高考物理大一轮复习 第九章 电磁感应 交变电流 第3讲 交变电流课件.pptVIP

第3讲交变电流 第九章电磁感应交变电流 考试标准 内容索引 过好双基关回扣基础知识训练基础题目 研透命题点细研考纲和真题分析突破命题点 课时作业限时训练练规范练速度 过好双基关 一 交变电流1 产生 线圈绕方向的轴匀速转动 2 两个特殊位置的特点 1 线圈平面与中性面重合时 s b 最 e 0 i 0 电流方向将发生改变 2 线圈平面与中性面垂直时 s b 最 e最大 i最大 电流方向不改变 3 电流方向的改变 线圈通过中性面时 电流方向发生改变 一个周期内线圈两次通过中性面 因此电流的方向改变次 垂直于磁场 大 0 0 大 两 自测1 多选 关于中性面 下列说法正确的是a 线圈在转动中经中性面位置时 穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率为零b 线圈在转动中经中性面位置时 穿过线圈的磁通量为零 磁通量的变化率最大c 线圈每经过一次中性面 感应电流的方向就改变一次d 线圈每转动一周经过中性面一次 所以线圈每转动一周 感应电流的方向就改变一次 答案 二 正弦式交变电流的描述1 周期和频率 1 周期 t 交变电流完成一次周期性变化 线圈转一周 所需的时间 单位是秒 s 公式t 2 频率 f 交变电流在1s内完成周期性变化的 单位是赫兹 hz 3 周期和频率的关系 次数 2 正弦式交变电流的函数表达式 线圈在中性面位置开始计时 1 电动势e随时间变化的规律 e emsin t 其中 为线圈转动的角速度 em nbs 2 负载两端的电压u随时间变化的规律 u umsin t 3 电流i随时间变化的规律 i imsin t 3 交变电流的瞬时值 峰值和有效值 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 电流 电压或电动势 所能达到的最大的值 也叫最大值 3 有效值 跟交变电流的等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值 对正弦交流电 其有效值和峰值的关系为 热效应 自测2 多选 如图1所示是某种正弦交变电压的波形图 由图可确定该电压的a 周期是0 01sb 最大值是311vc 有效值约220vd 表达式为u 220sin100 t v 答案 图1 三 电感和电容对交变电流的影响1 电感器对交变电流的阻碍作用 1 感抗 电感器对交变电流作用的大小 2 影响因素 线圈的自感系数越大 交流的频率越 感抗越大 阻碍 3 感抗的应用 高 2 电容器对交变电流的阻碍作用 1 容抗 电容器对交变电流阻碍作用的大小 2 影响因素 电容器的电容越 交流的频率越高 容抗越小 3 作用 通流 隔流 通频 阻频 大 交 直 高 低 自测3 多选 如图2所示 当交流电源的电压 有效值 u 220v 频率f 50hz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100hz 则a l1灯比原来亮b l2灯比原来亮c l3灯和原来一样亮d l3灯比原来亮 答案 图2 四 变压器1 原理电流磁效应 2 基本关系式 1 功率关系 2 电压关系 3 电流关系 只有一个副线圈时 电磁感应 p入 p出 3 几种常用的变压器 1 自耦变压器 调压变压器 2 互感器 电压互感器 用来把变成 电流互感器 用来把变成 高电压 低电压 大电流 小电流 五 电能的输送1 输电过程 如图3所示 图3 2 输电导线上的能量损失 主要是由输电线的电阻发热产生的 表达式为q 3 电压损失 1 u u u 2 u i2rt ir 自测4 多选 理想变压器的原 副线圈匝数比n1 n2 10 1 原线圈两端接交流电源 则a 原 副线圈中电流频率之比f1 f2 10 1b 原 副线圈两端电压之比为u1 u2 10 1c 原 副线圈内交变电流之比i1 i2 1 10d 变压器输入和输出功率之比p1 p2 10 1 答案 解析 对于理想变压器 不改变频率 输入与输出的功率相等 即p1 p2 所以选项a d是错误的 研透命题点 命题点一交变电流的产生和描述 正弦式交变电流的瞬时值 峰值 有效值 平均值的比较 例1 多选 2017 浙江名校协作体模拟 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4所示 已知发电机线圈内阻为5 0 现外接一只电阻为95 0 的灯泡 则a 电压表v的示数为220vb 电路中的电流方向每秒改变100次c 通过灯泡电流的最大值为d 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为48 4j 图4 答案 解析 答案 解析 变式1 多选 如图5所示 闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴oo 匀速转动 沿着oo 方向观察 线圈顺时针方向转动 则当线圈转至图示位置时a 线圈中感应电流的方向为abcdab 线圈中感应电流的方向为adcbac 穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大d 