2014年高二下学期中考复习材料(交流电)

郑裕彤中学高二物理资料蒋声怀2014年郑裕彤中学高二下学期期中考试复习材料交变电流1．正弦交变电流的产生当闭合线圈由中性面位置（图中O1O2位置）开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：e=Emsinωt，其中Em=nBSω。这就是正弦交变电流。通过转动轴而跟磁感线垂直的平面叫中性面。线圈通过中性面时刻的特点是：磁通量ф的瞬时值最大Φm=BS，感应电动势的瞬时值e=零，感应电流的瞬时值i=零。实际上，穿过线圈的磁通量φ随时间t变化的规律是φ=Φmcosωt，其中Φm=BS，按法拉第电磁感应定律，u=Δφ/Δt=φ´，可得u=-Φmωsinωt=-BSωsinωt，若电枢为n匝线圈，则u=-nBSωsinωt。φ(t)和u(t)必然互为余函数。因此φ=Φm时u=0，φ=0时u=Um2．交变电流的有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。⑴只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的22倍。⑵通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流等都指有效值。（电容器的耐压值是交流的最大值。）3．正弦交变电流的最大值、有效值、瞬时值和平均值的区别正弦交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、瞬时值和平均值，特别要注意它们之间的区别。以电动势为例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬时值用e表示，平均值用E表示。它们的关系为：mEE22，e=Emsinωt。平均值不常用，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：tnE。特别要注意，有效值和平均值是不同的两个物理量，千万不可混淆。生活中用的市电电压为220V，其最大值为Um=2202V=311V，频率为50HZ，所以其电压瞬时值的表达式为u=311sin314tV。例1．交流发电机的转子由B∥S的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过30º时刻，交流电压的瞬时值为____V。解：瞬时值为u=Umcos30º=17.3V。例2．通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值I。解：I=32A例3．交流发电机转子有n匝线圈，每匝线圈所围面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，匀速转动的角速度为ω，线圈内电阻为r，外电路电阻为R。当线圈由图中实线位置匀速转动90º到达虚线位置过程中，求：⑴通过R的电荷量q为多少？⑵R上产生焦耳热QR为多少？⑶外力做的功W为多少？解：⑴rRnBSq⑵22224RRnBSRQQRrRr。⑶W=QrRSBn4222。4．理想变压器忽略原、副线圈的内阻和各种电磁能量损失的变压器，称为理想变压器。理想变压器的两个基本公式是：⑴2121nnUU，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。⑵P入=P出，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。需要特别引起注意的是：⑴只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有：12212211,nnIIIUIU⑵变压器的输入功率由输出功率决定，计算输入功率和输出功率都用RnUnP/2112。⑶区分负载和负载电阻值。以上功率表达式中的R表示负载电阻的阻值，而不是“负载”。“负载”表示副线圈所接的用电器的实际功率。在同一电压下，R越大，负载越小；R越小，负载越大。这一点在审题时要特别注意。例4．理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为n1=1760匝、n2=288匝、n3=8000匝，电源电压为U1=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为I1=0.3A，求通过n3的负载R的电流I3。解：I3=0.03A。5．远距离输电解远距离输电的题目，一定要画出各个输电设施的示意图来，包括发电机、两台变压器、输电线电阻和负载。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1´n2、n2´，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P1´，P2=P2´，P1´=Pr+P2；n3Rn2L220Vn1n1n1´n2n2´RD1rD2I1I1´IrI2I2´~i/A3Ot/s-60.20.30.50.6φ，utOΦm-UmTO1ωO2B郑裕彤中学高二物理资料蒋声怀电压之间的关系是：2122221111,,UUUnnUUnnUUr；电流之间的关系是：2122221111,,IIInnIInnIIr。以上电流之间的关系最简单，21,,IIIr中只要知道一个，另两个总和它相等。因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。为了便于分析，可以将远距离输电的线路等效为如右下图所示的一个直流电路。左边虚线框内的设备相当于一只电动势为E=U1´，内阻为r的电池；右边虚线框内的设备相当于一只电阻R´：D2的初级线圈电压为U2时，如果负载电阻R消耗的功率和把R´直接接在D2的初级线圈上时消耗的功率相同，R´就是等效电阻。由RURU2222，可得RnnRUUR222222，只要匝数不变，等效电阻R´和实际负载电阻R成正比。输电线上的功率损失和电压损失的分析和计算时都必须用Pr=I2r，Ur=Ir，而不能用rUPr21。因为SUSLUPPr212111，⑴减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积。两者相比，当然选择前者。⑵若输电线功率损失已经确定，那么升高输电电压能减小输电线截面积，从而节约大量金属材料和架设电线所需的钢材和水泥，还能少占用土地。例6．发电厂的交流发电机输出电压恒为500V，输出功率为100kW。要将电能输送到远处的工厂。设计输电线上的功率损失为2%，输电线总电阻为20Ω，用户得到的电压220V。求：发电厂附近的升压变压器和用户附近的降压变压器的匝数比各多大？