高考物理专题十八

1、专题十八交变电流(加试),考点基础自清,考点互动探究,内容索引,考点基础自清,一、交变电流 1.定义 大小和 都随时间做周期性变化的电流. 2.常见类型： 如图1甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流.其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，简称正弦交流电，如图甲所示.,答案,图1,方向,3.正弦交流电的产生和图象 (1)产生：如图2所示，在匀强磁场中，线圈绕 方向的轴匀速转动时，可产生正弦式交变电流. (2)中性面及其特点： 定义：与磁场方向 的平面. 特点： a.线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量 ，磁通量的变化率为 ，感应电动势为 . b.线圈转动一周， 经过中性面，线圈每经过中性面一次

2、，电流的方向就改变一次.,答案,图2,垂直于,磁场,垂直,最大,零,零,两次,(3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为 曲线，如图3所示.,答案,图3,正弦函数,答案,二、描述交变电流的物理量,1.周期和频率 (1)周期(T)：交变电流完成 变化(线圈转一周)所需的时间， 单位是秒(s)，公式T . (2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的 .单位是赫兹(Hz). (3)周期和频率的关系：T 或f .,一次周期性,次数,有效值.对正弦式交变电流，其有效值和峰值的关系为：E ，U,2.交变电流的瞬时值、峰值、有效值 (1)瞬时值：交变电流某一

3、时刻的值，是时间的函数. (2)峰值：交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值，也叫最大值. (3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的,答案, ，I .,1.电感器对交变电流的阻碍作用 (1)线圈的自感系数越大，交流的频率越高，对交变电流的阻碍作用越 . (2)电感器的应用,答案,三、电感和电容对交变电流的影响,大,较小,较小,直,交,低,高,2.电容器对交变电流的阻碍作用 (1)电容器的电容越大，交流的频率越高，对交变电流的阻碍作用越 . (2)作用：“通 流，隔 流；通 频，阻 频”.,答案,小,交,直,高,低,(1)原线圈：与交流电源连接的线圈，也叫 线圈

4、. (2)副线圈：与负载连接的线圈，也叫 线圈.,答案,四、理想变压器,1.构造 如图4所示，变压器是由 和绕在铁芯上的两个线圈组成的.,图4,闭合铁芯,初级,次级,2.原理 电流的磁效应、 . 3.基本关系式及制约关系 (1)功率关系： .,答案,电磁感应,P入P出,五、电能的输送 1.输电过程(如图5所示),答案,图5,2.电压损失 (1)UUU.(2)U .,IR,3.功率损失 (1)PPP.,答案,I2R,4.输送电流,1.(多选)图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是(),解析,1,2,3,4,5,加试基础练,解析选项C情况下，穿过线圈的磁通

5、量始终为零，不能产生正弦式交变电流，而A、B、D情况均可产生.,2.(多选)某小型发电机产生的交变电动势为e50sin 100t(V).对此电动势，下列表述正确的是(),1,2,3,4,5,解析,1,2,3,4,5,解析从中性面开始计时，交变电动势的表达式为eEmsin t，因e50sin 100t(V)，所以最大值Em50 V，A错误； 由2f100 rad/s得f50 Hz，B错误；,3.(多选)(2016杭州市月考)如图6所示的实验电路中，若交流电压的有效值与直流电压相等，S为双刀双掷开关，下列叙述中正确的是(),图6,A.当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗 B.当S掷向a、b时

6、灯较暗，掷向c、d时灯较亮 C.S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出来时灯变亮 D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时灯变暗,1,2,3,4,5,解析,解析线圈对恒定电流几乎无阻碍作用，对交变电流自感系数越大，频率越高，阻碍作用越大.,图7,4.(多选)如图7所示，理想变压器原、副线圈匝数比为21，电池和交变电源的电动势都为6 V，内阻均不计.下列说法正确的是(),A.S与a接通的瞬间，R中无感应电流 B.S与a接通稳定后，R中无感应电流 C.S与b接通稳定后，R两端的电压为3 V D.S与b接通稳定后，原、副线圈中电流的频率之比为21,1,2,3,4,5,解析,1,2,3,4,5,解

7、析变压器只能改变交流电的电压，在开关S刚接通a时，R中有感应电流，但电路稳定后则无感应电流，故A错误，B正确.,当开关S接通b稳定后，R上的电压U2 U13 V，原、副线圈中电流的频率相等，故D错误，C正确.,1,2,3,4,5,5.输电线的电阻共计为r，输送的电功率为P，用电压U送电，则用户能得到的电功率为(),解析,返回,考点互动探究,1.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较,2.有效值的计算方法,(2)非正弦式交流电的有效值：根据电流的热效应进行计算.,例1如图8所示，N50 匝的矩形线圈abcd，ab边长l120 cm，ad边长l225 cm，放在磁感应强度B0.4 T的匀强磁

