教科版物理高考第一轮复习——交流电问题（学案）

1、.高考第一轮复习交流电问题一、教学内容：高考第一轮复习交流电问题二、学习目的：1、掌握交流发电机及其产生正弦式电流的原理、正弦交流电的图象及变化规律。2、理解描绘交变电流的物理量及交流电的最大值与有效值、瞬时值、平均值的区别。3、理解变压器的工作原理及远间隔 输电的原理及其应用。4、重点掌握与交流电问题相关的重要的习题类型及其解法。考点地位：交流电的产生、描绘交流电的物理量内容重点考察交流电的产生原理、交流电有效值与瞬时值的计算、正弦交流电的函数表达式、图象及利用函数关系式或图象求解涉及交流电的“四值问题，出题形式多以选择题形式为主。一交变电流1. 交变电流的概念1交变电流：大小和方向都随时间

2、作周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流电。2正弦式电流：随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流，正弦式电流的图象是正弦曲线，我国使用的交变电流都是正弦式电流。2. 正弦交变电流的产生及变化规律1正弦式电流的产生产生方法：如下图，将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦式电流。中性面：中性面的特点是，线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零；线圈经过中性面时，内部的电流方向要发生改变。2规律：N匝面积为S的线圈以角速率转动，从某次经过中性面开场计时，那么，用表示峰值，那么，电流。3. 交变电流的有效值1交变电流的有效

3、值是根据电流的热效应来规定的，即在同一时间内，某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值，叫做该交流电的有效值。2正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为：。各种交流电器设备上的标示值及交流电表上的测量值都指有效值。3正弦交变电流的图象如下图从中性面开场计时物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值计算线圈某时刻的受力情况，或力矩的瞬时值最大值最大的瞬时值讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正余弦交流电1. 计算与电流的热效应有关的量如功、功率、热量等2. 电气设备“铭牌上所标的一般是有效值3. 保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线

4、与时间轴所夹的面积与时间的比值切不可套用计算通过电路截面的电量周期完成一次周期性变化所用的时间物理意义：表示交流变化快慢的物理量频率1s内完成周期性变化的次数我国民用交变电流：问题1、交流电“四值的理解与运用：如下图，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，边长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r=1，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动，角速度为，外电路电阻，求：1转动过程中感应电动势的最大值；2由图示位置线圈平面与磁感线平行转过60°角时的瞬间感应电动势；3由图示位置转过60°角时的过程中产生的平均感应电动势；4交流电压表的示数；5转动一周外力做的功；6周

5、期内通过R的电荷量为多少。解析：此题主要考察了交流电的产生及“四值的计算方法。1感应电动势的最大值：2转过60°时瞬时感应电动势：3转过60°角的过程中产生的平均感应电动势：4电压表示数为外电压的有效值5转动一周所做的功等于电流产生的热量6周期内通过电阻R的电荷量=0.0866C变式1：如下图，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的程度匀强磁场中，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= 。线框从中性面开场转过的过程中，通过导线横截面的电荷量q= 。答案：，变式2：如下图，矩形线框的匝数n=250匝，线

6、框置于的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以120r/min匀速转动，线框通过滑环与外电路相连，外电路接有R=12的电阻及一只发光的电压为12V的氖泡L，求：1当开关S接e时，表的读数为多少？R的热功率为多大？10min内外力对线框做功多少？2当开关S接f时，氖泡的闪光频率为多大？通电10min，氖泡发光的总时间为多少？线框电阻不计解析：1S接e时，有代入数据得2S接f时，根据正弦曲线变化规律，由，即，可得，可知在交变电流的一个周期T内，氖泡闪光2次，一周期内的发光时间为，因，故氖泡闪光频率为4Hz，故通电10min，氖泡发光的总时间为：二变压器1. 变压器的构造：如下图2. 变压器的工作原理在原、副

7、线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的根底。3. 理想变压器理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率。1电压关系：2功率关系：3电流关系：说明：原、副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于一个副线圈的情况。假设干副线圈时：4. 理想变压器各物理量变化的决定关系当理想变压器的原副线圈的匝数不变时，假如变压器的负载发生变化，确定其他有关物理量的变化，可根据以下原那么断定参见以下图：1输入电压U1决定输出电压U2。这是因为输出电压，当U1不变时，不管负载电阻R变化与否，U2不会改变。2输出电流I2决定输入电流I1. 在输入电压U

8、1一定的情况下，输出电压U2也被完全确定。当负载电阻R增大时，I2减小，那么I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，那么I1相应增大。在使用变压器时，不能使变压器次级短路。3输出功率P2决定输入功率P1，理想变压器的输出功率与输入功率相等，即。在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R增大时，I2减小，那么变压器输出功率减小，输入功率P1也将相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，变压器的输出功率增大，那么输入功率P1也将增大。问题2、理想变压器原理的理解：如图中理想变压器原、副线圈匝数之比，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R相连组成闭合回路。当直导线AB在匀强磁场中沿导轨匀速地向右做切

9、割磁感线运动时，安培表A1的读数是12mA，那么安培表A2的读数为 A. 0B. 3mAC. 48mAD. 与R值大小有关答案：A变式3：如下图，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，I2和U2表示输出电流和电压。在以下四种接法中，符合关系的有 A. a与c相连，b与d相连作为输入端；e与g相连，以f、h作为输出端B. 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C. b与c相连，以a与d为输入端；f与g相连，以e、h作为输出端D. b与c相连，以a与d为输入端；e与g相连，以f、h作为输出端

10、答案：C问题3、理想变压器的动态分析问题：如下图，T为理想变压器，原线圈接在电压一定的正弦交变电源上，副线圈电路中接入三个电阻R1、R2、R3，各电表的电阻影响不计。当开关S合上时，各电表的示数变化情况是 A. A1示数变大B. A2示数变大C. V1示数变小D. V2示数变大答案：AB变式4：如下图，一个理想变压器的输入电压U1保持不变，灯泡L2、L3、L4为副线圈的负载，当滑动变阻器R0的滑片向下挪动时，那么以下判断正确的选项是 A. 灯L1变暗B. 灯L2变亮C. 灯L3变亮D. 灯L4变暗答案：A三几种常见的变压器1. 自耦变压器如调压变压器铁芯上只绕一个线圈，可升压，可降压。2. 互

11、感器电压互感器原线圈匝数比副线圈匝数多用来将高压变成低压，以此测量高电压，如图甲所示。电流互感器原线圈匝数比副线圈匝数少用来将大电流变成小电流，以此测量大电流，如图乙所示。四电能的输送远间隔 输电线路示意图如下图。远间隔 输电时，由于输电线路上存在电阻，根据电流热效应Q=I2Rt，总有一部分电能损失在输电线路上。减小线路上的电能损失，有两种方法：一是减小导线上的电阻；二是减小输电线上通过的电流。根据可知，通过减小输电线路的电流，可减少线路的能量损失，即采用高压输电，这是减少线路电能损失的有效方法。两个关系：输电过程的电压关系：输电过程的功率关系： 问题4、远间隔 输电原理的理解及运用：有条河流，流量，落差5m，现利用其发电，假设发电机总效率为50%，输出电压为240V，输电线总电阻R=30，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电需求，那么该输电线路所用理想的升压、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：将水流机械能转化为电能，实现远间隔 输电，应先确定电能的输出功率，再利用远间隔 输电示意图及规律求解。远间隔 输电示意图如下图，设水的密度为，电源输出功率由题意又，所以故升压变压器匝数比又因为所以正常发