专题11交流电路的分析与计算学案1

1、专题 11 交流电路的分析与计算1. 考点分析： 交流电路部分山于与工农业牛产和日常牛活紧密结合，在近儿年的髙考中考查的频度较高，重点考查 交流电有 效值、变压器的有关知识 .2. 考査类型说明： 考杳的形式多以难度屮等或屮等偏下的选择题、填空题出现，但也冇以计算题的形式出现 .3. 考查趋势预测： 交流电路的分析与计算考查的知识点主要是交流电的产纶、有效值与瞬时值的计算 . 要求能对正弦交 流电的函数 表达式、图彖表示法有疋确的理解，能利用函数关系式或图彖求解涉及交流电的“四值”问题 , 特别耍注意交流电四 值适川的场合 .变压器电路考杳的内容主要有两个方面：一是变压器原、副线圈电路屮的电流

2、、电压与电功率的求解 , 求解过程 屮注意相应的制约关系，同时对于动态变化过程的分析，可以借助于直流电路的动态分析方法， 结合原、副线圈中电 流、电压与功率的关系进行判断 . 二是应用变压器进行远距离输电的分析，对于远距离输电，关键在输电导线损耗功率的计算上，注意选用正确的求解公式 .【知识储备】1. 交流电的产生及变化规律（1）交流电的产生： 当线圈在匀强磁场中绕乖直于磁场方向的轴作匀速转动吋，线圈中产牛按正弦规律变化的交流电 . 中性而的特点：磁通量的变化率为零，但磁通量最大，每通过一次中性面，电流方向改变两次，一个 周期内 两次通过中性面 .（2）交流电的变化规律： 函数表示法：e =

3、sin血，E=nBSA. / = Z, sin , I m=E/R.如线圈的转速变化，影响交流电的角频率同时，对交流电的最大值也冇影响，其函数表示式为：凸斫 “sind. 图像表示法：为正弦函数图像 . （3）交流电的四值 瞬时值反映的是不同时刻交变电流大小和方向 . 如氛铮只冇在两端的电压值高于某一值时才能发光 , 若求其发光 时间，则应用瞬时值 . 最人值 与线圈的形状、转轴的位置无关，只要满足转轴方向与磁场方向垂直即可 . 在考虑电容器的 耐压值时用 最大值 . 平均值：由图彖的含义吋知，交变电流的平均值是交变电流图彖的波形与横轴所围图形的而积与时间的比值. 一般只研究刍内的平均值.在求

4、导休某段时问内通过的电量时，用平均值.因：八7 At, 7=-,4E = N,故 cAN?/ RFV2 rr 有效值：由电流的热效应定义 . 对于正弦式交变电流，有效值与最人值之间的关系为： E 有二卡，_U tnj 1 ”1u 阳正 ' I f在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率及确定保险丝的熔断电流时，用交流电的有效值. 交流电表测量的数值，用电器设备上所标的额定电压和额定电流的数值均为有效值 .2. 电感、电容对交流电的影响（1）电感有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的性质. 电感的阻碍作用主要是因为口感而引起的 .（2）电容冇“通交流、阻直流，能高频、阴低频”的性质. 电

5、容器的通断其实是电容器的不断充、放电过程.2.变压器（1）工 作原理：电磁感应的应用（2）理 想变压器的基本关系式理想变压器：磁通量全部集中在铁芯中（即无漏磁），变压器木身不消耗能量 .基木关系式： 只冇一组副线圈：电压关系： 导=?, 电流关系： T 诗, 功率关系：戶入 =" 出?2 2 2 1 有若 干组副 线圈：y计,治晋，/从"2U2+V3+几5- - K K/ “ =2n2 + *3 兀 3 + +K “ K ? 相互制约关系据A=-AA11 ：在匝数比一定时"由5决定.据2人2知：输入电流山输出电流决定.据P入二切知：n n 输入功率山输出功率决定

6、.3. 远距离输电（1 ）输电导线功率损失分析 输电导线上损失的功率：P 播二厂 R 而 f = TT u 输 由 P 损=%知，要减小电能在输电线上的损耗，可以有两种方法：A. 减小输电导线的电阻，如采用电阻率低的材料，加人导线的横截面积B. 提高输电电压，减小输电电流 ?因为这种方法对减小损失功率作用效果明显，所以通常采用此种方 法.（2） 远距离高压输电的电路模式如图所示 .远距离咼压输电的基木关系n/ 2 2 T4/?43(3)功率关系PfP, PfPKP 线,电压、电流关系?2-4)2R线电流、电压、电功率之问的关系式：户线二耳-卩3二丄尺线=/2?2 -"3 ） = U

7、2输电导线上损失的功率就减少到原來的1所以当输送的电功率一定时，输电电压增大到原來的倍/ /72.【典例分析】例题1 （07宁夏理综卷）一 ？正弦交流电的电压随时间变 化的规律如图所示由图可知A. 该交流电的电压瞬时值的表达式为i/=100sin （25t） VB. 该交流电的频率为25 HzC. 该交流电的电压的有效值为 100八2 VD.若将该交流电压加在阻值用 =100 Q的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W考点分析本题交流电的两种表达方式（函数表示法与图彖表示法），以及交流电有效值的求解解题思路 由图彖对知止弦交流电的周期 T = 0.04s则/=1 = 25, 60 = 2八=50

8、71,所以该交流电的电压瞬时值的表达式为 =100sin（50"）V, A不正确，B:确；该交流电的电压的有效值为詈二5oVlv,则C不正确；若将该交流电压加在阻值 Q。的电阻两端,则电阻消耗的功率为"罟二噜二站, 则!）正确，所以正确答案为 BD.答案：BD出相关的物理信息源上，电源电i- X A失分陷阱 图表信息的把握不到位，应该根据选项的信息，从图表中抽例题2（07.天津理综卷）将阻值为 5Q的电阻接到内阻不计的交流电 动势随时间变化的规律如图所示.卞列说法正确的是（）A. 电路中交变电流的频率为 0.25 HzB. 通过电阻的电流为血AC. 电阻消耗的电功率为2.