8、场中，外力使线圈绕垂直于磁感线的固定轴OO以n3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r1 ，外电路电阻R9 ，t0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里.求：,图8,(1)t0时感应电流的方向；,解析根据右手定则，线圈中感应电流的方向为adcba.,答案感应电流方向沿adcba,解析答案,(2)感应电动势的瞬时值表达式；,解析答案,解析线圈的角速度 2n100 rad/s 图示位置的感应电动势最大，其大小为EmNBl1l2 代入数据得Em314 V 感应电动势的瞬时值表达式为 eEmcos t314cos (100t) V. 答案e314cos (100t) V,(3

9、)线圈转一圈外力做的功.,解析答案,解析电动势的有效值,线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即,代入数据得W98.6 J.,答案98.6 J,书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 (1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式EmnBS求出相应峰值. (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式. 若线圈从中性面位置开始计时，则it图象为正弦函数图象，函数式为iImsin t. 若线圈从垂直中性面位置开始计时，则it图象为余弦函数图象，函数式为iImcos t.,规律总结,1.(2016东阳市联考)如图9所示，为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是(),A.

10、线圈每转动一周，指针左右摆动两次 B.图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C.图示位置ab边的感应电流方向为ab D.线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零,解析,1,2,3,4,图9,变式题组,解析线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错； 线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为ab，故C对； 线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的

11、变化率最大，B、D错误.,1,2,3,4,2.小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图10所示.矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压(),图10,解析,1,2,3,4,1,2,3,4,解析矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以发电机的电动势峰值为2Ne0，A、B错误；,A.用电压表测该电压其示数为50 V B.该交流电压的周期为0.02 s C.将该电压加在“100 V100 W”的灯泡两端，灯泡的实际功率小于 100 W,解析,1

12、,2,3,4,解析电压有效值为100 V，故用电压表测该电压其示数为100 V，A项错误；,1,2,3,4,该电压加在“100 V100 W”的灯泡两端，灯泡恰好正常工作，C项错；,4.(2016丽水一模)交流发电机线圈电阻r1 ，用电器电阻R9 ，电压表示数为9 V，如图11所示，那么该交流发电机(),A.电动势的峰值为10 V B.电动势的有效值为9 V C.交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为 D.交流发电机线圈自中性面转过90的过程中的平均感 应电动势为,1,2,3,4,图11,解析,1,2,3,4,1.基本关系式中物理量之间的决定关系,2.理想变压器的动态分析,常见的理想变压器

13、的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况. (1)匝数比不变的情况(如图12甲所示),图12,当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化. I2变化引起P2变化，P1P2，故P1发生变化.,(2)负载电阻不变的情况(如图乙所示),图12,3.远距离输电问题 (1)远距离输电示意图(如图13所示),图13,(2)减少输电电能损失的两种方法 理论依据：P损I线2R线.,减小输电线的电阻：根据电阻定律R ，要减小输电线的电阻R，在保证输电距离的情况下，可采用减小材料的电阻率、增大导线的横截面积等方法. 减小输电导线中的电流：在输电功率一定的情况下，根据PUI

14、，要减小电流，必须提高电压. (3)输电线路功率损失的计算方法 P损PP，P为输送的功率，P为用户所得功率. P损I线2R线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻. P损 ，U为在输电线路上损失的电压，R线为线路电阻. P损UI线，U为在输电线路上损失的电压，I线为输电线路上的电流.,解析,例2(多选)(2015浙江9月选考样题)理想变压器原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t变化的规律如图14所示，原、副线圈匝数比 100，副线圈只接入一个R10 的电阻，则(),图14,A.与电阻R并联的电压表示数为3.11 V B.流过电阻R的电流最大值为0.311 A C.变压器的输入功率为0.

15、484 W D.一个周期内，电阻R上产生的热量为9.68103 J,变压器的输入功率等于输出功率，即P入P出U2I20.484 W，故选项C正确；,规律总结,关于理想变压器的四点说明 1.变压器不能改变直流电压. 2.变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率. 3.理想变压器本身不消耗能量. 4.理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值.,5.(多选)如图15所示，理想变压器的原线圈接交流电源，副线圈接阻值为R的负载电阻.若与原线圈连接的电压表V1的示数为U1，与副线圈连接的电压表V2的示数为U2，且U2U1，则以下判断中正确的是(),A.该变压器输入电流与输出

16、电流之比为U1U2 B.该变压器输入功率与输出功率之比为U2U1,解析,5,6,变式题组,图15,7,5,6,7,6.(2014浙江理综15)如图16所示为远距离交流输电的简化电路图.发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流是I2.则(),图16,C.理想变压器的输入功率为I12r D.输电线路上损失的电功率为I1U,解析,5,6,7,输电线上的电压降UI1rUU1，选项B错误； 变压器的输入功率P1I1UI12rI1U1，选项C错误； 输电线路上损失的功率PI12rI1(UU1)，选项D错误.,5,6,7,7.图17甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n241，电阻R20 ，L1