高二下学期期末复习学案--交变电流(附详细答案

高二下学期物理期末复习学案 1 高二下学期物理期末复习学案高二下学期物理期末复习学案 交变电流交变电流 基础回顾基础回顾 1 交变电流的产生 线圈在匀强磁场中绕 于磁场的轴匀速转动 产生按 规律 变化的电流 线圈转至中性面时 穿过线圈的磁通量 而感应电动势 2 表征交变电流的物理量 周期 T 频率 f 关系 峰值 Em Im Um 有效值 E I U 3 交变电流的变化规律 瞬时值表达 e i u 峰值 Em 有效值与峰值的关系 E I U 4 电感电容对交变电流的影响 电感作用 电容作用 5 理想变压器 原理 原副线圈输入输出功率的关系 电压 与匝数的关系 电流与匝数的关系 只有一个副线圈时 有多个 副线圈时 6 远距离输电 导线上的功率损失 导线上的电压损失 P U 专题讲练专题讲练 专题专题 1 1 交变电流的四值交变电流的四值 交变电流的四值是指 瞬时值 峰值 有效值 平均值交变电流的四值是指 瞬时值 峰值 有效值 平均值 1 1 瞬时值 瞬时值 反映不同时刻交变电流的大小和方向 正弦交流瞬时值表达式为 应当注意必须从中性面开始 tEe m sin tIi m sin 生活中用的市电电压为 220V 其峰值为 V 频率为 HZ 所以其电压瞬时值的 表达式为 u V 例例 1 有一正弦交流电源 电压有效值 U 120V 频率为 f 50Hz 向一霓虹灯供电 若霓虹 灯的激发电压和熄灭电压均为 U0 60V 试估算在一个小时内 霓虹灯发光时间有多长 2 拓展思考拓展思考 为什么人眼没有感到霓虹灯忽明忽暗的现象 针对练习针对练习 1 交流发电机的线圈从平行磁场的位置开始匀速转动 与它并联的电压表的示 数为 14 1V 那么当线圈转过 30 时交流电压的瞬时值为 V 解 高二下学期物理期末复习学案 2 2 2 峰值 峰值 它是瞬时值的 值 它反映的是交变电流大小的变化范围 当线圈平面跟磁感 线平行时 交流电动势最大 转轴垂直于磁感线 电容器接在交流电路中 m E 则交变电压的峰值不能超过电容器的耐压值 例例 2 把一电容器 C 接在 220V 的交流电路中 为了保证电容不被击穿 电容器 C 的耐压 值是多少 解析 针对练习针对练习 2 一只氖管的起辉电压为 50V 把它接在 u 50sin314tV 的交变电源上 在一 个交变电压的周期内 氖管的发光时间为 A 0 02s B 0 01s C 0 015s D 0 005s 3 3 有效值 有效值 交变电流的有效值是根据电流的 规定的 让交流和直流通过相同阻值的电 阻 如果它们在相同的时间内产生的 相等 就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值 正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是 U I 对于非正弦交变电流的有效值以上关系不成立 应根据定义来求 通常所说交流电压 电流是用电压表 电流表测得的 都是指 用电器上所标电压 电流值也是指 在计算交变电流通过导体产生热量 热功以及确定保险丝的熔断电流时 只能用 例例 3 通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示 求该交变电流的有效值 I 解 针对练习针对练习 3 左图所示是某种型号的电热毯的电路图 电热毯接在交变电源上 通过装置 P 使加在电热丝上的电压的波形如右图所示 此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 A 110V B 156V C 220V D 311V P u V 1 2 3 4 5 O t 10 2s u V 311 高二下学期物理期末复习学案 3 4 4 平均值 平均值 它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值 其量值可用法拉 第电磁感应定律 来求 特殊地 当线圈从中性面转NE t 过 90 度的过程中 有 计算平均值切忌用算术平均法 m EE 2 即求解 平均值不等于有效值 2 21 EE E 例例 4 如图所示 求线圈由图示位置转过 60 角的过程中 通过线圈某一横截面的电量 针对练习针对练习 4 交流发电机转子有 n 匝线圈 每匝线圈所围面积为 S 匀强磁场的磁感应强度 为 B 匀速转动的角速度为 线圈内电阻为 r 外电路电阻为 R 当线圈由图中实线位置 匀速转动 90 到达虚线位置过程中 求 通过 R 的电荷量 q 为多少 R 上产生电热 QR为多少 外力做的功 W 为多少 专题专题 2 2 感抗和容抗 统称电抗 感抗和容抗 统称电抗 1 感抗表示电感对交变电流的阻碍作用 其特点是 通直流 阻交流 通低频 阻高频 2 容抗表示电容对交变电流的阻碍作用 其特点是 通交流 隔直流 通高频 阻低频 例例 5 左右两个电路都是从左端输入信号 从右端 输出信号 左图中输入的是高频 低频混合的交流信 号 要求只输出低频信号 右图中输入的是直流和低 频交流的混合信号 要求只输出低频交流信号 那么 C1 C2中哪个该用大电容 哪个该用小电容 C1 C2 高二下学期物理期末复习学案 4 解 针对练习针对练习 5 在如图所示的电路中 如果交变电流的频率增大 