（江苏专用）高三物理一轮复习 必考部分 第10章 交变电流 传感器章末高效整合教师用书-人教高三物理试题

第10章 交变电流 传感器物理模型1|电动机、发电机模型模型特点两种模型电动机发电机工作原理通电线圈在磁场中受到安培力而转动闭合线圈在磁场中受外力转动，产生感应电动势能量转化电能转化为机械能机械能转化为电能解题要点(1)受力方向由左手定则来判断；(2)能量关系：P总P输出P热；(1)产生的感应电动势方向由右手定则判断；(2)感应电动势大小由法拉第电磁感应定律计算；解题要点(3)实际功率：P实际P额定；(4)电压、电流关系：U>IR(3)注意感应电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值的计算；(4)能量转化中满足能量守恒定律形象比喻左手抓着电动机右手抓着发电机某兴趣小组设计了一种发电装置，如图10­1所示在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为80°，磁场均沿半径方向匝数为N的矩形线圈abcd的边长abcdL、bcad2L.线圈以角速度绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场在磁场中，这两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直线圈的总电阻为r，外接电阻为R.图10­1(1)求出感应电动势的最大值；(2)若产生的交流电周期为T，感应电动势的最大值为Em，画出感应电动势随时间变化的图象；(3)求线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(4)计算外接电阻上电流的有效值I.【规范解答】(1)bc、ad边的运动速度v感应电动势的最大值Em2NB·2Lv2NBL2.(2)产生的交流电周期为T，感应电动势随时间变化的图象如图所示(3)电流Im安培力F2NBImL解得F.(4)在一个周期内，电阻R中有电流的时间为t.根据有效值的定义，R上消耗的电能IRtI2RT，联立解得I.【答案】(1)2NBL2(2)见解析(3)(4)突破训练1如图10­2所示为电动机的简化模型，线圈abcd可绕轴O1O2自由转动当线圈中通入如图所示的电流时，顺着O1O2的方向看去，线圈将() 【导学号：96622183】图10­2A顺时针转动B逆时针转动C仍然保持静止D既可能顺时针转动，也可能逆时针转动A在题中图示位置，由左手定则可以判断，ab边受到的安培力向上，cd边受到的安培力向下，则线圈顺时针转动，故A项正确物理模型2|三种特殊的变压器模型1自耦变压器高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图10­3所示图10­32互感器分为电压互感器和电流互感器，比较如下：类型电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在待测交流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式I1n1I2n23.双副线圈变压器计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个联系：(1)电压关系：(2)电流关系：n1I1n2I2n3I3(3)功率关系：P1P2P3(多选)一自耦调压变压器(可看做理想变压器)的电路如图10­4甲所示，移动滑动触头P可改变副线圈匝数已知变压器线圈总匝数为1 900匝；原线圈为1 100匝，接在如图10­2­14乙所示的交流电源上，电压表为理想电表则()甲乙图10­4A交流电源电压瞬时值的表达式为u220sin 100t (V)BP向上移动时，电压表的最大示数为380 VCP向下移动时，原、副线圈的电流之比减小DP向下移动时，变压器的输入功率变大【规范解答】由图乙结合交流电瞬时值表达式uUm·sin t可得交流电源电压瞬时值的表达式为u220·sin 100t (V)，A错误；P向上移动时，电压表的示数为有效值，当副线圈匝数达到1 900时，副线圈输出的电压最大，由变压器原、副线圈电压比跟线圈匝数成正比的关系可知副线圈最大输出电压为380 V，即电压表的最大示数为380 V，B正确；P向下移动时，副线圈匝数减少，由变压器原副线圈电流比跟线圈匝数成反比的关系可知C正确；由P可知副线圈的输出功率减小，故原线圈的输入功率也减小，D错误【答案】BC突破训练2(2017·苏州模拟)为了测量高电压和强电流的大小，常用到变压器的有关原理如图10­5所示，L1和L2是输电线，甲是电压互感器，乙是电流互感器，电压表和电流表为理想交流电表若电压互感器上下线圈的匝数比为1 0001，电流互感器上下线圈的匝数比为1100，电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则下列说法正确的是()图10­5A两输电线间的电压为220 VBL2中的电流为10 AC输电线中输送的功率为2.2×108 WD两输电线间的电阻为22 C根据变压器的工作原理有和，解得U12.2×105 V，I11 000 A，所以A、B错误；输电线中输送的功率PU1I12.2×108 W，C正确；由于输电线路不能视为简单的纯电阻电路，不能用欧姆定律求出电阻，D错误3如图10­6所示，接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光，那么，理想变压器的匝数比n1：n2：n3为() 【导学号：96622184】图10­6A111B321C621 D221B灯泡正常发光，可得UAUBUCUD，所以U22U3.