高考物理总复习 第10章 交变电流课件1

考纲要求知 识 内 容 考 试 要 求 备 考 方 略必 考 加 试交 变 电 流 c 本 章 内 容 只 出 现 在 选 考 中 ， 考 查 重点 有 ： 交 变 电 流 的 有 效 值 、 瞬 时 值 ，变 压 器 的 原 理 及 应 用 ， 远 距 离 输 电等 知 识 。 其 中 针 对 变 压 器 的 原 理 及应 用 的 题 目 出 现 频 率 较 高 ， 常 以 选择 题 的 形 式 考 查 。 也 可 能 与 电 磁 感应 知 识 结 合 出 现 在 计 算 题 中 。描 述 交 变 电 流 的物 理 量 c电 感 和 电 容 对 交变 电 流 的 影 响 b变 压 器 c电 能 的 输 送 c 基 础 过 关 一 、 交 变 电 流 产 生1.交变电流(1)定 义 ： _和 _都 随 时 间 做 周 期 性 变 化 的 电 流 。(2)图 象 ： 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 。考 点 一 交 变 电 流 的 产 生 及 描 述 ( /c)大 小 方 向 2.正 弦 交 变 电 流 的 产 生 和 图 象(1)产 生 ： 在 匀 强 磁 场 里 ， 线 圈 绕 _方 向 的 轴 匀 速转 动 。(2)图 象 ： 用 以 描 述 交 变 电 流 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 正 弦 曲 线 。 如 图 (e)、 (f)、 (g)所 示 。垂 直 于 磁 场 二 、 交 变 电 流 的 描 述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 (H z)。(3)周 期 和 频 率 的 关 系 ： T 或 f 。一 次 周 期 性 次 数_ _ 2.正 弦 式 交 变 电 流 的 函 数 表 达 式 (线 圈 在 中 性 面 位 置 开 始 计 时 )(1)电 动 势 e随 时 间 变 化 的 规 律 ： e _。(2)负 载 两 端 的 电 压 u随 时 间 变 化 的 规 律 ： u _。(3)电 流 i随 时 间 变 化 的 规 律 ： i _。 其 中 等 于 线 圈 转动 的 _， Em _。 Emsin t Umsin tImsin t角 速 度 nBS 3.交 变 电 流 的 瞬 时 值 、 峰 值 、 有 效 值(1)瞬 时 值 ： 交 变 电 流 某 一 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 有 效 值 。 对 正 弦 式 交 变 电 流 ， 其 有 效 值 和 峰 值 的 关 系 为 ：E ， U ， I 。_ _ _ 【 过 关 演 练 】1.阻 值 不 计 的 矩 形 线 圈 在 匀 强 磁 场 中 ， 绕 垂直 于 磁 感 线 的 轴 匀 速 转 动 ， 线 圈 两 端 的 电压 随 时 间 的 变 化 规 律 如 图 所 示 。 下 列 说 法中 ， 正 确 的 是 ( )A.线 圈 两 端 电 压 的 平 均 值 为 10 VB.电 压 表 连 接 在 线 圈 两 端 时 ， 其 示 数 为 20 VC.在 0.01 s时 ， 线 圈 平 面 与 磁 场 垂 直D.当 接 外 电 路 时 ， 线 圈 内 的 电 流 方 向 1 s内 改 变 50 次 答 案 C 2.(2016浙 江 余 杭 期 末 )一 个 白 炽 灯 泡 上 标 有 “ 220 V 40 W” ，那 么 为 了 使 它 正 常 发 光 ， 所 使 用 的 正 弦 交 变 电 压 是 ( )A.电 压 最 大 值 为 220 V， 电 流 最 大 值 约 为 0.18 AB.电 压 最 大 值 为 311 V， 电 流 最 大 值 约 为 0.26 AC.电 压 有 效 值 为 220 V， 电 流 有 效 值 约 为 0.26 AD.电 压 有 效 值 为 311 V， 电 流 有 效 值 约 为 0.18 A 答 案 B 2.解 决 交 变 电 流 图 象 问 题 的 三 点 注 意(1)只 有 当 线 圈 从 中 性 面 位 置 开 始 计 时 ， 电 流 的 瞬 时 值 表 达 式 才是 正 弦 形 式 ， 其 变 化 规 律 与 线 圈 的 形 状 及 转 动 轴 处 于 线 圈 平 面内 的 位 置 无 关 。