高三物理复习学案：交变电流、电（磁）场.doc

交变电流、电（磁）场【知识网络】 1、交流电 产生：交流发电机 表述手段 图像、三角函数表达式 瞬时值 正弦 最大值电流 表征参量 有效值I 周期T交 流 电 频率f 观察仪器：示波器电阻 具 电感：感抗与交变电流f有关 对交变电流电容：容抗 阻碍的器件 工作原理：互感 构造理想 法拉第电磁感应定律 变压器 遵循规律 感应定律： 能量守恒定律：远程输电2、麦克斯韦电磁场理论 稳定 不产生电（磁）场磁（电）场 均匀变化 稳定电（磁）场变化 周期性变化 周期性变化的电（磁）场【应考指要】本章的核心内容是电场、电场强度、电势差、电势和电场线、等势面。库仑定律和电荷守恒定律是电场也是电学的实验基础。静电屏蔽和电容器是电场性质的应用。带电粒子在电场中的运动是电场性质和力学规律的综合应用，对分析综合能力的要求较高。高考对本章知识的考查重点是电场性质的描述；带电粒子在电场中的运动；平行板电容器。近几年高考对本章知识的考查命题频率较高且有相当难度的集中在电场力做功与电势能变化、带电粒子在电场中的运动这两个知识点上，特别在与力学知识的结合中巧妙地把电场概念、牛顿定律和功能关系等联系起来。 命题趋于综合能力考查、且结合力学的平衡问题、运动学、牛顿运动定律及交变电流等构成综合试题，考查分析问题能力、综合能力、用数学方法解决物理问题的能力。电场问题还可与生产技术、生活实际、科学研究、前沿科技等联系起来，如静电屏蔽、尖端放电、电容式传感器、静电的防止和应用、示波管原理、静电分选等。这些都可以成为新情景综合问题的命题素材。【好题精析】例1 如图13-3-1所示，线框在匀强磁场中绕轴匀速转动（右上向下看是逆时针），当转到图示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是 （ ）A、 磁通量和感应电动势都在变大B、 磁通量和感应电动势都在变小C、 磁通量在变小，感应电动势在变大D、 磁通量在变大，感应电动势在变小图13-3-1解析 此时，线框和磁感线的夹角在变大，与中性面的夹角在变小，线框面在中性面上的投影面积在变大，磁通量也在变大；当磁通量在变大时，感应电动势一定在变小。选D 点评 磁通量的变化率与电动势大小相对应BAn1n2abU例2如图13-3-2所示，理想变压器的原副线圈匝数比为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端加一交流电压后，两电阻消耗的功率之比PA：PB=_，两电阻两端的电压之比UA：UB=_解析 根据理想变压器的变流比 ，得：IA：IB=1：4，图13-3-2两电阻消耗的功率之比PA：PB=，两电阻两端的电压之比UA：UB=1：4点评 注意区分原线圈上电阻的电压与原线圈的端电压例3、如图13-3-3在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器的左右两个臂上，当通以交流电时，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的匝数比为2：1，在不接负载的情况下 （ ）图13-3-3A、 当线圈1输入电压220V时，线圈2输出电压为110VB、 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2输出电压为220VD、 当线圈2输入电压110V时，线圈2输出电压为110V解析 理想变压器原副线圈中磁通量变化率相等，而误绕以后，两线圈中单匝线圈磁通量变化率不再相同。结合线圈匝数进行考虑，即可求解，选B、D 点评 原副线圈的磁通量变化率不同例4、交流发电机向理想变压器提供u=220sinl00 t mV的交变电压，升压变压器原、副线圈匝数之比为1：10，远距离输电导线总电阻尺为10，输送电功率为10kW， 求输电导线上损失的功率解：由u=220sin100V 得理想变压器输入电压为U1=220V (2分) 。例5 某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电，当发电厂输出的功率为P0时，额定电压为U的用电设备消耗的功率为P1，若发电厂用一台升压变压器T1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，到达用电设备所在地，再通过一台降压变压器T2把电压降到用电设备的额定电压，供用电设备使用，如图所示，这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P0，用电设备可获得的功率增加至P2。