2010新大纲解读系列高考物理--2010贺岁系列专题九 交变电流.doc

专题9 交变电流【2010考纲解读】1.知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流。2.通过实验，了解电容器和电感器对交表电流的导通和阻碍作用。3.通过实验，探究变压器电压与匝数的关系。4.了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电是应用高电压的道理。5.了解传感器的工作原理和一般应用。2010高考复习时，我们要注意以下几点：1.要注意区分瞬时值、有效值、最大值、平均值。瞬时值随时间做周期性变化，表达式为；有效值是利用电流的热效应定义的，计算电功率、交流电表的读出值和用电器标定值均为有效值。最大值是来计算，在正弦交流电中最大值是有效值的倍。平均值只能计算在一段时间内通过导体横截面的电荷量：R为该回路的总电阻。2.对理想变压器问题应该从电磁感应的本质、电压比、电流比和能量的观点几个方面正确理解。3.远距离输电问题应该分段分析，注意各段电压、电流、功率的关系。掌握输送电过程中电能损失的计算方法和提高输电效率的方法4.对于传感器的在现实生活中的应用要会分析原理，分清是那种类型的，是如何把某些非电学量转化成什么电学量的。【考点PK】考点1. 交变电流的定义及其产生： 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，阻低频考点6. 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 【高考预测】1.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R120 ，R230 ，C为电容器。已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则 （ ）A.交流电的频率为0.02 HzB.原线圈输入电压的最大值为200 VC.电阻R2的电功率约为6.67 WD.通过R3的电流始终为零2.如图所示，理想自耦变压器1与2间匝数为40匝，2与3间匝数为160匝，输入电压为100V，电阻R上消耗的功率为10W，则交流电流表的示数为（ ）A、0.125A B、0.100A C、0.225A D、0.025A3.某小型水电站的电能输送示意图如下。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（ ）ABC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4. 在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁心的左右两个臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈1、2的匝数之比N1：N2=2：1，在不接负载的情况下（ ）A、当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110V B、当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为55VC、当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为220VD、当线圈2输入电压110V时，线圈1输出电压为110V5.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6.一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24.2J7.一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2。当R增大时 （ ）AI1减小，P1增大 BI1减小，P1减小 CI2增大，P2减小 DI2增大，P2增大8.如图a所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度 逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角时（如图b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则下列四幅图中正确的是 （ ）9.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= 10. 两个完全相同的电热器分别通以图中（a）和(b)所示的电流最大值相等的正弦交变电流和方波交变电流，则这两个电热器的热功率之比P甲：P乙=_。11.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1:n2=4:1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等。a、b端加一定交变电流电压后，两电阻消耗的电功率之比PA：PB=_。12.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。m（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/13.某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是6。（1）若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率。（2）若改用5000 V高压输电，用户端利用n1:n222：1的变压器降压，求用户得到的电压。14.如图所示，沿水平方向放置一条平直光滑槽，它垂直穿过开有小孔的两平行薄板，板相距3.5L。槽内有两个质量均为m的小球A和B，球A带电量为 +2q，球B带电量为3q，两球由长为2L的轻杆相连，组成一带电系统。最初A和B分别静止于左板的两侧，离板的距离均为L。若视小球为质点，不计轻杆的质量，在两板间加上与槽平行向右的匀强电场E后（设槽和轻杆由特殊绝缘材料制成，不影响电场的分布），求：（1）球B刚进入电场时，带电系统的速度大小；（2）带电系统从开始运动到速度第一次为零所需的时间及球A相对右板的位置。再由理想变压器的变流规律I1：I2=n1:n2，解得原线圈电流为考虑到2与3之间的一段线圈既是副线圈，又是原线圈的一部分，而副线圈在副线圈回路中是电源，其电流应从低电势流向高电势，原线圈在原线圈回路中是负载，其电流应从高电势流向低电势，这就决定着同时流过2与3间的电流I1与I2始终是反向的，所以，图21-7中的交流电流表的示数应该为I1与I2的差的绝对值，即 IA=0.025A此例应选D。3.【答案】AD【解析】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。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项正确；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项正确；开关断开前后，输入电压不