线圈ad边所受安培力的方向垂直纸面向里 图5 解析当线圈转至图示位置时 由楞次定律可知 线圈中感应电流的方向为abcda 选项a正确 b错误 图示位置穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大 感应电动势最大 c正确 由左手定则知线圈ad边所受安培力的方向垂直纸面向里 选项d正确 答案 变式2 多选 某小型发电机产生的交变电动势为e 50sin100 t v 对此电动势 下列表述正确的有a 最大值是50vb 频率是100hzc 有效值是25vd 周期是0 02s 解析 变式3 多选 2017 绍兴市选考模拟 图6甲为风力发电的简易模型 在风力作用下 风叶带动与杆固连的永磁铁转动 磁铁下方的线圈与电压传感器相连 在某一风速时 电压传感器显示如图乙所示正弦规律变化 则a 磁铁的转速为10r sb 线圈两端电压的有效值为6vc 交流电压的表达式为u 12sin5 tvd 该交流电可以直接加在击穿电压为9v的电容器上 图6 答案 解析 该交流电的最大值大于电容器的击穿电压 故不能直接加在击穿电压为9v的电容器上 故d错误 命题点二变压器和电能的输送 考向1理想变压器原理和基本关系1 变压器的工作原理 2 理想变压器的制约关系 例2 多选 如图7所示 将额定电压为60v的用电器 通过一理想变压器接在正弦交变电源上 闭合开关s后 用电器正常工作 交流电压表和交流电流表 均为理想电表 的示数分别为220v和2 2a 以下判断正确的是a 变压器输入功率为484wb 通过原线圈的电流的有效值为0 6ac 通过副线圈的电流的最大值为2 2ad 变压器原 副线圈匝数比n1 n2 11 3 图7 答案 解析 解析根据功率公式可以求出用电器消耗的功率为60 2 2w 132w 此即变压器输出功率 再根据理想变压器输入功率等于输出功率 因此选项a错误 由于电流表显示的是有效值 因此通过副线圈的电流的最大值为2 2a 故选项c错误 根据变压器的变压公式可知 变压器原 副线圈的匝数比为n1 n2 11 3 所以d选项正确 变式4 多选 如图8所示为一种变压器的实物图 根据其铭牌上所提供的信息 以下判断正确的是a 这是一个升压变压器b 原线圈的匝数比副线圈的匝数多c 当原线圈输入交流电压220v时 副线圈输出直流电压12vd 当原线圈输入交流电压220v 副线圈接负载时 副线圈中电流比原线圈中电流大 答案 图8 解析 解析根据铭牌上所提供的信息可知 变压器的输入电压为220v 输出电压为12v 该变压器为降压变压器 故选项a错误 b正确 变压器的工作原理是电磁感应 故变压器的原 副线圈上的电压都为交流电压 选项c错误 由理想变压器的输出功率等于输入功率 且原线圈的电压大于副线圈的电压 知副线圈接负载时 副线圈中电流比原线圈中电流大 选项d正确 变式5 多选 如图9所示 理想变压器原线圈的匝数为n1 副线圈的匝数为n2 原线圈的两端a b接正弦交流电源 电压表v的示数为220v 负载电阻r 44 电流表a1的示数为0 2a 下列判断正确的是a 原线圈和副线圈的匝数比为2 1b 原线圈和副线圈的匝数比为5 1c 电流表a2的示数为1ad 电流表a2的示数为0 4a 答案 解析 图9 考向2理想变压器的动态分析常见的理想变压器的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况 1 匝数比不变的情况 如图10所示 1 u1不变 根据输入电压u1决定输出电压u2 不论负载电阻r如何变化 u2不变 2 当负载电阻发生变化时 i2变化 输出电流i2决定输入电流i1 故i1发生变化 图10 3 i2变化引起p2变化 p1 p2 故p1发生变化 图11 2 负载电阻不变的情况 如图11所示 1 u1不变 发生变化 故u2变化 2 r不变 u2变化 故i2发生变化 3 根据p2 p2发生变化 再根据p1 p2 故p1变化 p1 u1i1 u1不变 故i1发生变化 例3 多选 如图12所示 理想变压器原 副线圈的匝数比为10 1 b是原线圈的中心接头 电压表v和电流表a均为理想电表 除滑动变阻器电阻r 定值电阻r0以外的其余电阻不计 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u1 220sin100 t v 下列说法中正确的是 图12 c 单刀双掷开关与a连接时 在滑动变阻器滑片p向上移动的过程中 电压表和电流表的示数均变小d 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 答案 解析 单刀双掷开关与a连接 滑片p向上移动时 变阻器接入电路的阻值变大 i2减小 u0 i2r0减小 u2不变 则电压表示数变大 选项c错误 变式6 多选 如图13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a 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 答案 解析 图13 考向3电能的输送远距离输电的三个易错点 1 计算输电线上损失的功率 p u应为输电线上损耗的电压 而不是输电电压 2 