浙江省2020高考物理二轮复习 专题四 第四讲 交变电流综合问题课件

第一部分专题复习讲义专题四电路与电磁感应第四讲交变电流综合问题知识内容考试要求备考指津1.交变电流c本讲在前几年高考试题中主要在实验题中考查，难度不大.2.描述交变电流的物理量c3.电感和电容对交变电流的影响b4.变压器c5.电能的输送c交变电流的产生及描述【题组过关】1．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动，如图甲所示，产生的感应电动势如图乙所示，则下列说法正确的是()A．t＝0.015s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311VD．线框产生的交变电动势频率为100Hz解析：选B.由题图乙可知t＝0.015s时感应电动势最大，根据E＝nΔΦΔt知磁通量变化率最大，选项A错误．t＝0.01s时感应电动势为零，磁通量变化率为零，但通过线框的磁通量最大，即线框平面与中性面重合，选项B正确．正弦交流电的有效值E＝Em2＝220V，选项C错误．根据题图乙知交流电周期T＝0.02s，所以频率f＝1T＝50Hz，选项D错误．2．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图所示的交变电动势图象，根据图象提供的信息，以下说法不正确的是()A．线圈转动的角速度为100π3rad/sB．电动势的有效值为14.1VC．t＝1.0×10－2s时，线圈平面和磁场方向的夹角为30°D．t＝1.5×10－2s时，穿过线圈平面的磁通量最大解析：选D.由题图可知T＝0.06s，则ω＝2πT＝100π3rad/s，由题图可知Em＝20V，则有效值为202V＝102V．t＝1.0×10－2s时线圈平面和磁场方向夹角为θ＝π2－ωt＝π6，而t＝1.5×10－2s时电动势最大，磁通量为零，综上可知A、B、C正确．3．如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则选项图所示的四幅图中正确的是()解析：选D.矩形线圈绕垂直于匀强磁场的转轴匀速转动产生正弦式交变电流，在开始计时(t＝0)时线圈转至题图乙所示的位置，据右手定则判断电流为负方向，首先排除A、B选项．若线圈转至题图甲所示的位置，感应电流为负向的峰值，可见t＝0的时刻交变电流处于负半周且再经T8到达中性面位置．或者令瞬时表达式i＝Imsin(ωt－φ0)，φ0＝π4，所以0＝Im·sin2πTt－π4，t＝T8，故D选项正确．(1)正弦式交变电流的产生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．(2)电流方向的改变，线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次．(3)利用E＝Em2、U＝Um2、I＝Im2计算有效值，只适用于正(余)弦式交变电流．变压器及其应用【重难提炼】1．关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变直流电压．(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率．(3)理想变压器本身不消耗能量．(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值．常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况．2．匝数比不变的情况(如图所示)(1)U1不变，根据U1U2＝n1n2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I1I2＝n2n1可以判断I1的变化情况．(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化情况．3．负载电阻不变的情况(如图所示)(1)U1不变，n1n2发生变化，U2变化．(2)R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．如图所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器．现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2A，电流表A2的示数增大了0.8A，则下列说法正确的是()A．电压表V1示数增大B．电压表V2、V3示数均增大C．该变压器起升压作用D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动[解析]电压表V1的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时V1的示数不变，选项A错误；电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压，原、副线圈匝数不变，输入电压不变，故V2的示数不变，V3的示数为V2的示数减去R0两端的电压，两线圈中电流增大，易知R0两端电压升高，故V3的示数减小，选项B错误；理想变压器U1I1＝U2I2，则U1ΔI1＝U2ΔI2，ΔI2ΔI1，故U2＜U1，变压器为降压变压器，选项C错误；因I2增大，故知R减小，变阻器滑片是沿c→d的方向滑动，选项D正确．[答案]D变压器动态分析的思路流程U1―――――→U1U2＝n1n2决定U2―――――→I2＝U2R负载决定I2――――――――――→P1＝P2（I1U1＝I2U2）决定I1――→P1＝I1U1决定P1.