2022年高中物理第五章交变电流专题整合深化提升新人教版选修.doc
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2022年高中物理第五章交变电流专题整合深化提升新人教版选修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e=Emsinωti=Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em=nBSωIm=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E=U=I=适用于正(余)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”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值=Bl=n=计算通过电路截面的电荷量C.线圈中电流的有效值为I=D.线圈消耗的电功率为P=【解析】选C、D回路中感应电动势最大值Em=BSω,电流最大值Im==,t=0时线圈位于中性面,故电流瞬时值表达式i=sinωt线圈中电流的有效值I==,P=I2R=,故A、B错误,C、D正确补偿训练】1.如图所示,一小型发电机内有n=100匝的矩形线圈,线圈面积S=0.10m2,线圈电阻可忽略不计在外力作用下矩形线圈在B=0.10T的匀强磁场中,以恒定的角速度ω=100πrad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,发电机线圈两端与R=100Ω的电阻构成闭合回路。
求:(1)线圈转动时产生感应电动势的最大值2)从线圈平面通过中性面时开始,线圈转过90°角的过程中,通过电阻R横截面的电荷量3)线圈匀速转动10s,电流通过电阻R产生的焦耳热解析】(1)线圈中感应电动势的最大值Em=nBSω=314V2)设从线圈平面通过中性面时开始,线圈通过90°角所用时间为Δt,线圈中的平均感应电动势=n通过电阻R的平均电流==,在Δt时间内通过电阻横截面的电荷量Q=Δt==1.0×10-2C(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流,电阻两端电压的有效值U=Em经过t=10s电流通过电阻产生的焦耳热Q热=t解得Q热=4 929.8J答案:(1)314V (2)1.0×10-2C (3)4929.8J2.如图所示,在匀强磁场中有一个内阻r=3Ω、面积S=0.02m2的半圆形导线框可绕OO′轴旋转已知匀强磁场的磁感应强度B=T若线框以ω=100πrad/s的角速度匀速转动且通过电刷给“6V 12W”的小灯泡供电,则:(1)若从图示位置开始计时,求线框中感应电动势的瞬时值表达式2)从图示位置开始,线框转过90°的过程中,流过导线横截面的电荷量是多少?该电荷量与线框转动的快慢是否有关?(3)由题所给已知条件,外电路所接小灯泡能否正常发光?如不能,则小灯泡实际功率为多大?【解析】(1)线框转动时产生感应电动势的最大值Em=BSω=×0.02×100πV=10V因线框转动从平行于磁感线位置开始计时,则感应电动势的瞬时值表达式e=Emcosωt=10cos(100πt)V。
2)线框转过90°的过程中,产生的平均电动势=流过导线横截面的电荷量q=·Δt=,又因为灯泡电阻R==Ω=3Ω故q==C=C,与线框转动的快慢无关3)线框产生的感应电动势的有效值E==10V,灯泡两端电压U=R=5V因U<6V,故灯泡不能正常发光其实际功率P==W=W答案:(1)e=10cos(100πt)V (2)C 无关 (3)不能 W考点二 交变电流图象的应用技巧交流电的图象反映了交变电动势(电流)随时间变化的特征,对正弦式交流电来说,我们可以从图象中获取如下信息: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ω=2.交流电的最大值(Em,Im):图象上的峰值,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:图象上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值对点训练】 1.(多选)小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间成正弦函数关系,如图所示此线圈与一个R=10Ω的电阻构成闭合电路不计电路的其他电阻,下列说法正确的是 ( )A.交变电流的周期为0.250sB.交变电流的频率为8HzC.交变电流的有效值为AD.交变电流的最大值为4A【解析】选A、C。
由感应电动势的图象可得,交变电流的周期为0.250s,故A对;频率为周期的倒数,即f=4Hz,故B错;交变电流电动势的有效值为E=V=10V,有效值I==A=A,故C对;最大电流Im==A=2A,故D错2.已知矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示,则下列说法正确的是 ( )A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直B.t=0.01s时刻Φ的变化率达最大C.t=0.02s时刻感应电动势达到最大D.该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示【解析】选Bt=0时刻磁通量最大,线圈位于中性面位置,A错误;t=0.01s时刻磁通量为零,线圈位于垂直中性面的位置,电动势最大,磁通量的变化率最大,B正确;t=0.02s时刻磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零,C错误;感应电动势与磁通量的变化率成正比,电动势随时间变化的图象为正弦曲线,D错误3.(多选)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,所产生的交变电流的波形如图所示,下列说法中正确的是 ( )A.在t1时刻穿过线圈的磁通量达到最大值B.在t2时刻穿过线圈的磁通量达到最大值C.在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到最大值D.在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到最大值【解析】选B、C。