(2)注 意 峰 值 公 式 Em nBS中 的 S为 有 效 面 积 。(3)在 解 决 有 关 交 变 电 流 的 图 象 问 题 时 ， 应 先 把 交 变 电 流 的 图 象与 线 圈 的 转 动 位 置 对 应 起 来 ， 再 根 据 特 殊 位 置 求 特 征 解 。 【 例 1】 如 图 甲 所 示 ， 矩 形 线 圈 abcd在 匀 强 磁 场 中 逆 时 针 匀 速 转动 时 ， 线 圈 中 产 生 的 交 变 电 流 如 图 乙 所 示 ， 设 沿 abcda方 向 为 电流 正 方 向 ， 则 ( )A.乙 图 中 Oa时 间 段 对 应 甲 图 中 A至 B图 的 过 程B.乙 图 中 c时 刻 对 应 甲 图 中 的 C图C.若 乙 图 中 d等 于 0.02 s， 则 1 s内 电 流 的 方 向 改 变 了 50次 D.若 乙 图 中 b等 于 0.02 s， 则 交 流 电 的 频 率 为 50 H z 答 案 A 要 点 二 交 变 电 流 的 瞬 时 值 、 峰 值 、 有 效 值 和 平 均 值 的 比 较物 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 从 中 性 面 开 始 计 时e Emsinti Imsint 计 算 线 圈 某 时 刻 的受 力 情 况峰 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 的 值 (只 适 用 于 正 弦式 交 变 电 流 ) (1)计 算 与 电 流 的 热 效 应有 关 的 量 (如 电 功 、 电 功率 、 电 热 等 )(2)电 气 设 备 “ 铭 牌 ” 上所 标 的 一 般 是 指 有 效 值(3)保 险 丝 的 熔 断 电 流 为有 效 值(4)交 流 电 压 表 和 电 流 表的 读 数 为 有 效 值 答 案 C 答 案 B 答 案 B 2.线 框 在 匀 强 磁 场 中 绕 OO轴 匀 速 转 动 (由 上 向 下 看 是 逆 时 针 方 向 )，当 转 到 如 图 所 示 位 置 时 ， 磁 通 量 和 感 应 电 动 势 大 小 的 变 化 情 况是 ( )A.磁 通 量 和 感 应 电 动 势 都 在 变 大B.磁 通 量 和 感 应 电 动 势 都 在 变 小C.磁 通 量 在 变 小 ， 感 应 电 动 势 在 变 大D.磁 通 量 在 变 大 ， 感 应 电 动 势 在 变 小解析由题图可知， mcos ，eEmsin ，所以磁通量变大，感应电动势变小。答 案 D 答 案 CD 4.一 矩 形 线 框 在 匀 强 磁 场 内 绕 垂 直 于 磁 场 的 轴 匀 速 转 动 的 过 程 中 ，线 框 输 出 的 交 流 电 压 随 时 间 变 化 的 图 象 如 图 所 示 ， 下 列 说 法 中正 确 的 是 ( )A.t 0时 刻 线 框 平 面 与 磁 场 平 行B.交 流 电 压 的 频 率 为 4 H zC.1 s末 线 框 平 面 垂 直 于 磁 场 ， 通 过 线 框 的 磁 通 量 变 化 最 快 D.2 s末 线 框 平 面 垂 直 于 磁 场 ， 通 过 线 框 的 磁 通 量 最 大 答 案 D 5.如 图 所 示 ， 匀 强 磁 场 的 磁 感 应 强 度 B0.5 T， 边 长 L 10 cm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 2 rad/s， 外 电 路 电 阻 R 4 。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 时 感应 电 动 势 ；(3)由 图 示 位 置 转 过 60 角 的 过 程 中 产 生 的 平 均 感 应 电 动 势 ； (4)交 流 电 压 表 的 示 数 。 答 案 (1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.60 V (4)1.78 V 1.电 感 器 对 交 变 电 流 的 阻 碍 作 用(1)感 抗 ： 电 感 器 对 交 变 电 流 _作 用 的 大 小 。