【大高考】(全国通用)2016届高考物理-专题十一-交变电流课件

知识点一交变电流及其图象1.交变电流(1)定义：大小和方向随时间做________变化的电流.周期性(2)图象：如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流.2.正弦交流电的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕______磁场方向的轴匀速转动.(2)图象：如图甲、乙所示.垂直【易错防范】(1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间发生周期性变化.()(2)线圈平面与磁感线垂直的位置称为中性面.()(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电动势为最大.()√√×知识点二正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值1.周期和频率(1)周期T：交变电流完成___________变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s).公式：T＝2πω.(2)频率f：交变电流在1s内完成周期性变化的______，单位是赫兹(Hz).(3)周期和频率的关系：T＝____或f＝____.一次周期性次数1f1T2.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流某一_____的值，是时间的函数.(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的_______.(3)有效值：①定义：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_____相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的______.②正(余)弦交变电流有效值和峰值的关系:E＝____，U＝____，I＝_____.(4)平均值:交变电流图象中波形与横轴_________跟时间的比值.时刻最大值热量有效值所围面积Em2Um2Im2【易错防范】(1)在一个周期内交变电流的方向要改变两次.()(2)交流电气设备上所标的电压和电流值及交流电压表和电流表测量的是交流电的有效值.()(3)交变电流的峰值总是有效值的倍.()√√×知识点三理想变压器1.构造和原理(如图所示)(1)主要构造：由_______、________和_________组成.(2)工作原理：电磁感应的_____现象.原线圈副线圈闭合铁芯互感2.理想变压器的基本关系式(1)功率关系：________.(2)电压关系：U1U2＝n1n2，若n1＞n2，为____变压器；若n1＜n2，为____变压器.(3)电流关系：只有一个副线圈时，________；有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn.P入＝P出降压升压I1I2＝n2n13.几种常用的变压器(1)自耦变压器——调压变压器.(2)互感器电压互感器：把_______变成_______.电流互感器：把_______变成________.高电压大电流小电流低电压【易错防范】(1)没有能量损失的变压器叫理想变压器.()(2)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用.()(3)变压器不但能改变交变电流的电压.还能改变交变电流的频率.()(4)理想变压器能改变交变电压、交变电流，但不改变功率，即输入功率总等于输出功率.()√√×√知识点四远距离输电1.输电过程(如图所示)2.电压损失(1)ΔU＝U－U′.(2)ΔU＝______.IR线3.功率损失(1)ΔP＝P－P′.(2)ΔP＝_____＝_______＝ΔU2R线.4.输送电流(1)I＝PU.(2)I＝U－U′R线.I2R线(PU)2R线【名师助学】(1)明确U和ΔU的区别,U是输电电压,ΔU是输电导线上的电压损失.(2)输电线上的损耗通常指两个方面：一是电压损失，ΔU＝IR线；二是功率损失，P损＝I2R线,可见损耗的根源是输电线上存在电阻.要点一正弦交变电流的产生及变化规律[突破指南]1.计时起点物理量函数图象从S⊥B(中性面)开始计时磁通量Φ＝Φmcosωt电动势e＝Emsinωt从S∥B(磁通量为零)开始计时磁通量Φ＝Φmsinωt电动势e＝Emcosωt说明Φm＝BS；Em＝NBSω2.两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变.(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e最大，i最大，电流方向不改变.【典例1】(2013·山东理综，17，4分)(多选)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下判断正确的是()A.电流表的示数为10AB.线圈转动的角速度为50πrad/sC.0.01s时线圈平面与磁场方向平行D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左解析电流表显示的是交变电流的有效值，即I＝Im2＝10A，选项A正确；从图象可知周期T＝2×10－2s，则ω＝2πT＝100πrad/s，选项B错误；0.01s时，线圈转过了半个周期，线圈平面与磁场方向平行，选项C正确；0.02s时线圈转动到图示位置，AB边向下切割磁感线，根据右手定则可判断电流方向从B指向A，即电阻R中电流的方向自左向右，选项D错误.答案AC【借题发挥】解决交变电流图象问题的三点注意(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关.(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积.(3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解.要点二交流电的“四值”的应用[突破指南]对交变电流的“四值”的比较和理解物理量物理意义适用情况及说明瞬时值e＝Emsinωtu＝Umsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值(最大值)Em＝nBSωIm＝EmR＋r讨论电容器的击穿电压有效值对正(余)弦交流电有：E＝Em2U＝Um2I＝Im2(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(4)电表的读数为有效值平均值E＝BLvE＝nΔΦΔtI＝ER＋r计算通过电路截面的电荷量【典例2】(2015·广东佛山质检)如图所示，N＝50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1＝20cm，ad边长l2＝25cm，放在磁感应强度B＝0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n＝3000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r＝1Ω，外电路电阻R＝9Ω，t＝0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里.