高考物理大二轮总复习与增分策略 专题十八 交变电流（加试）课件.ppt

专题十八交变电流 加试 考点基础自清 考点互动探究 内容索引 考点基础自清 一 交变电流1 定义大小和都随时间做周期性变化的电流 2 常见类型 如图1甲 乙 丙 丁所示都属于交变电流 其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流 简称正弦交流电 如图甲所示 答案 图1 方向 3 正弦交流电的产生和图象 1 产生 如图2所示 在匀强磁场中 线圈绕方向的轴匀速转动时 可产生正弦式交变电流 2 中性面及其特点 定义 与磁场方向的平面 特点 a 线圈位于中性面时 穿过线圈的磁通量 磁通量的变化率为 感应电动势为 b 线圈转动一周 经过中性面 线圈每经过中性面一次 电流的方向就改变一次 答案 图2 垂直于 磁场 垂直 最大 零 零 两次 3 图象 用以描述交流电随时间变化的规律 如果线圈从中性面位置开始计时 其图象为曲线 如图3所示 答案 图3 正弦函数 答案 二 描述交变电流的物理量 1 周期和频率 1 周期 t 交变电流完成变化 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 t 或f 一次周期性 次数 有效值 对正弦式交变电流 其有效值和峰值的关系为 e u 2 交变电流的瞬时值 峰值 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 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的 答案 i 1 电感器对交变电流的阻碍作用 1 线圈的自感系数越大 交流的频率越高 对交变电流的阻碍作用越 2 电感器的应用 答案 三 电感和电容对交变电流的影响 大 较小 较小 直 交 低 高 2 电容器对交变电流的阻碍作用 1 电容器的电容越大 交流的频率越高 对交变电流的阻碍作用越 2 作用 通流 隔流 通频 阻频 答案 小 交 直 高 低 1 原线圈 与交流电源连接的线圈 也叫线圈 2 副线圈 与负载连接的线圈 也叫线圈 答案 四 理想变压器 1 构造如图4所示 变压器是由和绕在铁芯上的两个线圈组成的 图4 闭合铁芯 初级 次级 2 原理电流的磁效应 3 基本关系式及制约关系 1 功率关系 答案 电磁感应 p入 p出 五 电能的输送1 输电过程 如图5所示 答案 图5 2 电压损失 1 u u u 2 u ir 3 功率损失 1 p p p 答案 i2r 4 输送电流 1 多选 图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动 能产生正弦式交变电流的是 解析 1 2 3 4 5 加试基础练 解析选项c情况下 穿过线圈的磁通量始终为零 不能产生正弦式交变电流 而a b d情况均可产生 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 下列表述正确的是 1 2 3 4 5 解析 1 2 3 4 5 解析从中性面开始计时 交变电动势的表达式为e emsin t 因e 50sin100 t v 所以最大值em 50v a错误 由 2 f 100 rad s得f 50hz b错误 3 多选 2016 杭州市月考 如图6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6 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 1 2 3 4 5 解析 解析线圈对恒定电流几乎无阻碍作用 对交变电流自感系数越大 频率越高 阻碍作用越大 图7 4 多选 如图7所示 理想变压器原 副线圈匝数比为2 1 电池和交变电源的电动势都为6v 内阻均不计 下列说法正确的是 a s与a接通的瞬间 r中无感应电流b s与a接通稳定后 r中无感应电流c s与b接通稳定后 r两端的电压为3vd s与b接通稳定后 原 副线圈中电流的频率之比为2 1 1 2 3 4 5 解析 1 2 3 4 5 解析变压器只能改变交流电的电压 在开关s刚接通a时 r中有感应电流 但电路稳定后则无感应电流 故a错误 b正确 当开关s接通b稳定后 r上的电压u2 u1 3v 原 副线圈中电流的频率相等 故d错误 c正确 1 2 3 4 5 5 输电线的电阻共计为r 输送的电功率为p 用电压u送电 则用户能得到的电功率为 解析 返回 考点互动探究 1 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 2 有效值的计算方法 2 非正弦式交流电的有效值 根据电流的热效应进行计算 例1如图8所示 n 50匝的矩形线圈abcd ab边长l1 20cm ad边长l2 25cm 放在磁感应强度b 0 4t的匀强磁场中 外力使线圈绕垂直于磁感线的固定轴oo 以n 3000r min的转速匀速转动 线圈电阻r 1 外电路电阻r 9 t 0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8 1 t 0时感应电流的方向 解析根据右手定则 线圈中感应电流的方向为adcba 答案感应电流方向沿adcba 解析答案 2 感应电动势的瞬时值表达式 解析答案 解析线圈的角速度 2 n 100 rad s图示位置的感应电动势最大 其大小为em nbl1l2 代入数据得em 314v感应电动势的瞬时值表达式为e emcos t 314cos 100 t v 答案e 314cos 100 t v 3 线圈转一圈外力做的功 解析答案 解析电动势的有效值 线圈匀速转动一圈 外力做功大小等于电功的大小 即 代入数据得w 98 6j 答案98 6j 