(2)影 响 因 素 ： 线 圈 的 自 感 系 数 越 _， 交 流 的 频 率 越 _， 感 抗 越 大 。(3)感 抗 的 应 用 考 点 二 电 感 和 电 容 对 交 变 电 流 的 影 响 ( /b)阻 碍 大 高 类 型区 别 低 频 扼 流 圈 高 频 扼 流 圈自 感 系 数 较 大 _感 抗 大 小 较 大 _作 用 通 _流 、 阻 _流 通 _频 、 阻 _频较 小较 小 直 交 低 高 2.电 容 器 对 交 变 电 流 的 阻 碍 作 用(1)容 抗 ： 电 容 器 对 交 变 电 流 阻 碍 作 用 的 大 小 。(2)影 响 因 素 ： 电 容 器 的 电 容 越 _， 交 流 的 频 率 越 _， 容 抗越 小 。(3)作 用 ： “ 通 _流 ， 隔 _流 ； 通 _频 ， 阻 _频 ” 。大 高交 直 高 低 【 过 关 演 练 】1.交 变 电 流 通 过 一 段 长 直 导 线 时 ， 电 流 为 I， 如 果 把 这 根 长 直 导 线绕 成 线 圈 ， 接 入 原 电 路 ， 通 过 线 圈 的 电 流 为 I， 则 ( )A.II B.II1I3C.I3I1I2 D.I1I2I3 解 析 电 感 线 圈 的 特 点 是 通 低 频 阻 高 频 ， 电 容 器 的 特 点 是 通 高 频阻 低 频 ， 所 以 当 频 率 减 小 时 通 过 线 圈 的 电 流 增 大 ， 通 过 电 容 器 的电 流 减 小 ， 而 通 过 电 阻 的 电 流 不 变 ， 故 B正 确 。答案B 基 础 过 关 1.构 造 ： 如 图 所 示 ， 变 压 器 是 由 _和 绕 在 铁 芯 上 的_组 成 的 。(1)原 线 圈 ： 与 交 流 电 源 连 接 的 线 圈 ， 也 叫 _线 圈 。(2)副 线 圈 ： 与 _连 接 的 线 圈 ， 也 叫 _线 圈 。考 点 三 变 压 器 ( /c)闭 合 铁 芯两 个 线 圈 初 级负 载 次 级 2.原 理 ： 电 流 磁 效 应 、 _。3.基本关系式(1)功 率 关 系 ： _。(2)电 压 关 系 ： 。(3)电 流 关 系 ： 只 有 一 个 副 线 圈 时 。(4)频 率 关 系 ： f入 f出 。 电 磁 感 应P入 P出_ 高 电 压 低 电 压大 电 流 小 电 流 【 过 关 演 练 】1.(多 选 )如 图 所 示 ， 将 额 定 电 压 为 60 V 的 用 电 器 通 过 一 理 想 变 压器 接 在 正 弦 交 变 电 源 上 。 闭 合 开 关 S后 ， 用 电 器 正 常 工 作 ， 交 流电 压 表 和 交 流 电 流 表 (均 为 理 想 电 表 )的 示 数 分 别 为 220 V和 2.2 A。以 下 判 断 正 确 的 是 ( )A.变 压 器 输 入 功 率 为 484 WB.通 过 原 线 圈 的 电 流 的 有 效 值 为 0.6 AC.通 过 副 线 圈 的 电 流 的 最 大 值 为 2.2 AD.变 压 器 原 、 副 线 圈 匝 数 比 n 1 n2 11 3 答 案 BD 答 案 BCD 要 点 突 破 要 点 一 变 压 器 原 理变 压 器 是 利 用 电 磁 感 应 原 理 制 成 的 电 学 设 备 ， 变 压 器 只 能 用 来改 变 交 变 电 流 的 电 压 ， 不 能 改 变 恒 定 电 流 的 电 压 。 【 例 1】 如 图 所 示 ， 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 的 匝 数 比 为 n1 n24 1， 当 导 体 棒 在 匀 强 磁 场 中 向 左 做 匀 速 直 线 运 动 切 割 磁 感 线时 ， 电 流 表 A1的 示 数 是 12 mA， 则 电 流 表 A2的 示 数 为 ( )A.3 mA B.0 mAC.48 mA D.与 负 载 R的 值 有 关 解 析 本 题 考 查 了 变 压 器 的 工 作 原 理 。 关 键 要 清 楚 交 流 电 能 通过 变 压 器 ， 而 恒 定 电 流 不 能 通 过 变 压 器 。 导 体 棒 向 左 匀 速 切 割磁 感 线 时 ， 在 线 圈 n1中 通 过 的 是 恒 定 电 流 ， 不 能 引 起 穿 过 线 圈n2的 磁 通 量 变 化 ， 在 副 线 圈 n2上 无 感 应 电 动 势 出 现 ， 所 以 A2中无 电 流 通 过 。