新课标高中物理选修3-2 第5章交变电流回顾总结课件(56张ppt)

第五章交变电流本章回顾总结•一、交变电流“四值”的应用物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某一时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝EmR＋r确定用电器的耐压值物理含义重要关系适用情况有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值E＝Em2U＝Um2I＝Im2(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值(3)电气设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值E－＝nΔΦΔtI－＝E－R＋r计算通过电路横截面的电荷量【温馨提示】交流电的有效值和电流的方向无关，交流电的平均值是根据法拉第电磁感应定律E－＝nΔΦΔt计算的，与交流电的方向、所选取的时间有关．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＝52πT．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，则线框中感应电动势的瞬时值表达式如何？•(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)Em＝BSω＝52π×0.02×100πV＝102V，瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝102cos100πtV.(2)此过程中，穿过线框的磁通量变化量为ΔΦ＝BS，感应电动势的平均值为E－＝ΔΦ/Δt，流过导线横截面的电荷量q＝I－Δt＝E－ΔtR＋r＝BSR＋r＝260πC，其中R为灯泡电阻，R＝U2/P＝3Ω，q与转动时间t无关，因而与转动角速度ω无关．(3)该电源电动势的有效值为E＝Em/2＝10V，路端电压U＝ERR＋r＝5V，而小灯泡的额定电压是6V，故小灯泡不能正常发光，其实际功率为P实＝U2/R＝25/3W≈8.3W.答案：(1)e＝102cos100πtV(2)260πC无关(3)不能正常发光，实际功率8.3W•二、理想变压器问题的分析与计算•综观高考命题，对于变压器问题，多集中于对变压器的工作原理及I、U、P、n各量间基本关系的考查．由于变压器与电能的输送密切相关，贴近生活实际，触及能源利用的社会热点，符合贴近现实、突出能力的命题趋势，应当作为备考的重点．解题思路如下．思路1：电压思路变压器原、副线圈的电压之比为U1U2＝n1n2；当变压器有多个副线圈时，U1n1＝U2n2＝U3n3＝…思路2：功率思路理想变压器的输入、输出功率P入＝P出，即P1＝P2；当变压器有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋…思路3：电流思路由I＝PU知，当变压器有多个副线圈时，n1I1＝n2I2＋n3I3＋….对只有一个副线圈的变压器才有I1I2＝n2n1.思路4：(变压器动态问题)制约思路(1)电流制约当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝n2I2n1.(2)负载制约①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2＋…②变压器副线圈中的电流I2由用户负载电阻R2确定，I2＝U2R2.③总功率P总＝P线＋P2.思路5：原理思路变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中ΔΦΔt相等，当遇到“”型变压器时有：ΔΦ1Δt＝ΔΦ2Δt＋ΔΦ3Δt.此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于稳定或恒定电流的情况．•思路6：输配电原理思路•按“发电→升压→输电线→降压→用电器”的顺序或从“用电器倒推到发电”，以变压器的铁芯为界划分为三个回路一步一步进行分析．•如图所示为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则•A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大•B．保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小•C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大•D．保持P的位置不变，K合在a处时，若U1增大，I1将增大解析：K由a合到b时，n1减小，由U1U2＝n1n2可知U2增大，P2＝U22R随之增大，P1＝P2，P1＝U1I1，因而I1增大，A对；K由b合到a时，与上述情况相反，U2减小，R消耗的功率减小，B对；P上滑时，R增大，U2不变，P2＝U22R减小，因P1＝P2，P1＝U1I1，从而I1减小，C错；U1增大，由U1U2＝n1n2，可知U2增大，I2＝U2R随之增大，由I1I2＝n2n1可知I1增大，D对．答案：ABD•三、远距离输电问题•输电示意图(如图所示)(1)正确理解几个基本关系①功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4.②电压关系：U1U2＝n1n2，U2＝U线＋U3，U3U4＝n3n4.③电流关系：I1I2＝n2n1，I2＝I线＝I3，I3I4＝n4n3.④输电电流：I线＝P2U2＝P3U3＝U线R线.⑤输电导线上损耗的电功率P损＝P2－P3＝I2线R线＝U2线R线＝U线I线．⑥输电导线上的电压损失U线＝I线·R线＝U2－U3.•(2)处理思路•①根据具体问题画出输电线路示意图．•②研究三个回路，分析其中的已知量、可求量、待求量．•③研究两个变压器，分析其中的已知量、可求量、待求量．•④确定求解思路，根据回路及变压器上的电压、电流、功率关系列式求解．•一台交流发电机的输出功率为50kW，输出电压为240V，输电线总电阻R＝30Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电需求，则该输电线路所用的理想的升压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V,100W”的电灯正常发光？