当输送功率一定时 输电电压增大到原来的n倍 输电线上损耗的功率就减小到原来的3 电网送电遵循 用多少送多少 的原则 而不是 送多少用多少 说明原线圈电流由副线圈电流决定 例4 多选 2017 台州市六校联考 电能是我们社会生活的重要资源 由于地理环境的限制 发电站一般离用电的场所都很远 现假设将三门核电站发出来的电输送到椒江使用 在远距离输电过程中 一定要考虑输送效率问题 下列说法正确的是a 高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗b 减小输电线的电阻有利于减少输电过程中的电能损失c 增大输电线的电阻有利于减小输电过程中的电能损失d 在输送电压一定时 输送的电功率越大 输电过程中的电能损失越小 答案 解析 解析根据输电上损失的电热功率p i2r知 减小电流和减小电阻都可以减小电能损失 选项a b正确 c错误 根据p ui知 电压一定时 输送的电功率越大 电流越大 所以输电线上的电能损失越大 选项d错误 考向4交变电流和变压器的综合问题例5 多选 手摇发电机产生的正弦交流电经变压器给灯泡l供电 其电路如图14所示 当线圈以角速度 匀速转动时 电压表示数为u 灯泡正常发光 已知发电机线圈的电阻为r 灯泡正常发光时的电阻为r 其他电阻可忽略 变压器原线圈与副线圈的匝数比为k 变压器可视为理想变压器 则 答案 解析 图14 课时作业 1 多选 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流 下列说法中正确的是a 线圈平面每经过中性面一次 感应电流的方向就改变一次 感应电动势的方向不变b 线圈每转动一周 感应电流的方向改变两次c 线圈平面每经过中性面一次 感应电动势和感应电流的方向都改变一次d 线圈每转动一周 感应电动势和感应电流的方向都改变一次 答案 解析 解析当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时 线圈平面每经过中性面一次 感应电流与感应电动势方向均改变一次 转动一周 感应电流方向改变两次 b c正确 a d错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 2 多选 线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e 10sin20 tv 则下列说法正确的是a t 0时 线圈平面位于中性面b t 0时 穿过线圈的磁通量最大c t 0时 导线切割磁感线的有效速度最大d t 0 4s时 e达到峰值10v 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 3 2016 舟山市联考 处在匀强磁场中的矩形线圈abcd 以恒定的角速度绕ab边转动 磁场方向平行于纸面并与ab边垂直 在t 0时刻 线圈平面 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 图1 与纸面重合 如图1所示 线圈的cd边离开纸面向外运动 若规定a b c d a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 解析 解析线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 可以产生按正弦规律变化的交流电 对于题图所示起始时刻 线圈的cd边离开纸面向外运动 速度方向和磁场方向垂直 产生的感应电流的瞬时值最大 用右手定则判断出电流方向为逆时针方向 与规定的正方向相同 所以c对 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 4 多选 2016 浙江市部分重点中学高二上期末 如图2甲所示 在匀强磁场中 一矩形金属线圈两次分别以不同的转速 绕与磁感线垂直的轴匀速转动 产生的交变电动势图象如图乙中曲线a b所示 则a 两次t 0时刻线圈平面均与中性面重合b 曲线a b对应的线圈转速之比为2 3c 曲线a表示的交变电动势频率为25hzd 曲线b表示的交变电动势有效值为10v 图2 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 解析线圈经过中性面时不切割磁感线 此时感应电动势为零 选项a正确 由题图乙可知曲线a b的周期之比为2 3 则对应的线圈转速之比为3 2 选项b错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 解析线圈对恒定电流几乎无阻碍作用 对交变电流 有铁芯 匝数越多 则自感系数越大 阻碍作用越大 5 多选 如图3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a 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c s掷向c d 把电感线圈中的铁芯抽出来时灯变亮d s掷向c d 电源电压不变 而使频率减小时灯变暗 图3 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 