试求所用升压变压器的原线圈与副线圈的匝数比n1/n2以及降压变压器的原线圈与副线圈的匝数比n3/n4各为多少？解析 从消耗的电功率上找出两种情况下线路上的电流，从而确定升压变压器的匝数比，再求用电设备增加了功率后的电流，就可以解出降压变压器的匝数比。设输电线的电阻为R，当发电厂变压器直接向用电设备供电时，输电线中的电流为I1，则有P1=I1U，P0-P1= R，解得I1=P1/U，设降压变压器的输入电流，输出电流为I2，则有P2=I2U，P0-P2= 2R，有此可得I2=P2/U，故降压变压器原线圈匝数与副线圈匝数之比，升压变压器原线圈匝数与副线圈匝数之比【变式迁移】1、用理想变压器给负载供电时，在输入电压不变的情况下： ( ) A减少副线圈的匝数，其余保持不变，可增加变压器的输入功率 B增加副线圈的匝数，其余保持不变，可增加变压器的输人功率 c减少负载的电阻值，其余保持不变，可增加变压器的输入功率 D增大负载的电阻值，其余保持不变，可增加变压器的输人功率2、如图13-3-4为一理想变压器的原线圈匝数n1=1000，副线圈匝数n2=200，交流电源的电动势伏，电阻R=88欧。电流表和电压表对电路的影响可忽略不计。则各表的示数为多少？n1n2A11A21V21V11E图13-3-4【本章心得】_【总结性测评】一、选择题1、如图13-3-5是某交流发电机产生的交变电流的图像，根据图像120-120.10.20.3t/sU/v可以判定 （ ） A、此交变电流的频率为5Hz B、此交变电流的周期为0.1s C、将标有“12V、3W”的灯泡接在此交变电流上，灯 泡可以正常发光 D、图像上对应的0.15s时刻，发电机中的线圈刚好图13-3-5 转至中性面2、如图13-3-6甲、乙是配电房中的互感器和电表的接线图，以 下说法正确的是：( )A、线圈匝数N1 N2 ，N3 N4 B、线圈匝数N1 N2 ，N3 N4 C、甲图中的电表是电压表，乙图中的电表是电流表D、甲图中的电表是电流表，乙图中的电表是电压表图13-3-63、两个电流随时间的变化关系如图图13-3-7甲、乙所示，把它们通人相同的电阻中，则在1s内两电阻消耗的电功之比Wa：Wb等于 ( ) A1： B1：2 C1：4 D1：1图13-3-74、如图13-3-8所示L为电感线圈，C为电容，A、B为两只相同的灯泡，将他们接在电压为U的交流电源上，两灯泡的亮度相同，若保持电源电压不变，而将电源频率增大，下列关于两灯泡发光情况说法正确的是 （ ）A、 两灯泡亮度不变 图13-3-8B、 A灯泡亮度不变，B灯泡变亮C、 A灯泡变暗，B灯泡变亮D、 A灯泡变亮，B灯泡变暗 5、某发电厂发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电厂附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处居民小区附近的降压变压器，经降低电压后输送到用户。设升、降变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但是电厂输送的总功率增加，这时（ ）A升压变压器的副线圈的电压变大B降压变压器的副线圈的电压变大C高压输电线路的电压损失变大D用户的负载增多，高压输电线中的电流减小6、如图13-3-9所示，某理想变压器的原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其它条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使（ ） A、原线圈匝数n1增加 B、副线圈匝数n2增加C、负载电阻R的阻值增大D、负载电阻R的阻值减小图13-3-97、如图13-3-10理想变压器原、副线圈匝数之比为21，原、副线圈回路中有三个完全相同的电灯，当输人端加交变电压Ul时，Ll灯正常发光，那么接在副线圈两端的灯L2的功率 ( )图13-3-10 A、一定小于额定功率 B、一定大于额定功率 C、一定等于额定功率 