从图中可知,t1时刻线圈中感应电动势达到最大值,则线圈的磁通量变化率达到最大值,而磁通量最小,此时线圈平面应与磁感线平行t2时刻感应电动势等于零,则磁通量变化率为零,线圈处于中性面位置,磁通量达到最大值t3时刻感应电动势达到最大值,则线圈中的磁通量变化率达到最大值正确选项为B、C考点三 理想变压器的两个关系1.基本关系:(1)P入=P出2)=,有多个副线圈时,仍然成立3)=,电流与匝数成反比,只对一个副线圈的变压器适用4)原、副线圈的每一匝的磁通量都相同,磁通量变化率也相同,频率也就相同2.制约关系:(1)电压制约:副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定2)功率制约:原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定3)电流制约:原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定对点训练】 1.(多选)图甲是某燃气炉点火装置的原理图转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,为交流电压表当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体以下判断正确的是 ( )A.电压表的示数等于5VB.电压表的示数等于VC.实现点火的条件是>1 000D.实现点火的条件是<1 000【解析】选B、C。
由u -t图象可知最大电压值为5V,故有效值为V,交流电压表测量的是有效值,A错,B对;由变压器电压与线圈匝数的关系可知,U2=U1=5,变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000V,即5>5000,所以>1 000,C对,D错2.(多选)(xx·绍兴高二检测)如图所示,理想变压器原线圈的匝数n1=1 100匝,副线圈的匝数n2=110匝,R0、R1、R2均为定值电阻,且R0=R1=R2,电流表、电压表均为理想电表原线圈接u=220sin314t(V)的交流电源,起初开关S处于断开状态下列说法中正确的是 ( )A.电压表的示数为22VB.当开关S闭合后,电压表的示数变小C.当开关S闭合后,电流表的示数变大D.当开关S闭合后,变压器的输出功率增大【解析】选B、C、D变压器的输入电压的有效值为V,则副线圈两端的电压为V,根据串联分压原理,电压表的示数为V,A错;当开关S闭合后,输出功率增大,电压表的示数变小,原线圈输入功率增大,电流表的示数变大,故B、C、D对3.普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,工作时电流为Iab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为Icd,为了使电流表能正常工作,则 ( )A.ab接MN、cd接PQ,Iab
高压输电线上的电流大于交流电流表的量程,故应用电流互感器将高压输电线上的电流降低,由变压器原、副线圈电流与匝数成反比的关系,可以判断电流互感器与高压输电线相连的一侧匝数少,即ab一侧线圈与MN相连,cd一侧线圈与PQ相连,Iab>Icd,故B对,A、C、D错补偿训练】 (多选)(xx·舟山高二检测)如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=4∶1,原线圈a、b间接一电压为u=220sin100πt(V)的电源,灯泡L标有“36V18W”字样,当滑动变阻器R的滑动触头处在某位置时,电流表示数为0.25A,灯泡L刚好正常发光,则 ( )A.流经灯泡L的交变电流的频率为100HzB.定值电阻R0的阻值为19ΩC.滑动变阻器R消耗的功率为36WD.若将滑动变阻器R的滑动触头向下滑动,则灯泡L的亮度变暗【解析】选B、D由ω=2πf得100πrad/s=2πf,解得f=50Hz,A错误;U2=U1=55V,I2=I1=1A,R0两端的电压U0=55V-36V=19V,R0==Ω=19Ω,B正确IR=I2-IL=1A-0.5A=0.5A,R上消耗的功率PR=IRU=0.5×36W=18W,C错误。
滑动变阻器R的滑动触头向下滑动时,L两端的电压减小,由PL=得PL减小,灯泡L变暗,D正确考点四 远距离输电远距离输电的示意图,包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻可将两个变压器的初、次级线圈的匝数分别采用相应的符号来表示1.理想变压器功率之间的关系:P1=P'1,P2=P'2,P'1=Pr+P22.电压之间的关系:=,=,U′1=Ur+U23.电流之间的关系:=,=,I′1=Ir=I2输电线上的电流往往是这类问题的突破口对点训练】 1.如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则 ( )A.用户用电器上交流电的频率是100HzB.发电机输出交流电的电压有效值是500VC.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小【解析】选D由图乙可知交流电的周期为0.02s,频率为50Hz,则A错误;发电机输出电压的有效值是V,则B错误;输电线上的电流由用户消耗的功率及降压变压器原副线圈的匝数比共同决定,则C错误;当用户用电器的总电阻增大时,设降压变压器副线圈两端的电压为U4,则U4没变,由P=知,用户消耗功率变小,降压变压器输入功率变小,设降压变压器原线圈电压为U3,又P入=I线U3,U3没变,I线变小,P线=R线,R线未变,则输电线上损失的功率减少,故D正确。
2.(多选)在远距离输电电路中,输电导线的总电阻为R,升压变压器输出的电压为U1,输出功率为P,用户降压变压器得到的电压为U2,则下面表示导线上的功率损失正确的式子是 ( )A. 。