答案B 要 点 二 变 压 器 动 态 电 路 分 析1.基 本 关 系 式 中 物 理 量 之 间 的 决 定 关 系 3.分 析 该 类 问 题 的 一 般 思 维 流 程 【 例 2】 (多 选 )如 图 甲 所 示 ， 某 理 想 变 压 器 的 原 、 副 线 圈 的 匝 数均 可 调 节 ， 原 线 圈 两 端 电 压 为 一 峰 值 不 变 的 正 弦 交 变 电 压 ， 副线 圈 接 一 可 变 电 阻 R。 在 其 他 条 件 不 变 的 情 况 下 ， 为 使 变 压 器输 入 功 率 增 大 ， 下 列 措 施 正 确 的 是 ( )A.仅 增 加 原 线 圈 匝 数 n 1 B.仅 增 加 副 线 圈 匝 数 n2C.仅 减 小 电 阻 R的 阻 值 D.仅 增 大 电 阻 R的 阻 值 答 案 BC 精 练 题 组 1.(多 选 )如 图 所 示 ， 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 匝 数 比 为 2 1， 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两 端 的 电 压 为 0C.S与 b接 通 稳 定 后 ， R两 端 的 电 压 为 3 VD.S与 b接 通 稳 定 后 ， 原 、 副 线 圈 中 电 流 的 频 率 之 比 为 2 1 解 析 S与 a接 通 的 瞬 间 ， 副 线 圈 有 瞬 间 的 感 应 电 流 ， A错 误 ； S与a接 通 稳 定 后 ， 理 想 变 压 器 的 原 线 圈 电 流 稳 定 不 变 ， 副 线 圈 电 压 为零 ， B正 确 ； S与 b接 通 稳 定 后 ， 根 据 U1 U2 n1 n2， 可 得 R两 端的 电 压 为 3 V， C正 确 ； 原 、 副 线 圈 的 频 率 相 同 ， D错 误 。答 案 BC 2.如 图 所 示 ， 理 想 变 压 器 原 线 圈 的 匝 数 为 n1， 副 线 圈 的 匝 数 为 n2，原 线 圈 的 两 端 a、 b接 正 弦 交 流 电 源 ， 电 压 表 V的 示 数 为 220 V，负 载 电 阻 R 44 ， 电 流 表 A1的 示 数 为 0.2 A。 下 列 判 断 正 确 的是 ( )A.原 线 圈 和 副 线 圈 的 匝 数 比 为 2 1B.原 线 圈 和 副 线 圈 的 匝 数 比 为 5 1C.电 流 表 A2的 示 数 为 0.1 AD.电 流 表 A 2的 示 数 为 0.4 A 答 案 B 3.一 自 耦 变 压 器 如 图 所 示 ， 环 形 铁 芯 上 只 绕 有 一 个 线 圈 ， 将 其 接在 a、 b间 作 为 原 线 圈 。 通 过 滑 动 触 头 取 该 线 圈 的 一 部 分 ， 接 在 c、d间 作 为 副 线 圈 ， 在 a、 b间 输 入 电 压 为 U1的 交 变 电 流 时 ， c、 d间的 输 出 电 压 为 U2， 在 将 滑 动 触 头 从 M点 顺 时 针 转 到 N点 的 过 程 中( )A.U 2U1， U2降 低 B.U2U1， U2升 高C.U2U1， U2降 低 D.U2U1， U2升 高 答 案 C 4.用 一 理 想 变 压 器 向 一 负 载 R供 电 ， 如 图 所 示 ， 当 增 大 负 载 电 阻 R时 ， 原 线 圈 中 的 电 流 I1和 副 线 圈 中 的 电 流 I2之 间 的 变 化 关 系 是 ( )A.I 2增 大 ， I1也 增 大 B.I2增 大 ， I1却 减 小C.I2减 小 ， I1也 减 小 D.I2减 小 ， I1却 增 大 答 案 C 5.(多 选 )如 图 所 示 ， 理 想 变 压 器 的 原 线 圈 连 接 一 只 理 想 交 流 电 流 表 ，副 线 圈 匝 数 可 以 通 过 滑 动 触 头 Q来 调 节 ， 在 副 线 圈 两 端 连 接 了定 值 电 阻 R0和 滑 动 变 阻 器 R， P为 滑 动 变 阻 器 的 滑 片 。 在 原 线 圈上 加 一 电 压 为 U的 正 弦 交 流 电 ， 则 ( )A.保 持 Q的 位 置 不 动 ， 将 P向 上 滑 动 时 ， 电 流 表 读 数 变 大B.