2018-2019学年高中物理 第二章 交变电流章末总结学案 教科版选修3-2.doc

第二章 交变电流章末总结一、交变电流“四值”的计算和应用1最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电流最大值EmNBS，在考虑电容器的耐压值时应根据交流电的最大值2有效值：正弦式交流电的有效值I，其他交变电流的有效值应根据有效值的定义计算，求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明时，交流电的电流、电压、电动势指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值3瞬时值：当从线圈平面处于中性面时开始计时，瞬时电动势的表达式为eEmsin t.瞬时值对应某一时刻的电压、电流值4平均值：平均值需用N和进行计算，求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值qtN.例1如图1所示，交流发电机的矩形线圈abcd中，abcd50 cm，bcad30 cm，匝数n100匝，线圈电阻r0.2 ，外电阻R4.8 .线圈在磁感应强度B0.05 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO匀速转动，角速度100 rad/s.图1(1)求产生感应电动势的最大值(2)若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式(3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少？(4)此发电机的功率为多少？(5)从图示位置起，转过90过程中，平均电动势为多少？通过线圈截面的电荷量为多少？解析(1)设abl1，bcl2，则交流电动势的最大值EmnBl1l2235.5 V(2)根据闭合电路欧姆定律，电流的最大值Im47.1 A在题图所示位置时，电流有最大值，则电流的瞬时值表达式为iImcos t，代入数值得i47.1cos (100t) A(3)电流的有效值为I33.3 A路端电压的有效值为UIR160 V即电压表的示数为160 V，电流表的示数为33.3 A.(4)电动势的有效值为E166.5 V则发电机的功率为PIE5 544 W(5)平均电动势为nnn150 V通过线圈截面的电荷量qttnn0.15 C答案(1)235.5 V(2)i47.1cos (100t) A(3)160 V33.3 A(4)5 544 W(5)150 V0.15 C二、交变电流图像的应用交流电的图像反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征，对正弦式交流电来说，我们可以从图像中获取如下信息：1交流电的周期(T)一个完整的正弦波对应的时间段，知道了周期便可以算出线圈转动的角速度.2交流电的最大值(Em、Im)图像上的峰值，知道了最大值，便可计算出交变电动势(交变电流)的有效值3任意时刻交流电的瞬时值图像上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值例2如图2所示是某正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的 ()图2A周期是0.01 sB最大值是311 VC有效值是220 VD表达式为u220sin t (V)解析由题图知：最大值Um311 V，且为正弦交流电，有效值U220 V，周期T0.02 s，表达式为u311sin (100t) V，故B、C选项正确答案BC三、变压器电路的动态问题分析动态分析该类问题的思路可表示为：例3用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，如图3所示开始时开关S是断开的现将开关S闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是 ()图3A.、的示数不变，的示数增大，的示数减小，P入增大B.、的示数不变，、的示数增大，P入增大C.、的示数不变，、的示数减小，P入减小D.的示数不变，的示数增大，的示数减小，的示数增大，P入减小解析电压表的示数由输入电压决定；电压表的示数由输入电压U1(大小等于电压表的示数)和匝数比n1/n2决定；电流表的示数由输出电压U2(大小等于电压表的示数)和负载电阻R负决定；电流表的示数即I1由变压器的匝数比n2/n1和输出电流I2决定；P入随P出而变化，由P出决定因输入电压不变，所以电压表的示数不变据公式U2n2U1/n1，可知U2也不变，即电压表的示数不变又据I2U2/R负知，S闭合后R负减小，故I2增大，电流表的示数增大；输入电流I1随输出电流I2的增大而增大，故电流表的示数增大因P出U2I2，故P出增大P入随P出变化而变化，故P入也增大故选B.答案B四、远距离输电线路的分析与计算解决远距离输电问题要注意以下两点：1首先画出输电示意图，包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等，在图中标出相应物理量符号，利用输电电流IP/U，输电线上损失电压UIR线，输电线损失功率PI2R线2R线及其相关知识解答2分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系例4发电机输出功率为40 kW，输出电压400 V，用变压比(原、副线圈匝数比)为15的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5 ，到达用户后再用变压器降为220 V，求：(1)输电线上损失的电功率是多少？