（所用变压器都看作理想变压器）解：2011111IInn；1149022098002222UUnn。6．感抗和容抗（统称电抗）⑴感抗表示电感对交变电流的阻碍作用（XL=2πfL），其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”。⑵容抗表示电容对交变电流的阻碍作用（XC=1/2πfC），其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”。输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关。当输电线路交流电压较高、导线截面积较大时，电抗造成的电压损失比电阻造成的还要大。传感器一、传感器的含义传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如位移、速度、力、温度、湿度、流量、声强、温度、光、声、化学成分等等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和自动控制了。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，通过敏感元件获取外界信息并转换成电信号，通过输出部分输出，然后经控制器分析处理。二、传感器的分类1.力电传感器2.热电传感器3.光电传感器4.声电传感器5.电容式传感器6.磁电传感器7.超声波传感器8.气敏传感器等三、传感器的简单应用1、力电传感器力电传感器主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。力电传感器广泛地应用于社会生产、现代科技中，如安装在导弹、飞机、潜艇和宇宙飞船上的惯性导航系统及ABS防抱死制动系统等。2、热电传感器热电传感器是利用热敏电阻的阻值会随温度的升高减小（与金属热电阻的特性相反）的原理制成的,它能用把温度这个热学量转换为电压这个电学量。如各种家用电器(空调、冰箱、热水器、饮水机等)的温度控制、火警报警器、恒温箱等。3、温度传感器的应用温度传感器是将温度这个热学量转化为电流这个电学量的。4、光电传感器光电传感器中的主要部件是光敏电阻或光电管。光敏电阻：光敏电阻的材料是一种半导体，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小的。光敏电阻能够把光强度这个光学量转换为电阻这个电学量。它就象人的眼睛，可以看到光线的强弱。自动冲水机、路灯的控制、鼠标器、光电计数器、烟雾报警器等都是利用了光电传感器的原理。n1n1´n2n2´D1rD2U1U1´UrU2U2´~RErR´等效电路非电物理量敏感元件转换器件转换电路电学量→→→→郑裕彤中学高二物理资料蒋声怀高二物理交流电复习题一、单项选择（每题4分，共10题，共40分）1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,当线圈经过中性面时.下列说法中正确的是()A、穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势最大B、穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势最大C、穿过线圈的磁通量最大,线圈中的感应电动势等于零D、穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势等于零2、关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是()A、线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次.感应电动势向不变B、线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次C、线圈转动一周,感应电流和感应电动势方向都要改变一次D、线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次3、如图所示,可以将电压升高供给电灯的变压器是图().4、某电容器两端所允许加的最大直流电压是250V.它在正弦交流电路中使用时,交流电压可以是().A、250VB、220VC、352VD、177V5、如图所示电路中，电阻R、电感线圈L、电容器C并联接在某一交流电源上，三个相同的交流电流表的示数相同。若保持电源的电压不变，而将其频率增大，则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是（）A、I1=I2=I3B、I1＞I2＞I3C、I1＞I2＞I3D、I3＞I1＞I26、理想变压器正常工作时,原、副线圈中的电流为I1、I2,电压为U1、U2,功率为P1、P2,关于它们之间的关系,下列说法中正确的是()A、I2由I1决定B、U2与负载有关C、P1由P2决定D、以上说法都不正确7、如图所示,灯泡L1和L2的规格完全相同,原线圈匝数比副线圈匝数多,下列判断中正确的是().A.变压器工作时,两灯有可能同时正常发光B.L2正常工作时,L1比L2暗C.L2正常工作时,L1可能已烧毁D.L1正常工作时,L2可能已烧毁8、如图所示的含有变压器的交流电路中，A1、A2都是交流电流表，在开关S从闭合到断开的过程中，A1、A2电流表的读数I1和I2的变化情况是A、I1变大，I2变小B、I1变小，I2变大C、I1、I2都变小D、I1、I2都变大9、一电热器接在10V的直流电源上,产生一定大小的热功率.现把它改接到交流电源上,要使它产生的热功率是原来的一半,如忽略电阻随温度的变化,则交流电压的峰值应是().A、5VB、14VC、10VD、17.3V10、如下图，表示一交流电的电流随时间而变化的图像,此交流电流的有效值是()A、25AB、5AC、25.3AD、3.5A二、双项选择（每题6分，共10题，共60分）11、下列关于交流电的说法中正确的是().A、交流电器设备上所标的电压和电流值是交流电的峰值B、用交流电流表和电压表测定的读数值是交流电的瞬时值C、给定的交流数值,在没有特别说明的情况下是指有效值D、跟交变电流有相同的热效应的直流电的数值是交流电的有效值12、关于电容器和电感线圈对交流电的影响,下列说法中正确的是().A、电容器对于高频交变电流的阻碍作用大于它对低频交变电流的阻碍作用B、电感线圈对于高频交变电流的阻碍作用大于对低频交变电流的阻碍作用C、电容器对于高频交变电流的阻碍作用小于它对低频交变电流的阻碍作用D、电感线圈对于高频交变电流的阻碍作用小于对低频交变电流的阻碍作用13、一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势为t