9、5 WD. 用交流电压表测得电阻两端的电压是5 V考点分析本题考查了交变电流的图像与交流电的有效值解题思路 从图中可以看出，电流的周期为s,所以频率为25Hz.电压的峰值为5V,所以通过电阻的 电流的峰值为1A,用交流电表测量的是电压和电流的有效值 .正弦交流电的有效值是峰值的返倍，所以D 2错谋.根据电功率的计算公式有? xA = 2.5W,所以C正确.2 2答案：C失分陷阱 在看图的时候，没看清时间单位而选 A ；对交流电压表的电量数值错误理解而选D,对交流电的电压值理解错误而选 B例题3? （06.四川理综卷）如图所示，理想变压器原、畐熾圈吨数之比为20 : 1,原线圈接正弦交流电，副线

10、圈接入 “220V, 60W”泡一只，H?灯泡正常发光.贝IJ（）2201200WA. 电流表的示数为铤AB. 电源输出功率为BIA22011VC. 电流表的示数为D. 原线圈端电压为考点分析本题考查了理想变压器的电流关系.电压关系和功率关系等知识.解题思路 灯泡正常发光，贝IJ副线圈的电流为Z.= -=3A/11,根据变压器的电流关系可得：人 =生，U / （） 5 原线圈中的电流7O=ML=3A/22O,即电流表的示数为丄 A,原线圈中电压为：？=a=4400V,电源4） 220 n3 的输出功率 4M=4400X =60W,故选择C.220失分陷阱 不能疋确理解变压器原、副线圈电路中的功

11、率关系例4. (06.江苏物理卷)如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关.P是滑动变阻器R的滑动触头，？为加在原线圈两端的交变电压，八 H分别为原线圈门 和副线圈中的电流.下列说法正确的是()YA.保持戶的位査及弘不变，S由方切换到自，贝忻上消耗的功率减U1 VB.保持尸的位置及弘不变，S由日切换到b,则减小C. 保持P的位置及弘不变，$由方切换到日，贝U人增大D. 保持/不变，S接在力端，将戶向上滑动，则7.减小考点分析 本题考杳了变压器电路的动态分析关系町知, A减小，解题思路Slb切换已吋，副线圈匝数增多，则输出电压仏增大，用消耗的功率增大，山变压器功率 其输入功率也增大，

12、故 Z增大，所以A错C对；S由日切换力时，副线圈匝数减少，则输出电压减小,对；P向上滑动时，斤减小， 仏増大,由电流与匝数的关系可知，/1增大，错.答案:BC 失分陷阱不能正确理解变压器原、副线圈电流、电压与功率的制约关系4(a)中电流表的读数为1. 2A ?图例5. (2005广东物理卷)钳形电流表的外形和结构如图4(a)所示？图4 (b)中用同一电缆线绕了3匝，则(A.这种电流表能测直流电流，图4 (b)的读数为2.4AB.这种电流表能测交流电流，图4 (b)的读数为0.4AC.这种电流衣能测交流电流，图4 (b)的读数为3.6AD.这种电流表既能测直流电流，乂能测交流电流，图4 (b)的

13、图 4 (b)读数为3. 6A图 4 (a)考点分析 木题考查了变压器变压原理的应川解题思路 由题意可知，钳形电流表利用了电磁感应原理，实际上是变压器，因此钳形电流表只能测交流电.由变压器的原理可知，因每匝线圈产住的感应电动势相同，故图4(b)的读数为3. 6A.答案：C失分陷阱 误用变压器的电流关系 Z比，而得出错误答案 B.例6. (07. 土海物理卷)如图所示，自耦变压器输入端畀、接交流稳压电源，其电压有效值？B=100V,局=400,当滑动片处于线圈中点位置时，C 两端电压的有效 A厂飞通过电阻允的电流有效值为S LLM fl In值弘为V,考点分析变压器原理及部分电路欧姆定律的应用A

14、.理想变压器的变压解题思路 因口耦变压器的原副线圈在一起，由题可知，原线圈的匝数为副线圈匝数的一半比为乞二彳，所以（/D二2 （/4/?= 200 V.根据部分电路欧姆定律有/=Q=200V=5AU2 n2R（） 400答案：200, 5失分陷阱 将口耦变压器的副线圈的上半部分当做直线而得出错误的电压和电流例7.（06.上海物理卷）如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数分别为 巾和，当负载电阻斤中流过的电流为/时，原线圈屮流过的电流为 ；现减小负载电阻斤的阻值，贝U变压器的输入功率将 （填“增人”、“减 小”或“不变”）考点分析 考查变压器电压比和电流比的应用及动态分析解题思路 由变压器的电流比可知，A =故/严生/,由题意知原线圈的电压不变，由 P?产吐I n anR和P = P2可知,斤减小时,则P = P均增大. 失分陷阱误以为减小负载的电阻，即减小负载的功率，得出变压器的输入功率将变小的结论例8. （06广东物理卷）某发电站的输出功率为104kW,输岀电压为4kV,通过理想变压器升压rilHj 80km远处供电.已知输电导线的电阻率为 p = 2.4x10-8Q-/77 ,导线横截面积为1.5x107代，输电线路损失的功率为输出功率