（课标版5年高考3年模拟A版）物理总复习专题十二交变电流课件.pptx

1、专题十二交变电流,高考物理（课标专用）,考点一交变电流的产生及描述,考点清单,考向基础 1.交变电流 大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流。如图(a)、(b)、(c)、(d)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,如图(a)所示。,2.正弦式交变电流的产生和变化规律 (1)产生:在匀强磁场里,绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈里产生的是正弦式交变电流。 (2)规律 a.函数形式:若N匝面积为S的线圈以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,磁感应强度为B,从中性面开始计时,其函数形式为e=NBS sin t,用Em=NBS表示电动势的最大值,则有e=Em si

2、n t。其电流大小为i= sin t=Im sin t。 b.图像:用以描述正弦交流电电流随时间变化的规律,如图(a)所示。 3.表征交变电流的物理量 (1)瞬时值:交变电流某一时刻的值。,(2)最大值:即最大的瞬时值。 (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有效值。 (4)周期和频率:交变电流完成一次周期性变化所用的时间叫周期;1 s内完成周期性变化的次数叫频率。它们和角速度间的关系为=2f。,考向突破,考向一交变电流的产生 正弦式交变电流磁通量和电动势的关系,例1(2014天津理综,7,6分)如图1所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线

3、垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图像如图2中曲线a、b所示,则(),A.两次t=0时刻线圈平面均与中性面重合 B.曲线a、b对应的线圈转速之比为23 C.曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V,解析由图2知t=0时两次转动产生的瞬时电动势都等于零,故A正确。由图2知两次转动所产生的交变电动势的周期之比TaTb=23,再由周期与转速的关系n=得nan b=32,故B错误。因Ta=410-2 s,故fa= 25 Hz,C正确。因Ema=15 V,而Em=NBS=,故Emb=Ema=10 V,Eb= =5 V,D错误。,答案AC,考向二交变电流的描述 一

4、、正弦式交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较,二、有效值和平均值的计算 1.有效值 (1)各种交流电器设备上所标的额定电压和额定电流,一般交变电流表、电压表测量的值均为有效值。 (2)求电功、电功率、焦耳热以及确定保险丝的熔断电流等物理量时,要用有效值计算。 (3)有效值的计算方法 正弦式交变电流的有效值U=Um; 非正弦式交变电流的有效值由有效值定义计算。,例2(2014课标,21,6分)如图,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源,一个二极管和 阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流

5、电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd,则() A.UabUcd=n1n2 B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小 C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大 D.将二极管短路,电流表的读数加倍,解析a、b端的电压为正弦式交变电压,故电压表测得的电压Uab=。副线圈两端电压也为正弦式交变电压,但由于二极管的单向导电 特性,从而使c、d两端的电压成为脉动直流电,由有效值定义可得T= ,即Ucd=,故UabUcd=n1n2,A错误。因R增大时 消耗的功率P=减小,原线圈输入功率减小,故U1不变时I1减小,B正 确。由UabUcd=n1n2可知Ucd与负载的阻值无关,C错误。

6、将二极管 短路时R两端电压成为正弦式交变电压,其有效值Ucd=,故此时R消耗的功率P=为原来的2倍,原线圈中的电流也变为原来的2倍,故D正确。,答案BD,2.平均值 (1)求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值。 q=t,= (2)的计算:=n;=BL(导体切割磁感线),其中=(s为切割部 分的位移)。,例3如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度匀速转动,外电路电阻为R,当线圈由图示位置转过60的过程中,下列判断正确的是() A.电压表的读数为 B.通过电阻R的电荷量为q= C.电阻R所产生的焦耳热为Q= D.当线圈由图示位

7、置转过60时的电流为,解析线圈在磁场中转动产生了正弦式电流,其电动势的最大值Em=NBS,电动势的有效值E=,电压表的读数等于交流电路路端电压, 且为有效值,则U=R,A错误;求通过电阻R的电荷量要用交流 电的平均电流求,则q=t=,故B正确;电阻 R产生的热量应该用有效值来计算,线圈由图示位置转过90过程中,电阻R产生的热量为R=,故C错误;线圈由图示 位置转过60时的电流为瞬时值,则符合瞬时值的表达式为i= sin t=sin=,故D错误。,答案B,考点二变压器、电能的输送,考向基础 一、电阻、感抗与容抗,二、变压器及其原理 1.主要构造:原线圈、副线圈和闭合铁芯。 常见变压器的模型与符号