D、无法确定8、如图13-3-11所示，一理想变压器的原、副线圈分别由双线圈ab和cd（匝数都为n1）、ef和gh（匝数都为n2）组成，用I1和U1表示输入电流和电压，用I2和U2表示输出电流和电压，在下列四种解法中，符合关系的有 （ ）A、 b与c相连，以a、d为输入端；f与g相连，以e、h为输出端图13-3-11B、 b与c相连，以a、d为输入端； e与g相连、f与h相连为输出端C、 a与c相连、b与d相连作为输入端；f与g相连，以e、h作为输出端 D、 a与c相连、b与d相连作为输入端；e与g相连、f与h相连为输出端9、图13-3-12内壁光滑，水平放置的玻璃圆环内，有一直径略小于环口径的带正电小球，以速率沿逆时针方向匀速转动，若在此空间突然加上方向竖直向上，磁感应强度随时间成正比例增加的变化磁场，设运动过程中小球带电量不变，那么 （ ）A、 小球队玻璃环的压力一定不断增大 B、 小球受到的磁场力一定不断增大 图13-3-12C、 小球先沿逆时针方向减速运动，过一段时间后沿顺时针方向加速运动D、磁场力对小球一直不做功 二、填空题10、有一理想变压器，输入交流电压的最大值为196V，另有负载电阻接在20V直流电压上时，消耗功率为P，将它接入此变压器的次级电路中，消耗功率为P/4，则这个变压器原副线圈的匝数比为_11、一交变电流随时间变化的图像如图13-3-13所示，该交流电的有效值是_A 图13-3-1312、如图为图13-3-14一雷达探测敌机时在荧光屏上得到的图像，1和2时先后两次发射的雷达探索波的脉冲波形，从荧光屏分析可知，第一次探测时敌机距雷达站是_km，若敌机匀速向雷达站飞近，敌机的速度是_m/s。 图13-3-14三、计算题13、如图13-3-15所示，为一交流电U-t的图像：（1） 写出交流电压瞬是值的表达式（2） 将此电压加在图乙所示的回旋加速器上，给氘核加速，则必须给加速器加一磁感强度为多大的磁场？（3） 若要使氘核获得5Mev的能量，需多长时间？（设氘核正好在电压达到峰值是通过D形盒的狭缝）（4） D形盒的最大半径为多少米？图13-3-15乙图13-3-15甲14、如图13-3-16所示，正方形线圈绕垂直于磁场的轴OO以角速度匀速转动，线圈边长a=20cm，匝数n=10匝，线圈总r=1 电阻，匀强磁场的磁感强度B=1T，线圈向的R=9电阻供电。求：（1） 电流表、电压表的示数（2） 线圈的输出功率15、一台内阻为1发电机给某一学校供电，如图所示，升压变压器匝数比1:4为，降压变压器匝数比为4:1，输电线的总电阻R=4为，全校共22个班，每班有“220v，40w”灯6盏，若保证全部电灯都正常工作，则：图13-3-16（1） 发电机输出功率为多大？（2） 若只开一半灯，则发电机输出功率是否为原来的一半？16、如图13-3-17所示，边长为a的正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以OO边为轴匀速转动，角速度为,转轴与磁场方向垂直，线圈电阻R，求：（1）线圈从图示位置转过/2的过程中产生的热量Q（2）线圈从图示位置转过/2的过程中通过线圈某截面的电量q （3）转动过程中线圈受到的最大磁力矩M 17、如图13-3-18所示，将单匝正方形线圈ABCD的一半放入匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=1T，让它以边界OO/为轴以角速度=100rad/s匀速转动，在AB、CD边的中点用电枢将电流输送给小灯泡，线圈边长L=0.2m，总电阻r=4，灯泡电阻R=2，不计P、Q接触电阻及导线电阻，求：（1）理想电压表的读数（2）从图示位置开始，在线圈转动900的过程中产生的平均感应电动势为多少？（3）从图示位置开始，在线圈转动圈900的过程中灯泡上产生的热量是多少？（4）从图示位置开始，在线圈转动圈1800的过程中，通过灯泡的产生的电荷量是多少？图13-3-1818、如图13-3-19所示，长为L、相距为d的两个平行金属板与电源相连。一质量为m、带电量为q的粒子以速度v0沿平行于金属板的中间射入两极板间，从粒子射入时刻起，两板间所加的电压随时间变化的规律如图所示，试求：（1）为了使粒子射出电场时的动能最大，电压U0最大值为多大？（2）为使粒子射出电场时的动能最小，所加的电压U0和周期各应该满足什么条件？图13-3-19交变电