由变压器的电压比公式，所以n22n3，同理，灯泡正常发光，功率相等，即PAPBPCPD.由PI2R，得IAIBICID，即I1I2I3.由U1I1U2I2U3I3得n1I1n2I2n3I3，即n1n2n32n3n33n3，所以n1n2n3321.高考热点1|交变电流“四值”的应用1正弦式交变电流的重要公式瞬时值峰值有效值平均值eEmsin t iImsin tuUmsin tEmNBSImUmImREUIn2.对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算注意“三同”，即“相同电阻”上“相同时间”内产生“相同热量”计算时，“相同时间”至少要取一个周期的时间在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图10­7甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则()甲乙图10­7At0.005 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【规范解答】线框中感应电动势与磁通量的变化率成正比，而t0.005 s时e最大，故选项A错误；t0.01 s时，e0，故选项B正确；电动势有效值为311× V220 V，故选项C错误；周期T0.02 s，频率f50 Hz，故选项D错误【答案】B突破训练4如图10­8甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R10 连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象则()甲乙图10­8A电阻R上的电功率为20 WB0.02 s时R两端的电压瞬时值为零CR两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100t(V)D通过R的电流i随时间t变化的规律是i1.41cos 50t(A)CR上电功率P10 W，A错；0.02 s时，0，最大，此时R两端的电压瞬时值最大，B错；R两端电压的最大值为10 V，100 rad/s，因此R两端电压u14.1cos 100t(V)，C正确；i1.41cos 100t(A)，D错高考热点2|与变压器相关的综合问题1远距离高压输电的几个基本关系2理想变压器中相关物理量间的制约关系的分析程序可表示为：(多选)如图10­9所示，某理想变压器的原线圈接一交流电，副线圈接如图所示电路，开关S原来闭合，且R1R2，再将S断开，那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I、电阻R1上的功率P1及该变压器原线圈的输入功率P的变化情况正确的是()图10­9AU增大BI增大CP1减小 DP减小【规范解答】开关S由闭合到断开时，负载的总电阻变大，变压器的输出电压U2不变，则输出电流I2变小，R上的电压变小，R1上的电压变大，电阻R1上的功率P1，R1不变，U变大，则P1增大，故A正确，C错误由电流与匝数的关系可知电流表的示数I减小，B错误输出电功率P出I2U2，U2不变，I2减小，则P出减小，输入功率等于输出功率，所以D正确【答案】AD突破训练5如图10­10甲所示为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为1100，降压变压器原、副线圈匝数比为1001，远距离输电线的总电阻为100 .若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750 kW.下列说法正确的是() 【导学号：96622185】图10­10A用户端交流电的频率为100 HzB输电线中电流为30 AC用户端电压为250 VD输电线路损耗功率为180 kWB变压器不改变交变电流的频率，故用户端交变电流的周期为T0.02 s，频率为50 Hz，选项A错误；升压变压器输入电压为U1250 V，则输出电压为U225 000 V，由P2P1750 kW及P2I2U2得，输电线中的电流为I230 A，选项B正确；输电线路损耗功率为PIr302×100 W90 kW，选项D错误；线路损失电压为UI2r3 000 V，则降压变压器输入电压为U3U2U22 000 V，则用户端电压为220 V，选项C错误