第5章交变电流回顾总结.doc

第5章交变电流回顾总结 第五章交变电流本章回顾总结? 一、交变电流“四值”的应用物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值eE msint iI msint计算线圈某一时刻的受力情况峰值最大的瞬时值E mnBSI mE mRr确定用电器的耐压值物理含义重要关系适用情况有效值值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值EE m2UU m2II m2 (1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量量) (2)交流电表的测量值 (3)电气设备标注的额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流平均值值交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值Ent IERr计算通过电路横截面的电荷量【温馨提示】交流电的有效值和电流的方向无关，交流电律的平均值是根据法拉第电磁感应定律Ent计算的，与交流电的方向、所选取的时间有关阻如图所示，在匀强磁场中，有一个内阻r3，面积积S0.02m2绕的半圆形导线框可绕OO轴旋转已知匀强磁度场的磁感应强度B52T若线框以100rad/s的角速度匀速转动，且通过电刷给“6V,12W”的小灯泡供电，则? (1)若从图示位置开始计时，则线框中感应电动势的瞬时值表达式如何？? (2)从图示位置开始，线框转过90的过程中，流过导线横截面的电荷量是多少？该电荷量与线框转动的快慢是否有关？? (3)由题所给已知条件，外电路所接小灯泡能否正常发光？如不能，则小灯泡实际功率为多大？解析 (1)E mBS520.02100V102V，瞬时为值表达式为eE mcost102cos100t V. (2)此过程中，穿过线框的磁通量变化量为BS，感应为电动势的平均值为E/t，流过导线横截面的电荷量qItEtRrBSRr260C，中其中R为灯泡电阻，RU2/P3，q与转动时间t无关，因而与转动角速度无关 (3)该电源电动势的有效值为EE m/210V，压路端电压UERRr5V，是而小灯泡的额定电压是6V，故小灯泡不能正常发光，其实际功率为P实U2/R25/3W8.3W.答案 (1)e102cos100t V (2)260C无关 (3)不能正常发光，实际功率8.3W? 二、理想变压器问题的分析与计算?综观高考命题，对于变压器问题，多集中于对变压器的工作原理及I、U、P、n各量间基本关系的考查由于变压器与电能的输送密切相关，贴近生活实际，触及能源利用的社会热点，符合贴近现实、突出能力的命题趋势，应当作为备考的重点解题思路如下路思路1电压思路变压器原、副线圈的电压之比为U1U2n1n2；当变压器有多个副线圈时，U1n1U2n2U3n3?路思路2功率思路率理想变压器的输入、输出功率P入P出即，即P1P2；当变压器有多个副线圈时，P1P2P3?路思路3电流思路由由IPU，知，当变压器有多个副线圈时，n1I1n2I2n3I3?.对只有一个副线圈的变压器才有I1I2n2n1.路思路4(变压器动态问题)制约思路 (1)电流制约当变压器原、副线圈的匝数比n1n2压一定，且输入电压U1确定流时，原线圈中的电流I1流由副线圈中的输出电流I2即决定，即I1n2I2n1. (2)负载制约率变压器副线圈中的功率P2，由用户负载决定，P2P负1P负2?流变压器副线圈中的电流I2阻由用户负载电阻R2确定，I2U2R2.率总功率P总P线P2.路思路5原理思路变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中t相等，当遇到“”型变压器时有1t2t3t.此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于稳定或恒定电流的情况?思路6输配电原理思路?按“发电升压输电线降压用电器”的顺序或从“用电器倒推到发电”，以变压器的铁芯为界划分为三个回路一步一步进行分析如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则?A保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大?B保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小?C保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大?D保持P的位置不变，K合在a处时，若U1增大，I1将增大解析K由由a合到b时，n1减小，由U1U2n1n2知可知U2增大，P2U22R随之增大，P1P2，P1U1I1而，因而I1增大，A对；K由由b合到a时，与上述情况相反，U2减小，R消耗的功率减小，B对；P上滑时，R增大，U2不变，P2U22R因减小，因P1P2，P1U1I1而，从而I1减小，C错；U1增大，由U1U2n1n2知，可知U2增大，I2U2R随之增大，由I1I2n2n1知可知I1增大，D对答案ABD? 三、远距离输电问题?输电示意图(如图所示) (1)正确理解几个基本关系功率关系P1P2，P2P损P3，P3P4.电压关系U1U2n1n2，U2U线U3，U3U4n3n4.电流关系I1I2n2n1，I2I线I3，I3I4n4n3.输电电流I线P2U2P3U3U线R线.输电导线上损耗的电功率P损P2P3I2线R线U2线R线U线I线输电导线上的电压损失U线I线R线U2U3.? (2)处理思路?根据具体问题画出输电线路示意图?研究三个回路，分析其中的已知量、可求量、待求量?研究两个变压器，分析其中的已知量、可求量、待求量?确定求解思路，根据回路及变压器上的电压、电流、功率关系列式求解?一台交流发电机的输出功率为50kW，输出电压为240V，输电线总电阻R30，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电需求，则该输电线路所用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V,100W”的电灯正常发光？解析按设计要求P线P输6%50kW3kW流得输电线中电流I2P线R10A升压变压器的输出电压U2P输I25kV升压变压器原、副线圈匝数比n1n2U1U224050006125输电线损失电压U线I2R300V降压变压器的输入电压U3U2U线(5000300)V4700V降压变压器原、副线圈匝数比n3n4U3U4470022023511降压变压器的输入功率P输P输P线(503)kW47kW每盏电灯正常发光时的功率P灯100W所以能使电灯正常发光的盏数NP输P灯47103100盏470盏答案612523511470盏?