2019-2020学年高中物理 第2章 交变电流章末整合课件 粤教版选修3-2

章末整合知识网络专题一交流电最大值、有效值、平均值的计算和应用1．最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴旋转所产生的交变电流的电动势，其最大值Em＝nBSω，在考虑电容器的耐压值时，应根据交流电的最大值．热点专题2．平均值：平均值需用E＝nΔΦΔt和I＝ER进行计算，求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值，q＝It.3．有效值：正弦式交流电的有效值I＝Im2，其他交变电流的有效值根据有效值的定义计算，求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值；没有特殊说明时，交流电的电流、电压、电动势均指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值．如图所示，交流发电机的矩形线圈abcd中，ab＝cd＝50cm，bc＝ad＝30cm，匝数n＝100匝，线圈电阻r＝0.2Ω，外电阻R＝4.8Ω.线圈在磁感应强度B＝0.05T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO′匀速转动，角速度ω＝100πrad/s.例1(1)求产生感应电动势的最大值．(2)若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式．(3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少？(4)此发电机的功率为多少？(5)从图示位置起，转过90°过程中，平均电动势为多少？通过线圈截面的电荷量为多少？解析：(1)设ab＝l1，bc＝l2，则交流电动势的最大值Em＝nBl1l2ω≈235.5V.(2)根据闭合电路欧姆定律，电流的最大值Im＝EmR＋r＝47.1A，在题图所示位置时，电流有最大值，则电流的瞬时值表达式为i＝Imcosωt，代入数值得i＝47.1cos(100πt)A.(3)电流的有效值为I＝Im2≈33.3A，路端电压的有效值为U＝IR≈160V，即电压表的示数为160V，电流表的示数为33.3A.(4)电动势的有效值为E＝Em2≈166.5V，则发电机的功率为P＝IE≈5544W.(5)平均电动势为E－＝nΔΦΔt＝nBS－0π2·1ω＝n2Bl1l2ωπ＝150V，通过线圈截面的电荷量q＝I－Δt＝E－R＋rΔt＝nΔΦR＋r＝nBl1l2R＋r＝0.15C.答案：(1)235.5V(2)i＝47.1cos(100πt)A(3)160V33.3A(4)5544W(5)150V0.15C专题二远距离高压输电问题输电示意图：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．发电机输出功率为40kW，输出电压400V，用变压比(原、副线圈匝数比)为1∶5的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5Ω，到达用户后再用变压器降为220V，求：(1)输电线上损失的电功率是多少？(2)降压变压器的变压比是多少？解析：输电线路如图所示．例2(1)发电机输出的电压为400V，经升压变压器后电压为U＝51×400V＝2×103V，由P＝UI得输电线上的电流I＝PU＝40×1032×103A＝20A，输电线上损失的功率ΔP＝I2R＝202×5W＝2×103W.(2)输电线上的电压损失ΔU＝IR＝20×5V＝100V，加在降压变压器原线圈两端的电压U1＝U－ΔU＝2×103V－100V＝1.9×103V，降压变压器副线圈两端的电压(用户所需的电压)U2＝220V，故降压变压器的变压比n1n2＝U1U2＝1.9×103V220V＝9511.答案：(1)2×103W(2)95∶11专题三变压器习题的一般解题思路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，只要绕在同一闭合铁芯上，任意两线圈之间总有UPUQ＝nPnQ.2．功率思路：理想变压器的输入、输出功率关系为P入＝P出，即P1＝P2；当变压器有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋….3．电流思路：对只有一个副线圈的变压器有I1I2＝n2n1；当变压器有多个副线圈时，n1I1＝n2I2＋n3I3＋….4．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.5．(变压器动态问题)制约思路：(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1n2一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2＝n2n1U1，可简述为“原制约副”．(2)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＝n2n1I2，可简述为“副制约原”．(3)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由用户负载及电压U2确定，I2＝P2U2；③总功率P总＝P线＋P2.有两个输出电压相同的交变电源，第一个电源外接电阻为R1；第二个电源外接一个理想变压器，变压器原线圈的匝数为n1，副线圈的匝数为n2，变压器的负载为一个阻值为R2的电阻．今测得两个电源的输出功率相等，则两电阻的大小之比R1∶R2为()解析：两电源的输出电压和输出功率都相等，说明两电源的电流都相等，对于连接变压器的电源，其电流I1与副线圈的电流I2关系为：例3A．n1∶n2B．n21∶n22C．n2∶n1D．n22∶n21I1I2＝n2n1，I2＝U2R2，I1＝n2U2n1R2，U2＝n2n1U1，I1＝n22U1n21R2，①直接接电阻R1的电源的电流为I＝UR1，I＝I1，U＝U1，将它们代入①式后可得：R1∶R2＝n21∶n22，所以本题的正确选项为B.答案：B理想变压器问题的分析思路纵观高考命题，对于变压器问题，多集中于对变压器的工作原理及U、I、P、n各量间基本关系的考察，作为备考的重点，解题思路如下：解题策略思路1电压思路：理想变压器原副线圈的电压之比符合：U1n1＝U2n2＝U3n3＝….思路2功率思路：理想变压器输入功率和输出功率符合：P入＝P出，即P1＝P2＋P3＋….思路3电流思路：理想变压器原副线圈的电流符合：n1I1＝n2I2＋n3I3＋….思路4制约思路：(1)电压制约：原线圈的电压决定副线圈的电压．(2)负载决定：在电压一定的情况下，负载的功率，电流决定副线圈的功率和电流．(3)电流和功率制约：副线圈的功率和电流制约原线圈的功率和电流．思路5原理思路：变压器原线圈中的磁通量发生变化，铁芯中ΔΦΔt相等，当遇到“▭”型变压器时有ΔΦ1Δt＝ΔΦ2Δt＋ΔΦ3Δt.1．(2019·上饶名校联考)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2∶n3＝6∶1∶1，三个灯泡的规格均相同，此时L1的功率为P，假定灯泡的电阻不随电压变化而改变，则下列说法中正确的是()A．L3的功率为P6B．L3的功率为P36C．I1∶I2＝6∶1D．I1∶I2＝1∶6【答案】B【解析】设原线圈的电压为U1，n2和n3对应的电压分别为U2、U3.根据变压器原理可得U2＝U3＝n3n1U1＝16U1.由于L1的功率为P，则P＝U21RL，L3的功率为P3＝U23RL＝136×U21RL＝136P，故A错误，B正确；根据变压器原理可得U1I1＝U2I2＋U3I3＝2U2I2，解得I1I2＝2U2U1＝13，故C、D错误．2．(多选)(2019·上海名校月考)远距离输电装置如图所示，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，2是升压变压器的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，R是输电线的电阻，交流电源的输出电压恒定．当K由2改接为1时，下列说法正确的是()A．电压表读数增大B．电流表读数增大C．电流表读数减小D．输电线上损失的功率减小【答案】AB【解析】K由2改接为1时，升压变压器副线圈匝数增多，根据U1∶U2＝n1∶n2可知输电电压U2升高，所以最终降压变压器的输出电压变大，电压表测路端电压，示数变大，A正确；电压表示数增大，用户端总电流I4增大，由n3n4＝I4I3比例关系可得电流表的示数增大，B正确，C错误；电流表示数增大，输电线损失功率增大，D错误．