高中物理选修3-2教案-知识讲解_交流电复习与巩固_基础.doc

三教上人（A+版-Applicable Achives）交流电复习与巩固编稿：张金虎 审稿：李勇康 【学习目标】1.知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流2.理解电容、电感对交流电的导通和阻碍作用3.掌握变压器电压与匝数的关系4.了解从变电站到用户的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理知识网络】特殊位置线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动产生定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流交变电流表征交变电流的物理量电感：通直流、阻交流，通低频、阻高频电容：通交流、隔直流，通高频、阻低频电感、电容结构：原线圈、副线圈、铁芯原理：互感现象基本规律理想变压器电能的输送交变电流中性面（）：磁通量最大，感应电动势最小，，电流改变方向∥：磁通量为零，感应电动势最大， 表达方式：（从中性面开始计时），，为角速度最大值： 有效值：根据电流热效应定义正弦式交变电流周期、频率：互为倒数平均值：变压规律：变流规律：（只有一个副线圈时）功率关系：电压互感器、电流互感器功率损失：电压损失：高压输电【要点梳理】要点一、交变电流的“四值”近几年高考在考查“交变电流”一章中的有关内容时，主要是考查了交变电流的四值，即最大值、有效值、平均值、瞬时值。

下面举例说明在什么情况下应该使用交变电流的什么值1．研究电容器的耐压值时，只能用峰值（最大值）2．研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值 3．研究交变电流通过导体截面的电荷量时，只能用平均值4．在研究交变电流某一时刻的电流、电压时，只能用瞬时值5．综合应用“四值”要点二、交变电流图象的应用 任何物理规律的表达都可以有表达式和图象两种方法，交变电流的变化除用瞬时值表达外，也可以用图象来进行表述，其主要结构是横轴为时间或角度，纵轴为感应电动势、交变电压或交变电流 正弦式电流的电动势、电流、电压图象都是正弦（或余弦）曲线，其图象有如下应用： 1．根据图象可求交变电流的最大值及各时刻瞬时值； 2．根据图象可求线圈在磁场中转动的周期和角速度；3．可判断出线圈在磁场中转动的位置，例如如图所示，可以判断出产生这种交变电流的线圈是从垂直于中性面的位置时开始计时的，表达式应为，图象中时刻线圈的位置为中性面，时刻线圈平面平行于磁场方向 要点三、变压器的有关问题 理想变压器须具备以下条件：①不计铜损，即变压器的原、副线圈的内阻很小，可以忽略，在有电流通过时认为不产生焦耳热；②不计铁损，即变压器铁芯内不产生涡流，无热损耗；③不计磁漏，即原、副线圈中的磁通量总保持相同。

变压器问题是近年来高考的热点，考查的重点是对单相理想变压器工作原理的理解和对变压器动态变化问题的分析由于变压器与电能输送密切相关，贴近生活实际，触及能源利用的热点，应当作为备考的重点 解题思路如下： （1）电压思路：变压器原、副线圈的电压之比，当变压器有多个副线圈时（2）功率思路：理想变压器的输入、输出功率相等，即，当变压器有多个副线圈时 （3）电流思路：变压器有一个副线圈时，有；当变压器有多个副线圈时，有要点诠释：有关变压器的考题主要有以下几种类型：1．采用原理思路分析“”型理想变压器问题2．理想变压器中的动态变化问题 3．变压器原线圈中接有用电器的问题4．有两组以上副线圈的变压器问题5．远距离高压输电问题要点四、交变电流和力学的综合问题 在解决交变电流和力学的综合问题时应注意以下几点： 1．交变电流的大小和方向、交变电压的大小和正负都随时间周期性变化，从而引起磁场、电场的强弱和方向周期性变化，所以研究带电粒子在交变电场中受力时，要进行细致的动态受力分析 2．粒子在交变电场中，常见的运动情境有以下三种： （1）带电粒子做定向运动； （2）带电粒子以某位置为中心做往复运动； （3）带电粒子做偏转运动。

3．分析时应注意由于交变电流的周期性变化而引起的分析结果出现多解的可能典型例题】类型一、交变电流的“四值”例1．(20XX 忻州模拟)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1 A那么(　　)A．线圈消耗的电功率为4 WB．线圈中感应电流的有效值为2 AC．任意时刻线圈中的感应电动势为D．任意时刻穿过线圈的磁通量为【答案】AC【解析】线圈转动的角速度，线圈平面从与磁场方向平行开始计时，当转过60时，电流的瞬时值表达式为i＝Imcos 60＝1 A，解得Im＝2 A，则正弦交变电流的有效值为，B项错；线圈消耗的电功率P＝I2R＝4 W，A项正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值为Em＝ImR＝4 V，所以其瞬时值表达式为，C项正确；通过线圈的磁通量，感应电动势的最大值，，联立解得，D项错例2．边长为的匝正方形线圈在磁感应强度为的匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈的电阻为求线圈从中性面开始转过角的过程中产生的热量思路点拨】把握好交变电流的四值：“最大值、有效值、平均值、瞬时值”，确定在什么情况下应该使用交变电流的什么值。