(2)降压变压器的变压比是多少？解析输电线路如图所示(1)发电机输出的电压为400 V，经升压变压器后电压为U400 V2103 V，由PUI得输电线上的电流I A20 A，输电线上损失的功率PI2R2025 W2103 W.(2)输电线上的电压损失UIR205 V100 V加在降压变压器原线圈两端的电压U1UU2103 V100 V1.9103 V，降压变压器副线圈两端的电压(用户所需的电压)U2220 V，故降压变压器的变压比.答案(1)2103 W(2)95111(交变电流图像的应用)在匀强磁场中，矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图4甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则 ()图4At0.005 s时线框的磁通量变化率为零Bt0.01 s时线框平面与中性面重合C线框产生的交变电动势有效值为311 VD线框产生的交变电动势频率为100 Hz答案B解析由题图乙可知该正弦交变电流的电动势最大值为311 V，周期等于0.02 s，根据正弦交变电流的最大值与有效值之间的关系E得知选项C错误；又f，则频率为f50 Hz，选项D错误；当t0.005 s时，eN311 V，取得最大值，穿过线圈的磁通量变化率最大，选项A错误；当t0.01 s时，交变电压及电流方向发生改变，电压值最小等于零，线框平面与中性面重合，选项B正确2(变压器电路的动态分析问题)如图5所示，是通过街头变压器降压给用户供电的示意图输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动输出电压通过输电线输送给用户，每条输电线总电阻用R0表示当负载增加时，则 ()图5A电压表的示数减小B电流表的示数减小C电流表的示数减小D电压表、的示数之差增大答案AD解析本题考查欧姆定律和变压器的原理，意在考查学生对欧姆定律和变压器原理的理解输入电压是市区电网的电压，不随负载的增加而变化，变压器原、副线圈的匝数不变，由变压器的变压原理可得，电压表的示数U2保持不变，当负载增加时，意味着并联了更多的用电器，即负载的总阻值减小，而I2，所以副线圈中的电流增大，即电流表的示数增大，根据变压器的功率原理P出P入即U2I2U1I1可知，由于输出功率增大，输入电流I1增大，B、C错误；由于输电导线与负载串联，随着负载阻值的减小电流增大，输电导线上的电压U02I2R0增大，所以负载两端的电压U载U2U0减小，即电压表的示数减小，A正确；电压表与电压表的示数之差为输电线上的电压，即U0变大，D正确3(交变电流“四值”的应用和计算)如图6所示，匀强磁场的磁感应强度B0.5 T，边长L10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r1 ，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R4 ，求：图6(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；(5)线圈转动一周外力所做的功；(6)从图示位置起，周期内通过R的电荷量为多少？答案(1)3.14 V(2)1.57 V(3)2.6 V(4)1.78 V(5)0.99 J(6)0.086 6 C解析(1)感应电动势的最大值为EmNBS3.14 V(2)转过60时的瞬时感应电动势为eEmcos 603.140.5 V1.57 V.(3)转过60角过程中产生的平均感应电动势为nn100 V2.6 V.(4)电压表示数为外电路电压的有效值UR4 V1.78 V(5)线圈转动一周外力所做的功等于电流产生的热量WQ()2T0.99 J(6)周期内通过电阻R的电荷量为q0.086 6 C.4(远距离输电线路的分析与计算)一交流发电机输出端的电压为220 V，输出功率为4 400 W若用2 的输电导线给用户送电(1)如果用220 V的电压直接输送，用户得到的电压和电功率各是多少？输电效率是多少？(2)如果先用匝数比为110的变压器将电压升高，经过同样的输电线后，再用匝数比为101的变压器将电压降低供给用户，用户得到的电压和电功率各是多少？输电效率又是多少？答案(1)180 V3 600 W81.8%(2)219.6 V4 392 W99.8%解析(1)输电示意图如图所示输电线上电流I A20 A故用户得到的电压UUU220 V202 V180 V，故用户得到的功率PPPPI2R4 400 W2022 W3 600 W，效率100%100%81.8%.(2)电路如图所示由得升压变压器次级电压U2U12 200 V，故输电线上电流I2I32 A而到达降压变压器原线圈的电压U3U2I2R2 200 V22 V2 196 V，功率P3PPPI2R4 400 W222 W4 392 W.又据，得用户电压U4U3219.6 V.而功率P4P34 392 W，效率100%100%99.8%.