1 2 和 3 灯的亮度变化情况是 A 1 2 两灯均变亮 3 灯变暗 B 1 灯变亮 2 3 两灯均变暗 C 1 2 灯均变暗 3 灯亮度不变 D 1 灯变暗 2 灯变亮 3 灯亮度不变 针对练习针对练习 6 对于如图所示的电路 下列说法正确的是 A a b 端接稳恒直流电 灯泡发亮 B a b 端接交变电流 灯泡发亮 C a b 端接交变电流 灯泡发亮 且将电容器电容增大时 灯泡亮度增大 D a b 端接交变电流 灯泡发亮 且将电容器电容减小时 灯泡亮度增大 针对练习针对练习 7 对于如图所示的电路 下列说法正确的是 A 双刀双掷开关 S 接上部时 灯泡亮度较大 B 双刀双掷开关 S 接下部时 灯泡亮度较大 C 双刀双掷开关 S 接下部 同时将电感线圈的 L 的铁芯抽出 在抽出的过程中 灯泡亮度变大 D 双刀双掷开关 S 接下部 同时将电感线圈的 L 的铁芯抽出 在抽出的过程中 灯泡亮度变小 专题专题 3 3 理想变压器理想变压器 1 理想变压器的电压变化规律为 2 1 U U 2 输入输出功率关系 3 只有一个副线圈的理想变压器的电流变化规律为 2 1 I I 4 变压器的输入功率由 功率决定 例例 6 理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为 n1 1760 匝 n2 288 匝 n3 8000 匝 电源电压为 U1 220V n2上连接的灯泡的实际功率为 n2 L n3 R 220Vn1 高二下学期物理期末复习学案 5 36W 测得初级线圈的电流为 I1 0 3A 求通过 n3的负载 R 的电流 I3 例例 7 在变电站里 经常要用交流电表去监测电网上的强电流 所用的器材叫电流互感器 如下所示的四个图中 能正确反应其工作原理的是 例例 8 2009 江苏 6 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20 2sin100Vut 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 针对练习 8 一台理想变压器原线圈匝数 n1 1100 匝 两个副线圈的匝数分别是 n2 60 匝 n3 600 匝 若通过两个副线圈中的电流强度分别是 I2 1 A I3 4 A 求原线圈中的电流强度 专题专题 4 4 远距离输电远距离输电 远距离输电的示意图如图所示 包括发电机 两台变压器 输电线等效电阻和负载电阻 并按照规范在图中标出相应的物理量符号 一般设两个变压器的初 次级线圈的匝数分别为 n1 n1 n2 n2 相应的电压 电流 功率也应该采用相应的符号来表示 从图中应该看出功率之间的关系是 P1 P1 P2 P2 P1 Pr P2 AAAA 零线 火线 火线 零线 零线 火线 零线 火线 A B C D 高二下学期物理期末复习学案 6 电压之间的关系是 21 2 2 2 2 1 1 1 1 UUU n n U U n n U U r 电流之间的关系是 21 2 2 2 2 1 1 1 1 III n n I I n n I I r 可见其中电流之间的关系最简单 中只要知道一个 另两个总和它相等 因此 21 III r 求输电线上的电流往往是这类问题的突破口 输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的 分析和计算时都必须用 而不能用 rIUrIP rrrr 2 r U Pr 2 1 例例 9 学校有一台应急备用发电机 内阻为 r 1 升压变压器匝数比为 1 4 降压变压 器的匝数比为 4 1 输电线的总电阻为 R 4 全校 22 个教室 每个教室用 220V 40W 的灯 6 盏 要求所有灯都正常发光 则 发电机的输出功率多大 发电 机的电动势多大 输电线上损耗的电功率多大 针对练习针对练习 9 在远距离输电时 要考虑尽量减少输电线上的功率损失 有一个坑口电站 输送的电功率为 P 500kW 当使用 U 5kV 的电压输电时 测得安装在输电线路起点和终点 处的两只电度表一昼夜示数相差 4800 度 求 这时的输电效率 和输电线的总电阻 r 若想使输电效率提高到 98 又不改变输电线 那么电站应使用多高的电压向外输电 针对练习针对练习 10 10 发电机输出功率为 100 kW 输出电压是 250 V 用户需要的电压是 220 V 输电线电阻为 10 若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的 4 试求 1 在输电线路中设置的升 降压变压器原副线圈的匝数比 2 画出此输电线路的示意图 3 用户得到的电功率是多少 R 高二下学期物理期末复习学案 7 高二物理期末复习学案高二物理期末复习学案 交变电流参考答案交变电流参考答案 例 1 解析 由正弦交流电的峰值与有效值 U 的关系得 Um 120 V2 设 t 0 时交流电的瞬时电压 U 0 则交流电的瞬时表达式为 U 120sin100t V2 如图所示 画出一个周期内交流电的 U t 图象 其中阴影部分对 应的时间 t1表示霓虹灯不能发光的时间 根据对称性 一个周期内 霓虹灯不能发光的时间为 4t1 当 U U0 60V 时 由上式得 t1 1 600s 再由对称性求得一个周期内能发光的时间 