答案】【解析】线圈中产生的热量需从转动过程中交变电流的有效值考虑因线圈中感应电动势的峰值为，故线圈中电流的有效值为，线圈转过角的时间为．所以在转动过程中产生的热量． 【总结升华】不仅热量用有效值，各种交流电表指示的电压、电流和交流电器上标注的额定电流、额定电压，指的都是有效值，与热效应有关的计算，如保险丝的熔断电流等都必须用有效值 　例 3．在例题2中，求线圈从中性面开始转过角的过程中，通过导线截面的电荷量答案】【解析】线圈转过角的过程中，感应电动势和感应电流的平均值分别为所以流过导体截面的电荷量为总结升华】电磁感应现象中通过截面的电荷量，解答选择、填空题时可直接用公式，解答计算题时必须进行推导举一反三:【高清课堂：交流电复习与巩固 例1】【变式】如图所示，矩形线圈共匝，， 在磁感应强度为的匀强磁场中绕垂直磁场的轴以每秒转的速度转动 （1）线圈在什么位置时感应电动势最大，为多少？（2）以图示位置为计时时刻，电动势的变化规律怎样？（3）从图示位置转过的过程中感应电动势的平均值为多少？（4）从图示位置开始计时，时，线圈中感应电动势是多少？【答案】（1）　（2）　（3）　　(４) 【解析】（1）线圈平面与磁感线平行时电动势最大， ．（2）．（3）. (请注意到它与有效值的区别)(４)． 例4．有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于时则导电，低于时不导电，若把这个电子元件接到的正弦式电流的两端，则它在内导电________次，每个周期内的导电时间为________。

　【思路点拨】根据题意画出电压随时间变化的图像，写出电压随时间变化的表达式分别代入给定电压值答案】 【解析】由题意知，加在电子元件两端电压随时间变化的图象如图所示，表达式为 其中，，，得把代入上述表达式得到，所以每个周期内的通电时间为 由所画的图象知，一个周期内导电两次，所以内导电的次数为 【总结升华】研究交变电流某一时刻的电流、电压或某一时刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值举一反三:【高清课堂：交流电复习与巩固 例２】【变式】如图所示的电表均为理想的交流电表，保险丝的熔断电流为，电容器的击穿电压为若在间加正弦交流电压，并适当地调节和接入电路中的阻值，使恰好不被熔断，恰好不被击穿，则电流表的读数为 ，电压表的读数为_ 答案】 　 【解析】保险丝的熔断电流是指电流的有效值，而电容器的击穿电压是指电压的最大值，所以电流表的读数为电压表的读数为．例5．交流发电机电枢电阻为2Ω，感应电动势瞬时值表达式为e＝389sin 100πt(V)，给电阻R＝8 Ω的用电器供电，则(1)通过用电器的电流为多少？(2)电源输出功率和发电总功率为多少？(3)发电机输出端电压为多少？【答案】(1)27.5 A　(2)6 050 W　7 562.5 W　(3)220 V【解析】(1)交变电流电动势的有效值为： 根据闭合电路欧姆定律：(2)发电机的输出功率即电阻消耗的电功率：P出＝I2R＝6 050 W电源消耗的总功率为：P＝EI＝27527.5 W＝7 562.5 W(3)发电机路端电压为：U＝IR＝27.58 V＝220 V举一反三:【高清课堂：交流电复习与巩固 例3】【变式１】如图为电热毯的电路图，电热丝接在的电源上，电热毯被加热到一定温度后，通过装置使输入电压变为图所示波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是（ ） 　　A． B． C． D． 【答案】B【解析】电压表的读数是交流电的有效值，原电流的电压有效值是．设图所示的电压的有效值为，最大值为，电压表的读数为:．【高清课堂：交流电复习与巩固 例4】【变式２】如图所示，当交流电源的电压（有效值）、频率时，三只灯的亮度相同（无直流电阻）。

1）将交流电源的频率变为，则 （ ）（2）将电源改为的直流电源，则 （ ） A．灯比原来亮 B．灯比原来亮C．灯和原来一样亮 D．灯比原来亮【答案】（1）AC （2）BC【解析】（1）电容的容抗与交流电的频率有关，频率高、容抗小，即对高频交流电的阻碍作用小，所以A对线圈对交流电的阻碍作用随频率升高而增加，所以B错电阻中电流只与交流电有效值及值有关，所以C正确2）直流电无法通过电容，所以不亮线圈无电阻，所以灯比原来亮电压值与交流电有效值相同，所以灯亮度不变 类型二、交变电流图象的应用例6．一个按正弦规律变化的交变电流的图象如图所示，根据图象可以断定（ ） A．交变电流的频率 B．交变电流的有效值 C．交变电流瞬时值的表达式 D．在时刻，电流的大小与其有效值相等 【答案】BD【解析】从图中可以看出，交变电流的最大值为交变电流的周期为，所以交变电流的瞬时值表达式为，在时，交变电流的瞬时值为例7．在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则(　　)A．t ＝0.005 s时线圈平面与磁场方向平行 B．t ＝0.010 。