【考情分析】近几年高考针对变压器原理及其应用的题目频率非常高，交变电流的四值(最大值、瞬时值、平均值、有效值)的计算和应用也是考查的热点这部分知识常与电场、力学知识结合在一起，并注重交流电路与工农业生产和日常生活紧密联系，并常以选择题的形式考查，多以难度中等或中等偏下的考题出现?常考点一交变电流的产生及应用?1(天津高考)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()?At0.005s时线框的磁通量变化率为零?Bt0.01s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311V?D线框产生的交变电动势频率为100Hz B解析为由图乙可知该正弦交变电流的电压最大值为311V，于周期等于0.02s，因此，根据正弦交变电流的最大值与有效值之式间的关系式UU m2项知选项C错误；又f1T为，则频率为f50Hz，项选项D错误；当t0.005s时，u311V，取得最大值，穿过项线框的磁通量变化率最大，选项A错误；当t0.01s时，交变电压及电流方向发生改变，电压值最小等于零，线框平面与中项性面重合，选项B正确答案B?2(四川高考)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1A那么()A线圈消耗的电功率为4W B线圈中感应电流的有效值为2A C任意时刻线圈中的感应电动势为e4cos2Tt D任意时刻穿过线圈的磁通量为Tsin2Tt解析由于线圈从垂直于中性面开始计时，则瞬时值表达为式可记为eE mcos，当60，时，eiR2V，即2VE mcos60，得最大值E m4V，则有效值EE m242V22V，电值流有效值IER222A2A，功率为PE2R4W，瞬时值为表达式为e4cos2Tt.故故A、C正确，B错误由再由E mNBS为，则任意时刻穿过线圈的磁通量为BSsinE mNsin4N2Tsin2TNsin2Tt，可知D错误答案AC?3.(安徽高考)图甲是交流发电机模型示意图在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路图乙是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度逆时针转动(只考虑单匝线圈)? (1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式? (2)线圈平面处于与中性面成0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式? (3)若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热(其他电阻均不计)解析 (1)t为时刻线圈平面与中性面的夹角为t设，设ab距距OO为轴为r1，cd距距OO为轴为r2，则有e abBL1r1sinte cdBL1r2sint线圈中的感应电动势为e1e abe cdBL1L2sint (2)t为时刻线圈平面与中性面的夹角为t0，则由式知线圈中为的感应电动势为e2BL1L2sin(t0) (3)通过线圈电流的有效值为II m2BL1L22?Rr?为线圈转动的周期为T2阻所以线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热为QI2RTB2L21L22R?Rr?2答案 (1)e1BL1L2sint (2)e2BL1L2sin(t0) (3)B2L21L22R?Rr?2?常考点二变压器的基本规律及应用?1(福建高考)如图，理想变压器原线圈输入电压uU msint，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2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()?AI1和I2表示电流的瞬时值?BU1和U2表示电压的最大值?C滑片P向下滑动过程中，U2不变，I1变大?D滑片P向下滑动过程中，U2变小，I1变小解析该题考查对交流电表的认识及变压器的动态变化问题，解题的关键是要掌握各物理量之间的关系在交流电路中电压表和电流表用的不是直流电表，而是交流电表，而交流电表所测的电流或电压是有效值，而不是瞬时值或最大值，所以A、B选项不正确由于U1保持不变，据U1U2n2n1知可知U2n2n1U1，而而I2U2R0Rn2n1U1R0R，据I1I2n2n1知可知I1n2n1I2?n2n12U1R0R，当所以当R减小时，U2不变，I1变大，C选项正确答案C?2(山东高考)为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示以下正确的是()Au21902sin50t V Bu21902sin100t V C为使用户电压稳定在220V，应将P适当下移D为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移解析为由图象可知，正弦式交变电压的最大值为1902V，为其周期为0.02s，可得其表达式为u21902sin100t V，B选选在项正确，又在u 1、n2变不变的前提下通过改变n1使来使u2增大，由u1u2n1n2使可得应使n1将减小，故应将P适当上移，D选项正确答案BD?3(江苏高考)如图甲所示为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的ut图象如图乙所示若只在ce间接一只R ce400的电阻，或只在de间接一只R de225的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80W. (1)请写出原线圈输入电压瞬时值u ab的表达式； (2)求只在ce间间接接400流电阻时，原线圈中的电流I1； (3)求求ce和和de间线圈的匝数比n cende.解析 (1)由图乙知200rad/s值电压瞬时值u ab400sin200t V. (2)电压有效值U1U m2xxV器理想变压器P1P2流原线圈中的电流I1P1U10.28A. (3)设设ab间匝数为n1，根据变压器规律有U1n1U cence，U1n1U dende由题意有U2ceR ceU2deR de联立可得n cende43答案 (1)U ab400sin200t V (2)0.28A (3)43常考点三远距离输电1(天津高考)通过一理想变压器，经同一线路输送相同的率电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R.为当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，到若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2则，则P1和P2P1分别为()A.PRkU，1n B?PkU2R，1n C.PRkU，1n2D.?PkU2R，1n2解析原线圈的为电流为I1P