解析：按设计要求ΔP线＝ηP输＝6%×50kW＝3kW得输电线中电流I2＝ΔP线R＝10A升压变压器的输出电压U2＝P输I2＝5kV升压变压器原、副线圈匝数比n1n2＝U1U2＝2405000＝6125输电线损失电压ΔU线＝I2R＝300V降压变压器的输入电压U3＝U2－ΔU线＝(5000－300)V＝4700V降压变压器原、副线圈匝数比n3n4＝U3U4＝4700220＝23511降压变压器的输入功率P输′＝P输－ΔP线＝(50－3)kW＝47kW每盏电灯正常发光时的功率P灯＝100W所以能使电灯正常发光的盏数N＝P输′P灯＝47×103100盏＝470盏．答案：612523511470盏•【考情分析】近几年高考针对变压器原理及其应用的题目频率非常高，交变电流的四值(最大值、瞬时值、平均值、有效值)的计算和应用也是考查的热点．这部分知识常与电场、力学知识结合在一起，并注重交流电路与工农业生产和日常生活紧密联系，并常以选择题的形式考查，多以难度中等或中等偏下的考题出现．•【高考冲浪】•常考点一：交变电流的产生及应用•1．(天津高考)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，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则()•A．t＝0.005s时线框的磁通量变化率为零•B．t＝0.01s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311V•D．线框产生的交变电动势频率为100Hz解析：由图乙可知该正弦交变电流的电压最大值为311V，周期等于0.02s，因此，根据正弦交变电流的最大值与有效值之间的关系式U＝Um2知选项C错误；又f＝1T，则频率为f＝50Hz，选项D错误；当t＝0.005s时，u＝311V，取得最大值，穿过线框的磁通量变化率最大，选项A错误；当t＝0.01s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．答案：B•2．(四川高考)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2Ω.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1A．那么()A．线圈消耗的电功率为4WB．线圈中感应电流的有效值为2AC．任意时刻线圈中的感应电动势为e＝4cos2πTtD．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝Tπsin2πTt解析：由于线圈从垂直于中性面开始计时，则瞬时值表达式可记为e＝Emcosθ，当θ＝60°时，e＝iR＝2V，即2V＝Emcos60°，得最大值Em＝4V，则有效值E＝Em2＝42V＝22V，电流有效值I＝ER＝222A＝2A，功率为P＝E2R＝4W，瞬时值表达式为e＝4cos2πTt.故A、C正确，B错误．再由Em＝NBSω，则任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝BSsinθ＝EmNωsinθ＝4N·2πTsinθ＝2TNπsin2πTt，可知D错误．答案：AC•3.(安徽高考)图甲是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路．图乙是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示．已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动．(只考虑单匝线圈)•(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式．•(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式．•(3)若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热．(其他电阻均不计)解析：(1)t时刻线圈平面与中性面的夹角为ωt，设ab距OO′轴为r1，cd距OO′轴为r2，则有eab＝BL1ωr1sinωt①ecd＝BL1ωr2sinωt②线圈中的感应电动势为e1＝eab＋ecd＝BL1L2ωsinωt③(2)t时刻线圈平面与中性面的夹角为ωt＋φ0，则由③式知线圈中的感应电动势为e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)④(3)通过线圈电流的有效值为I＝Im2＝BL1L2ω2R＋r⑤线圈转动的周期为T＝2πω⑥所以线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热为Q＝I2RT＝B2L21L22ωRπR＋r2⑦答案：(1)e1＝BL1L2ωsinωt(2)e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)(3)B2L21L22ωRπR＋r2•常考点二：变压器的基本规律及应用•1．(福建高考)如图，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器．○V1和○V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；○A1和○A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是()•A．I1和I2表示电流的瞬时值•B．U1和U2表示电压的最大值•C．滑片P向下滑动过程中，U2不变，I1变大•D．滑片P向下滑动过程中，U2变小，I1变小解析：该题考查对交流电表的认识及变压器的动态变化问题，解题的关键是要掌握各物理量之间的关系．在交流电路中电压表和电流表用的不是直流电表，而是交流电表，而交流电表所测的电流或电压是有效值，而不是瞬时值或最大值，所以A、B选项不正确．由于U1保持不变，据U1U2＝n2n1可知U2＝n2n1U1，而I2＝U2R0＋R＝n2n1·U1R0＋R，据I1I2＝n2n1可知I1＝n2n1I2＝n2n12U1R0＋R，所以当R减小时，U2不变，I1变大，C选项正确．答案：C•2．(山东高考)为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图．保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压．某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示．以下正确的是()A．u2＝1902sin50πtVB．u2＝1902sin100πtVC．为使用户电压稳定在220V，应将P适当下移D．为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移解析：由图象可