8、如图甲、乙所示。 甲,乙 注:与电源相连的为原线圈,其余则为副线圈。 2.工作原理:根据电磁感应原理来改变交流电压。 3.理想变压器:不考虑铜损、铁损和漏磁的变压器,即它的输入功率和输出功率相等。 4.几种常用的变压器 a.自耦变压器调压变压器。,b.互感器。,考向突破,考向一变压器 理想变压器各量间的基本关系 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)电压跟匝数的关系:=。 (2)功率关系:P输入=P输出。 (3)电流跟匝数的关系:原、副线圈各有一个时,=。 根据以上关系有 匝数比一定时,U2由U1决定。 匝数比一定时,输入电流由输出电流决定。,输

9、入功率由输出功率决定。 增加负载是增加用户,总电阻减小,而增加负载电阻是总电阻增加。,说明原、副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原、副线圈各有一个的情况,一旦有多个副线圈时,反比关系就不适用了,可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出 U1I1= U2I2+ U3I3+U4I4+ 再根据U2= U1,U3=U1,U4=U1可得出 n1I1=n2I2+ n3I3+ n4I4+,例1(2017河北唐山一模,16)一含有理想变压器的电路如图所示,变压器原、副线圈匝数比n1n2=21,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别是 4、2 和3 ,正弦交流电源的电压有效值恒为U。当开关S断开时,理想电流表的示

10、数为I,当S闭合时,电流表的示数为() A.IB.IC.ID.2I,解题导引,解析设S闭合时,电流表示数为I,对理想变压器有P入=P出,=,则开 关闭合时有IU-I2R1=(2I)2R2,开关断开时有IU-I2R1=(2I)2(R2+R3),两式联立解得I=2I,故D项正确。,答案D,考向二电能的输送 1.高压输电原因 为减少输电线路上的电能损失,常采用高压输电,这是因为输送功率一定时,线路电流I=,输电线上损失的功率P损=I2R线=,可知P损 。 2.“线损”中U的含义 输电线上的功率损失P损=UI、P损=R、P损=中的“U”是指同一 电压吗? a.P损=UI、P损=中,U是指输电线上损失的

11、电压,相当于U或U线,所以,此公式可写为P损=UI=U线I、P损=。 b.P损=R,U是指输送的总电压,即从发电站发出后,经过变压器升高 后的电压。 c.注意三个公式中U的不同,切记不要混淆。 3.输电过程的电压关系,4.输电过程功率的关系,例2(2014浙江理综,15,6分)如图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,流入用户端的电流为I2。则() A.用户端的电压为 B.输电线上的电压降为U C.理想变压器的输入功率为r D.输电线路上损失的电功率为I1U,解析

12、由理想变压器输入、输出功率相等可知P1=P2,即U1I1=U2I2,U2=,A正确。输电线上的电压降为U=U-U1,B错。理想变压器的输入 功率P=U1I1=UI1-r,C错。输电线路上损失的电功率为P=r=I1U-I1U1, D错。,答案A,方法理想变压器的动态分析 理想变压器的几个因果关系。 当理想变压器原副线圈的匝数比不变时,如图所示,各量相互关系如下: (1)输入电压U1决定输出电压U2。这是因为输出电压U2=U1,当U1不变,方法技巧,时,不论负载电阻R变化与否,U2都不会改变。 (2)输出电流I2决定输入电流I1,在输入电压U1一定的情况下,输出电压U2也被确定。当负载电阻R增大时

13、,I2减小,则I1相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,则I1相应增大。因此在使用变压器时,不能使变压器副线圈短路。 (3)输出功率P2决定输入功率P1,理想变压器的输入功率与输出功率相等,即P1=P2。在输入电压U1一定的情况下,当负载电阻R增大时,I2减小,则变压器输出功率P2=I2U2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P2=I2U2增大,则输入功率P1也将增大。 利用上述因果关系,可解决变压器动态变化问题。,注意变压器只能改变交流电压,若原线圈加直流电压,则副线圈输出电压为零,并且由于线圈对直流电无感抗,而使电流很大(相当于短路)易损坏直流电源。 对“日”字形铁芯的变压器 ,因为穿过原副线圈的磁通量的 变化率不等。,例图中B为理想变压器,接在交变电压有效值保持不变的电源上。指示灯L1和L2完全相同(其阻值均恒定不变),R是一个定值电阻,电压表、电