书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 1 确定正弦式交变电流的峰值 根据已知图象读出或由公式em nbs 求出相应峰值 2 明确线圈的初始位置 找出对应的函数关系式 若线圈从中性面位置开始计时 则i t图象为正弦函数图象 函数式为i imsin t 若线圈从垂直中性面位置开始计时 则i t图象为余弦函数图象 函数式为i imcos t 规律总结 1 2016 东阳市联考 如图9所示 为演示交变电流产生的装置图 关于这个实验 正确的说法是 a 线圈每转动一周 指针左右摆动两次b 图示位置为中性面 线圈中无感应电流c 图示位置ab边的感应电流方向为a bd 线圈平面与磁场方向平行时 磁通量变化率为零 解析 1 2 3 4 图9 变式题组 解析线圈在磁场中匀速转动时 在电路中产生呈周期性变化的交变电流 线圈经过中性面时电流改变方向 线圈每转动一周 有两次通过中性面 电流方向改变两次 指针左右摆动一次 故a错 线圈处于图示位置时 ab边向右运动 由右手定则 ab边的感应电流方向为a b 故c对 线圈平面与磁场方向平行时 ab cd边垂直切割磁感线 线圈产生的电动势最大 也可以这样认为 线圈平面与磁场方向平行时 磁通量为零 但磁通量的变化率最大 b d错误 1 2 3 4 2 小型手摇发电机线圈共n匝 每匝可简化为矩形线圈abcd 磁极间的磁场视为匀强磁场 方向垂直于线圈中心轴oo 线圈绕oo 匀速转动 如图10所示 矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0 不计线圈电阻 则发电机输出电压 图10 解析 1 2 3 4 1 2 3 4 解析矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0 所以发电机的电动势峰值为2ne0 a b错误 a 用电压表测该电压其示数为50vb 该交流电压的周期为0 02sc 将该电压加在 100v100w 的灯泡两端 灯泡的实际功率小于100w 解析 1 2 3 4 解析电压有效值为100v 故用电压表测该电压其示数为100v a项错误 1 2 3 4 该电压加在 100v100w 的灯泡两端 灯泡恰好正常工作 c项错 4 2016 丽水一模 交流发电机线圈电阻r 1 用电器电阻r 9 电压表示数为9v 如图11所示 那么该交流发电机 a 电动势的峰值为10vb 电动势的有效值为9vc 交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为d 交流发电机线圈自中性面转过90 的过程中的平均感应电动势为 1 2 3 4 图11 解析 1 2 3 4 1 基本关系式中物理量之间的决定关系 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12甲所示 图12 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 i2变化引起p2变化 p1 p2 故p1发生变化 2 负载电阻不变的情况 如图乙所示 图12 3 远距离输电问题 1 远距离输电示意图 如图13所示 图13 2 减少输电电能损失的两种方法 理论依据 p损 i线2r线 减小输电线的电阻 根据电阻定律r 要减小输电线的电阻r 在保证输电距离的情况下 可采用减小材料的电阻率 增大导线的横截面积等方法 减小输电导线中的电流 在输电功率一定的情况下 根据p ui 要减小电流 必须提高电压 3 输电线路功率损失的计算方法 p损 p p p为输送的功率 p 为用户所得功率 p损 i线2r线 i线为输电线路上的电流 r线为线路电阻 p损 u为在输电线路上损失的电压 r线为线路电阻 p损 ui线 u为在输电线路上损失的电压 i线为输电线路上的电流 解析 例2 多选 2015 浙江9月选考样题 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14所示 原 副线圈匝数比 100 副线圈只接入一个r 10 的电阻 则 图14 a 与电阻r并联的电压表示数为3 11vb 流过电阻r的电流最大值为0 311ac 变压器的输入功率为0 484wd 一个周期内 电阻r上产生的热量为9 68 10 3j 变压器的输入功率等于输出功率 即p入 p出 u2i2 0 484w 故选项c正确 规律总结 关于理想变压器的四点说明1 变压器不能改变直流电压 2 变压器只能改变交变电流的电压和电流 不能改变交变电流的频率 3 理想变压器本身不消耗能量 4 理想变压器基本关系中的u1 u2 i1 i2均为有效值 5 多选 如图15所示 理想变压器的原线圈接交流电源 副线圈接阻值为r的负载电阻 若与原线圈连接的电压表v1的示数为u1 与副线圈连接的电压表v2的示数为u2 且u2 u1 则以下判断中正确的是 a 该变压器输入电流与输出电流之比为u1 u2b 该变压器输入功率与输出功率之比为u2 u1 解析 5 6 变式题组 图15 7 5 6 7 6 2014 浙江理综 15 如图16所示为远距离交流输电的简化电路图 发电厂的输出电压是u 用等效总电阻是r的两条输电线输电 输电线路中的电流是i1 其末端间的电压为u1 在输电线与用户间连有一理想变压器 流入用户端的电流是i2 则 图16 c 理想变压器的输入功率为i12rd 输电线路上损失的电功率为i1u 解析 5 6 7 输电线上的电压降u i1r u u1 选项b错误 变压器的输入功率p1 i1u i12r i1u1 选项c错误 输电线路上损失的功率p i12r i1 u u1 选项d错误 5 6 7 7 图17甲中理想变压器原 副线圈的匝数之比n1 n2 4 1 电阻r 20 l1 l2