求：(1)t＝0时感应电流的方向；(2)感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做的功；(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量.【解题探究】分析题意，明确交变电流的“四值”适用的情况：(1)求电动势的瞬时值应先求电动势的.(2)求线圈转一圈外力做的功要用电流的.(3)求电荷量时要用电流的.提示(1)最大值(2)有效值(3)平均值解析(1)根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba.(2)线圈的角速度ω＝2πn＝100πrad/s，图示位置的感应电动势最大，其大小为Em＝NBl1l2ω代入数据得Em＝314V感应电动势的瞬时值表达式e＝Emcosωt＝314cos(100πt)V.(3)电动势的有效值E＝Em2线圈匀速转动的周期T＝2πω＝0.02s线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即W＝I2(R＋r)T＝E2R＋r·T代入数据得W＝98.6J(4)从t＝0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量q＝NΔΦ（R＋r）ΔtΔt＝NBΔSR＋r＝NBl1l2R＋r代入数据得q＝0.1C.答案(1)感应电流方向沿adcba(2)e＝314cos(100πt)V(3)98.6J(4)0.1C【借题发挥】计算有效值时应注意的三个问题(1)I＝Im2、U＝Um2、E＝Em2三个公式，只适用于正(余)弦式交流电.(2)利用有效值的定义计算(非正弦式交流电).在计算有效值时“相同时间”应取一个周期或周期的整数倍.(3)利用能量关系求解.当有电能和其他形式的能转化时，可利用能量守恒定律来求有效值.要点三变压器基本规律的应用[突破指南]理想变压器及其原、副线圈基本量的关系理想变压器①没有能量损失(铜损、铁损)②没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)基本关系功率关系P入＝P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、副线圈个数的多少无关基本关系电流关系只有一个副线圈时，电流和匝数成反比；有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系频率关系原、副线圈中电流的频率相等制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈的电流I1由副线圈的电流I2和匝数比决定【典例3】如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6Ω，AB端电压u1＝12sin(100πt)V，下列说法正确的是()A.电流频率为100HzB.的读数为24VC.的读数为0.5AD.变压器输入功率为6W解析由u1＝122sin(100πt)V可知,Um＝122V,ω＝100πrad/s，则频率f＝ω2π＝50Hz，A项错误；U1＝Um2＝12V，U2＝n2n1·U1＝6V，B项错误；I2＝U2RL＝1A，C项错误；P1＝P2＝U2I2＝6W，D项正确.答案D【借题发挥】基本量关系解题的两点提醒(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点,电流关系的推导是以其为依据的.(2)变压器的关系都是根据“口”字型铁芯的变压器推出的.如果变压器不是“口”字型铁芯，应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系.要点四理想变压器的动态分析[突破指南]分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定.(1)匝数比不变的情况(如图所示)①U1不变，根据U1U2＝n1n2，输入电压U1决定输出电压U2，可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变.②当负载电阻发生变化时，I2变化，根据输出电流I2决定输入电流I1，可以判断I1的变化.③I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化.(2)负载电阻不变的情况(如图所示)①U1不变，n1n2发生变化，U2变化.②R不变，U2变化，I2发生变化.③根据P2＝U22R和P1＝P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化.【典例4】如图所示，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.和是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，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变小解析交流电表的示数为有效值，故A、B两项均错误；P向下滑动过程中，R变小，由于交流电源与原、副线圈匝数不变，即U1、U2均不变，所以I2＝U2R0＋R变大，由I1I2＝n2n1，得I1＝n2n1I2变大，故C项正确、D项错误.答案C【借题发挥】分析该类问题的一般思维流程是：要点五远距离输电问题[突破指南]远距离输电问题的“三二一”1.理清三个回路2.抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系了回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是U1U2＝n1n2，I1I2＝n2n1，P1＝P2.(2)理想的降压变压器联系了回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是U3U4＝n3n4，I3I4＝n4n3，P3＝P4.3.掌握一个守恒能量守恒关系式P1＝P损＋P3【典例5】(2015·湖南长沙五县联考)(多选)在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变.随着发电厂