6 多选 如图4所示的电路中 理想变压器原 副线圈匝数比为10 1 原线圈接入正弦式交变电流 电流表a 电压表v均为理想电表 r是光敏电阻 其阻值随光的强度增大而减小 l是理想线圈 d是灯泡 下列说法正确的是a 若电压表v的示数为6v 则输入电压的峰值为60vb 有光照射r时 电流表a的示数变大c 若抽出l中的铁芯 灯d变亮d 若输入电压的峰值保持不变 频率变大 则灯d变亮 图4 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 抽出l中的铁芯 理想线圈自感系数减小 对电流的阻碍减小 所以灯d变亮 故选项c正确 若输入电压的峰值保持不变 则有效值不变 匝数不变 则副线圈电压不变 频率变大 l的阻碍作用变大 故灯d变暗 故选项d错误 7 多选 仅采取下列中的某一个措施 能使如图5所示的理想变压器输出功率增加的是a 增加负载电阻r的阻值b 减小负载电阻r的阻值c 增加副线圈的匝数n2d 减少原线圈的匝数n1 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 图5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 8 多选 2017 湖州市高二上期末 发生冰冻灾害时 高压电线上会凝结成冰层 非常容易造成高压输电线压断或铁塔倾覆 为清除高压输电线上的冰层 可利用电流的热效应 若在正常供电时 高压线上输电电压为u 输电电流为i 热损耗功率为p 除冰时 输电线上的热损耗功率需变为9p 则除冰时 认为输电功率和输电线电阻不变 a 输电电流为3ib 输电电流为9ic 输电电压为3ud 输电电压为 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 解析输电线的电阻不变 根据p损 i2r知 输电线上的热损耗功率要变为9p 则输电电流变为3i 故a正确 b错误 9 多选 2017 湖州市高二上期末 如图6所示 一理想变压器的原 副线圈匝数分别为n1 1400匝 n2 700匝 并接有一负载电阻r 阻值可变 变压器的输入功率为p1 输入电压为u1 输入电流为i1 输出功率为p2 输出电压为u2 输出电流为i2 下面说法正确的是a p1 p2 2 1b u1 u2 2 1c i1 i2 2 1d 若r减小 输入功率p1增大 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 图6 解析 解析由于输出功率等于输入功率 因此变压器功率关系为p1 p2 1 1 故a错误 电压之比等于线圈匝数之比 故u1 u2 1400 700 2 1 故b正确 电流之比等于线圈匝数的反比 故i1 i2 1 2 故c错误 若r减小 则输出电流变大 由p ui可知 输出功率变大 则输入功率一定变大 故d正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 10 多选 2017 杭州市四校期中考试 某变压器原 副线圈匝数比为55 9 原线圈所接电源电压按图7所示规律变化 副线圈接有负载 下列判断正确的是a 输出电压的有效值为36vb 原 副线圈中电流之比为55 9c 变压器输入 输出功率之比为55 9d 交流电源电压有效值为220v 频率为50hz 图7 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 变压器输入功率等于输出功率 选项c错误 11 多选 如图8所示 理想变压器的原线圈接入u 11000sin100 t v 的交变电压 副线圈通过电阻r 6 的导线对 220v880w 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 1b 交变电压的频率为50hzc 副线圈中电流的有效值为4ad 变压器的输入功率为880w 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 图8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 12 多选 某发电站用交变电压远距离输电 在输送功率不变的前提下 若输电电压降低为原来的0 9倍 则下面说法正确的是a 因i 所以输电线上的电流减为原来的0 9倍b 因i 所以输电线上的电流增为原来的倍c 因p 所以输电线上损失的功率为原来的0 92倍d 若要使输电线上损失的功率不变 可将输电线的电阻减为原来的0 92倍 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 若要使输电线上损失的功率不变 根据p损 i2r知 可将输电线的电阻减为原来的0 92倍 故d正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 13 多选 如图9所示 理想变压器原线圈输入电压u umsin t 副线圈电路中r0为定值电阻 r是滑动变阻器 和是理想交流电压表 示数分别用u1和u2表示 和是理想交流电流表 示数分别用i1和i2表示 下列说法正确的是a i1和i