起动态变化 明确电压关系是 原定副 电流和功率关系是 副定原 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引5 多选 2017 湖南长沙模拟 如图 一理想变压器原线圈接入一交流电源 副线圈电路中r1 r2 r3和r4均为定值电阻 开关s是闭合的 v1和v2为理想电压表 读数分别为u1和u2 a1 a2和a3为理想电流表 读数分别为i1 i2和i3 现断开s u1数值不变 下列推断中正确的是 a u2变小 i3变小b u2不变 i3变大c i1变小 i2变小d i2变大 i3变大 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 答案 bc 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招5变压器与电路动态分析相结合问题的分析方法 1 分析变压器动态变化问题的一般思维流程 2 分析变压器动态变化问题的关键 弄清变量和不变量 确定是负载电阻变还是匝数比变 弄清变压器动态变化中的决定关系 即p2决定p1 i2决定i1 u1决定u2 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引6 2017 广东揭阳一模 如图所示 理想变压器原 副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b 当输入电压u为灯泡额定电压的10倍时 两灯泡均能正常发光 下列说法正确的是 a 通过a b灯泡的电流之比为1 9b 两灯泡的额定功率相等c 此时a的电功率大于b的电功率d a和b两端电压的频率之比为1 9 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 答案 a 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招6变压器原线圈含有负载问题的分析技巧 1 在原线圈回路中 原线圈两端的电压与负载两端电压之和等于电源的电压 2 要求解原线圈中负载的电流 电压和功率 一般需先求副线圈中的电流 然后根据理想变压器的关系求得原线圈中负载的电流 原 副线圈的电流关系往往是解决问题的突破口 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引7 2017 河南许昌模拟 如图所示 接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光 那么 理想变压器的匝数比n1 n2 n3为 a 1 1 1b 3 2 1c 6 2 1d 2 2 1 解析 灯泡正常发光 可得ua ub uc ud 所以u2 2u3 由变压器的电压比规律可得 所以n2 2n3 同理 灯泡正常发光 则功率相等 即pa pb pc pd 由p i2r 得ia ib ic id 即i1 i2 i3 由u1i1 u2i2 u3i3得n1i1 n2i2 n3i3 即n1 n2 n3 3n3 所以n1 n2 n3 3 2 1 答案 b 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招7含有多个副线圈的变压器电路分析副线圈有两个或两个以上时 一般从原 副线圈的功率相等入手 由于电压与匝数仍然成正比 当副线圈的用电器为纯电阻时 应用求副线圈功率 或副线圈的用电器正常工作时 功率等于额定功率 而原线圈的功率应用p1 u1i1 之后根据p1 p2求解相关量 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引8 多选 图甲为某恒温装置的电路原理图 理想变压器原 副线圈匝数比为5 1 r0为定值电阻 r为半导体热敏电阻 阻值随温度的升高而减小 d为理想二极管 r1为电阻恒定的电热丝 ab间电压变化情况如图乙所示 下列说法中正确的是 a ab间电压的有效值为44vb 原线圈两端电压的有效值为220vc r处温度升高时 r1消耗的电功率减小d 理想变压器原 副线圈中的电流之比为1 5 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 解析 根据电流的热效应有 得ab间的电压有效值为uab 22v 由于二极管的单向导电性 原 副线圈的电流之比不再与匝数成反比 故a d错 由题图乙知副线圈电压的有效值为44v 根据电压与匝数成正比可得原线圈电压的有效值为220v 故b正确 温度升高时 r减小 i2增大 r0分压变大 r1分压减小 故功率也减小 c正确 答案 bc 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招8变压器与二极管相结合的分析技巧1 当副线圈回路中含有二极管时 由于二极管具有单向导电性 会使交变电流只有一半时间导通 经过二极管后的输出电压的有效值与副线圈两端交流电压的正常有效值不相等 2 经过二极管后的输出电压的有效值应根据电流的热效应进行计算 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 典例导引9 2017 河北衡水模拟 某山区小型电站的输电示意图如图所示 发电厂发出u1 220sin100 tv的交变电流通过变压器升压后进行向外输电 到达用户端再通过降压变压器降压给用户供电 图中高压输电线部分总电阻为r 电表是理想交流电压表 则下列有关描述正确的是 a 若开关s1 s2都断开 则电压表示数为零b 负载端所接收到交变电流的频率为25hzc 深夜开灯时灯泡特别亮是因为高压输电线上电压损失减小的缘故d 用电高峰期灯泡较暗 可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 解析 s1 s2都断开时变压器空载 但副线圈两端有电压 电压表示数不为零 故选项a错误 变压器不改变交变电流的频率 故负载端的频率还是50hz 选项b错误 深夜大部分用户用电减少 干路中电流减小 则线路损耗也减小 用户得到的电压较高 故此时开灯就较亮 选项c正确 用电高峰 负载增多 干路中电流增大 则输电线损耗电压增大 导致降压变压器的输入电压降低 为提高负载电压 可增加降压变压器副线圈的匝数 提高输出电压 故选项d错误 答案 c 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 高招9 三个回路 两个联系 一个定律 搞定远距离输电问题 1 理清三个回路远距离输电电路的基本结构如图所示 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 试做真题 高手必备 萃取高招 对点精练 考点35 考点36 2 抓住两个联系 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 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 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 输送回路上的导线电阻损耗一小部分电能 绝大部分的电能通过降压变压器被用户消