【题组过关】考向一理想变压器的原理1．(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是()A．原、副线圈匝数之比为9∶1B．原、副线圈匝数之比为1∶9C．此时a和b的电功率之比为9∶1D．此时a和b的电功率之比为1∶9解析：选AD.因为两灯泡额定电压相同且均正常发光，且输入电压为灯泡额定电压的10倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为9∶1，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为9∶1，A项正确，B项错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为1∶9，由电功率P＝UI可知，a和b的电功率之比为1∶9，C项错误，D项正确．2.(2017·高考北京卷)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝2202sin100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是()A．原线圈的输入功率为2202WB．电流表的读数为1AC．电压表的读数为1102VD．副线圈输出交流电的周期为50s解析：选B.由交流电压的表达式可知，原线圈两端所加的电压最大值为2202V，故有效值为U1＝220V，由U1U2＝n1n2，故副线圈电压的有效值为U2＝110V，故输出功率P2＝U22R＝220W，再由输入功率等于输出功率知，P1＝P2＝220W，A项错误；根据欧姆定律知，I2＝U2R＝2A，I1I2＝n2n1，得I1＝1A，故电流表读数为1A，所以B项正确；电压表的读数为有效值，即U2＝110V，C项错误；由交流电压的表达式可知，ω＝100π(rad/s)，又T＝2πω，解得T＝0.02s，所以D项错误．考向二变压器的动态分析3．有一理想变压器，其副线圈所接电路如图所示，灯L1、L2为规格相同的两只小灯泡．当S断开时，灯L1正常发光．S闭合后，下列说法正确的是()A．电阻R消耗的电功率增大B．灯L1、L2都能正常发光C．原线圈的输入功率减小D．原、副线圈的电流比减小解析：选A.当S闭合后，由变压器电压与匝数比关系：U1U2＝n1n2，可知副线圈电压U2不变，而电路的电阻减小，所以副线圈的电流增大，由P＝I2R知R消耗的功率增大，故A正确；副线圈的电流增大，所以电阻R两端的电压增大，而副线圈电压U2不变，所以灯泡两端的电压减小，灯L1、L2都不能正常发光，故B错误；由于副线圈中负载电阻减小，消耗的功率为P＝U22R总，故消耗的功率增大，又因为输入功率等于输出功率，故原线圈的输入功率增大，所以C错误；由电流与匝数关系n1n2＝I2I1，变压器原、副线圈的匝数比不变，故原、副线圈中电流之比不变，故D错误．考向三负载电阻不变的情况4．如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则()A．小灯泡变亮B．小灯泡变暗C．原、副线圈两端电压的比值不变D．通过原、副线圈电流的比值不变解析：选B.设原、副线圈减少的匝数均为n，则根据变压比有，U1U2＝n1n2，U1U′2＝n1－nn2－n，由于U′2＝n2－nn1－nU1，U2＝n2n1U1，因此U′2小于U2，即副线圈两端的电压变小，小灯泡变暗，A项错误，B项正确；由于匝数比变化，因此原、副线圈两端电压的比值和通过原、副线圈电流的比值均发生变化，C、D项错误．远距离输电【题组过关】1.如图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsinωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为()A．(n1n2)U2m4rB．(n2n1)U2m4rC．4(n1n2)2(PUm)2rD．4(n2n1)2(PUm)2r解析：选C.升压变压器T的原线圈两端电压的有效值为U1＝Um2；由变压关系可得U1U2＝n1n2，则U2＝n2Um2n1；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2＝PU2＝2n1Pn2Um，则输电线上损失的电功率为ΔP＝I22(2r)＝4n21P2rn22U2m，故选项C正确．2．如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压是U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1.在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2.则()A．用户端的电压为I1U1I2B．输电线上的电压降为UC．理想变压器的输入功率为I21rD．输电线路上损失的电功率为I1U解析：选A.根据理想变压器的工作原理，得I1U1＝I2U2，所以用户端的电压U2＝I1U1I2，选项A正确；输电线上的电压降U′＝I1r＝U－U1，选项B错误；变压器的输入功率P1＝I1U－I21r＝I1U1，选项C错误；输电线路上损失的功率P′＝I21r＝I1(U－U1)，选项D错误．输电线路功率损失的计算方法(1)P损＝P－P′，P为输送的功率，P′为用户得到的功率．(2)P损＝I2线R线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻．(3)P损＝ΔU2R线，ΔU为输电线路上损失的电压．(4)P损＝ΔU·I线．