2 t T 4t1 s 75 1 再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为 t s24003600 75 1 50 拓展思考拓展思考 为什么人眼没有感到霓虹灯忽明忽暗的现象 提示提示 由于人的眼睛具有视觉暂留现象 而这个视觉暂留时间约s 很明显霓虹灯在工作 16 1 过程中是忽明忽暗的 而熄灭的时间只有s 如图 t2时刻到 t3时刻 为远小于s 因 300 1 16 1 此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉 针对练习针对练习 1 解 电压表的示数为交流电压有效值 由此可知最大值为 Um U 20V 而2 转过 30 时刻的瞬时值为 u Umcos30 17 3V 例 2 解析 不低于 200V2 错误提示 不少学生往往把电容器与灯泡类比 额定电压 220 V 的灯泡接在 220 V 的交 流电源上正常发光 从而错误的认为电容器的耐压值也只要不低于 220V 即可 事实上 电 容器接在交流电路中一直不断地进行充 放电过程 电容器两极间电压最大可达 200V 2 故电容器 C 的耐压值应不低于 200V 2 针对练习针对练习 2 解答 B 例 3 解 该交流周期为 T 0 3s 前 t1 0 2s 为恒定电流 I1 3A 后 t2 0 1s 为恒定电流 I2 6A 因此这一个周期内电流做的功可以求出来 根据有效值的定义 设有效值为 I 根 据定义有 I 2RT I12Rt1 I22Rt2 带入数据计算得 I 3A2 高二下学期物理期末复习学案 8 针对练习针对练习 3 解 从 u t 图象看出 每个周期的前半周期是正弦图形 其有效值为 220V 后半周期电压为零 根据有效值的定义 得 U 156V 选 B 0 2 2 1 2 T R U T R U 例 4 解析 在计算电量问题中 一定要用电流 电压平均值 而NE t BSBS 2 3 60sin 12 又 R E I tIq Nq R R NBS 2 3 针对练习 4 解 由电流的定义 计算电荷量应该用平均值 即 这里电流和电动势都必须要用平均值 不 rR nBS q rRt nBS rRt n rR E It Iq 而 能用有效值 最大值或瞬时值 求电热应该用有效值 先求总电热 Q 再按照内外电阻之比求 R 上产生的电热 QR rR SBn rR nBS rR E trRIQ 4222 222 2 2 2 2 222 4rR RSBn Q rR R QR 这里的电流必须要用有效值 不能用平均值 最大值或瞬时值 根据能量守恒 外力做功的过程是机械能向电能转化的过程 电流通过电阻 又将电 能转化为内能 即放出电热 因此 W Q 一定要学会用能量转化和守恒定律 rR SBn 4 222 来分析功和能 例 5 解 电容的作用是 通交流 隔直流 通高频 阻低频 左图中的 C1必须 用电容小些的 电容越小 容抗越大 从而使高频交流顺利通过 而低频不易通过 这种电 容器叫高频旁路电容器 右图中的 C2一般用电容大的 电容越大 容抗越小 使低频交流 电很容易通过 只有直流成分从电阻上通过 这种电容器叫隔直电容器 针对练习 5 解答 D 针对练习 6 解答 BC 针对练习 7 解答 AC 例 6 解 由于两个次级线圈都在工作 所以不能用 I 1 n 而应该用 P1 P2 P3和 n2 L n3 R 220Vn 1 高二下学期物理期末复习学案 9 U n 由 U n 可求得 U2 36V U3 1000V 由 U1I1 U2I2 U3I3和 I2 1A 可得 I3 0 03A 例 7 解 电流互感器要把大电流变为小电流 因此原线圈的匝数少 副线圈的匝数多 监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中 选 A 例 8 答案 AB 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 2 220 1 U 2 1 2 1 U U n n 100 2 U 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50 2 100 f 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 输入电压不变 变压器的变压比不变 故输出电压不变 C 项错误 断开后 电路消耗的功率减小 输出功率决定输入功率 D 项错误 针对练习 8 解析 电流强度与匝数成反比 仅适用于理想变压器只有一只副线圈的情况 本题有两个副线圈 应根据理想变压器无能量损失来分析 由于理想变压器无能量损失 所 以有 P1 P2 P3 P1为原线圈输入功率 P2 P3分别为两只副线圈的输出功率 根据电功率公式有 I1U1 I2U2 I3U3 又因为 U2 2 1 2 1 n n U U 1 1 2 U n n U3 U1 3 1 3 1 n n U U 1 3 n n 把 代入 整理得 I1n1 I2n2 I3n3 所以 I1 A 2 24 A 1100 6004601 1 3322 n InIn 例 9 解 所有灯都正常工作的总功率为 22 6 40 5280W 用电器总电流为 A 输电线上的电流A 降压变压器上