保 持 Q的 位 置 不 动 ， 将 P向 上 滑 动 时 ， 电 流 表 读 数 变 小 C.保 持 P的 位 置 不 动 ， 将 Q向 上 滑 动 时 ， 电 流 表 读 数 变 大D.保 持 P的 位 置 不 动 ， 将 Q向 上 滑 动 时 ， 电 流 表 读 数 变 小 答 案 BC 【 方 法 总 结 】关 于 理 想 变 压 器 的 四 要 点 ：(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。 基 础 过 关 1.输 电 过 程 (如 图 所 示 )2.输电导线上的能量损失：主 要 是 由 输 电 线 的 电 阻 发 热 产 生 的 ，表 达 式 为 Q _。考 点 四 远 距 离 输 电 ( /c)I 2Rt IRI2R 答 案 D 答 案 A 要 点 突 破 要 点 远 距 离 输 电 原 理1.远距离输电的处理思路对 高 压 输 电 问 题 ， 应 按 “ 发 电 机 升 压 变 压 器 远 距 离 输 电线 降 压 变 压 器 用 电 器 ” ， 或 按 从 “ 用 电 器 ” 倒 推 到 “ 发电 机 ” 的 顺 序 一 步 一 步 进 行 分 析 。 2.远 距 离 高 压 输 电 的 几 个 基 本 关 系 (以 图 为 例 ) 【 例 题 】 (2016浙 江 余 杭 期 末 )远 距 离 输 电 中 ， 发 电 厂 输 送 的 电功 率 相 同 ， 如 果 分 别 采 用 输 电 电 压 为 U1 110 kV输 电 和 输 电 电压 为 U2 330 kV输 电 。 则 两 种 情 况 中 ， 输 电 线 上 通 过 的 电 流 之比 I1 I2等 于 ( )A.1 1 B.3 1 C.1 3 D.9 1答 案 B 精 练 题 组 1.发 电 厂 发 电 机 的 输 出 电 压 为 U1， 发 电 厂 至 学 校 的 输 电 导 线 的 总 电阻 为 R， 通 过 导 线 的 电 流 为 I， 学 校 得 到 的 电 压 为 U2， 则 输 电 线上 损 耗 的 电 压 可 表 示 为 ( )A.U1 B.U1 IRC.IR D.U2解析输电线上的电压损失UU1U2IR，选项B错误，C正确；U 1为输电电压，U2为 用 户 得 到 的 电 压 ， 选 项 A、 D错 误 。答 案 C 2.(多 选 )某 小 型 水 电 站 的 电 能 输 送 示 意 图 如 图 所 示 。 发 电 机 的 输 出电 压 为 220 V， 输 电 线 总 电 阻 为 r， 升 压 变 压 器 原 、 副 线 圈 匝 数分 别 为 n1、 n2， 降 压 变 压 器 原 、 副 线 圈 匝 数 分 别 为 n3、 n4(变 压器 均 为 理 想 变 压 器 )， 要 使 额 定 电 压 为 220 V的 用 电 器 正 常 工 作 ，则 ( ) 答 案 AD 3.如 图 所 示 为 远 距 离 输 电 线 路 的 示 意 图 。 若 发 电 机 的 输 出 电 压不 变 ， 则 下 列 叙 述 中 正 确 的 是 ( )A.升 压 变 压 器 的 原 线 圈 中 的 电 流 与 用 户 用 电 设 备 消 耗 的 功 率无 关B.输 电 线 中 的 电 流 只 由 升 压 变 压 器 原 、 副 线 圈 的 匝 数 比 决 定C.当 用 户 用 电 器 的 总 电 阻 减 小 时 ， 输 电 线 上 损 失 的 功 率 增 大D.升 压 变 压 器 的 输 出 电 压 等 于 降 压 变 压 器 的 输 入 电 压 答 案 C 答 案 BD 5.某 水 电 站 通 过 总 电 阻 为 2.5 的 输 电 线 输 电 给 500 km 外 的 用 户 ，其 输 出 电 功 率 是 3 106 kW。 现 用 500 kV 电 压 输 电 ， 则 下 列 说法 正 确 的 是 ( )A.输 电 线 上 输 送 的 电 流 大 小 为 2.0 105 AB.输 电 线 上 由 电 阻 造 成 的 电 压 损 失 为 15 kVC.若 改 用 5 kV电 压 输 电 ， 则 输 电 线 上 损 失 的 功 率 为 9 108 kWD.输 电 线 上 损 失 的 功 率 为 P U2/r， U为 输 电 电 压 ， r为 输 电 线的 电 阻 答 案 B