1、专题十一 交变(jio bin)电流高考高考(o ko)物理物理第一页，共25页。知识清单第二页，共25页。第三页，共25页。第四页，共25页。第五页，共25页。第六页，共25页。第七页，共25页。第八页，共25页。第九页，共25页。第十页，共25页。第十一页，共25页。方法一正弦交变电流图象的应用技巧方法一正弦交变电流图象的应用技巧(jqio)正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来,图象描述图象描述的是交变电流随时间变的是交变电流随时间变化的规律化的规律,它是一条正弦曲线它是一条正弦曲线,如图所示如图所示,从图中我们可以找出正弦交变电
2、从图中我们可以找出正弦交变电流的最大值流的最大值Im、周期、周期T,也可以根据线圈在中性面时感应电动势也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零、感应电流为零、感应电流i为零、线圈中为零、线圈中的磁通量最大的特点的磁通量最大的特点,找出线圈旋转到中性面的时刻找出线圈旋转到中性面的时刻,即线圈中磁通量最大的时刻是即线圈中磁通量最大的时刻是0时刻、时刻、t2时刻和时刻和t4时刻。也可以时刻。也可以根据线圈旋转至平行于磁感线时根据线圈旋转至平行于磁感线时,感应电动势最大、线圈中感应电流最感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点大和磁通量为零的特点,找出线圈平行于磁感线的时刻是找出线圈平行于
3、磁感线的时刻是t1时刻和时刻和t3时刻。时刻。突破方法第十二页，共25页。例例1(2013山东理综山东理综,17,5分分)图甲是小型交流发电机的示意图图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极两磁极N、S间的磁场可视为水间的磁场可视为水平方向的匀强磁场平方向的匀强磁场,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沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时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.电流表的示数为电流表的示数为10AB.线圈转动的角速
4、度为线圈转动的角速度为50rad/sC.0.01s时线圈平面与磁场方向平行时线圈平面与磁场方向平行(pngxng)D.0.02s时电阻时电阻R中电流的方向自右向左中电流的方向自右向左第十三页，共25页。解析由题图乙知解析由题图乙知Im=10A,I=10A,A正确。正确。T=210-2s,=100rad/s,B错误。错误。t=0.01s时时,i=Im,此时线圈平面与磁场方向平行此时线圈平面与磁场方向平行,C正确。由右手定则判定正确。由右手定则判定0.02s时电阻时电阻R中电流方向自中电流方向自左向右左向右,D错误。错误。答案答案AC1-1在匀强磁场中在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转
5、轴匀速转动一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图甲所示如图甲所示,产生的交变产生的交变(jiobin)电动势的图象如图乙所示电动势的图象如图乙所示,则则()2m2I2T第十四页，共25页。A.t=0.005 s时线框的磁通量变化率为零B.t=0.01 s时线框平面与中性面重合(chngh)C.线框产生的交变电动势有效值为311 VD.线框产生的交变电动势频率为100 Hz答案 B解析线框中感应电动势与磁通量的变化率成正比,而t=0.005 s时e最大,故A错误。t=0.01 s时e=0,故B正确。电动势有效值为311 V220 V,故C错误。周期T=0.02 s,频率f=50 Hz,
6、故D错误。221T第十五页，共25页。方法二理想变压器的动态分析技巧方法二理想变压器的动态分析技巧理想变压器的几个制约关系。理想变压器的几个制约关系。当理想变压器的匝数比不变时当理想变压器的匝数比不变时,如图所示如图所示,各量相互关系如下各量相互关系如下:(1)输入输入(shr)电压电压U1决定输出电压决定输出电压U2。这是因为输出电压。这是因为输出电压U2=U1,当当U1不变时不变时,不论负载电阻不论负载电阻R变化变化与否与否,U2都不会改变。都不会改变。(2)输出电流输出电流I2决定输入决定输入(shr)电流电流I1,在输入在输入(shr)电压电压U1一定的情况一定的情况下下,输出电压输出
7、电压U2也被完全确定。当负载也被完全确定。当负载电阻电阻R增大时增大时,I2减小减小,则则I1相应减小相应减小;当负载电阻当负载电阻R减小时减小时,I2增大增大,则则I1相相应增大。因此在使用变压应增大。因此在使用变压器时器时,不能使变压器副线圈短路。不能使变压器副线圈短路。(3)输出功率输出功率P2决定输入决定输入(shr)功率功率P1,理想变压器的输入理想变压器的输入(shr)功率与功率与输出功率相等输出功率相等,即即P1=P2。在输入。在输入(shr)电压电压U21nn第十六页，共25页。1一定的情况下,当负载电阻R增大时,I2减小,则变压器输出功率(gngl)P2=I2U2减小,输入功
8、率(gngl)P1也将相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,变压器的输出功率(gngl)P2=I2U2增大,则输入功率(gngl)P1也将增大。(4)理想变压器中相关物理量间的制约关系的分析程序可表示为:U1U2I2I1P1。注意(1)变压器只能改变交流电压,若原线圈加直流电压,则副线圈输出电压为零,并且由于线圈对直流电无感抗,而使电流很大(相当于短路),易损坏直流电源。(2)对“日”字形铁芯的变压器,因为穿过原、副线圈的磁通量的变化率不等。(3)只有一个副线圈的变压器电流与匝数成反比,多个副线圈的变压器没有这种关系。例2 (2014广东理综,19,6分)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑
9、片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合电键S,下列说法正确的是()12UU12nn第十七页，共25页。A.P向下滑动时,灯L变亮B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大解析对于理想变压器U2=U1,U1不变则U2不变,与调节P无关,故B正确。又UL=U2,所以灯的亮度不变,A错。P向上滑动时RP减小,则R总减小,P出=增大,P入=P出=U1I1,所以I1增大,可知(k zh)C错误,D正确。答案 BD21nn22UR总第十八页，共25页。2-1图中图中B为理想变压器为理想变压器,接在交变电压有效值保持不变的电源上。指
10、示灯接在交变电压有效值保持不变的电源上。指示灯L1和和L2完全相同完全相同(其其阻值均恒定不变阻值均恒定不变),R是一个定值电阻是一个定值电阻,电压表、电流表都为理想电表。开始时开关电压表、电流表都为理想电表。开始时开关S是闭合的是闭合的,当当S断开后断开后,下列下列(xili)说法正确的是说法正确的是()A.电流表电流表A2的示数变大的示数变大B.电压表的示数变大电压表的示数变大C.电流表电流表A1的示数变小的示数变小D.灯灯L1的亮度变暗的亮度变暗答案答案C第十九页，共25页。解析变压器输出电压解析变压器输出电压(diny)由输入电压由输入电压(diny)和匝数比决定和匝数比决定,S断开后
11、输入电压断开后输入电压(diny)和匝数比不变和匝数比不变,所以电压所以电压(diny)表表的示数不变的示数不变;但负载电阻变大但负载电阻变大,则输出电流变小则输出电流变小,A2的示数变小的示数变小;输出、输入功率变小输出、输入功率变小,则则A1的示数的示数变小变小;因因R上电压上电压(diny)变小变小,则则L1上电压上电压(diny)变大变大,亮度变亮。故只有亮度变亮。故只有C对。对。第二十页，共25页。方法三远距离输电的分析技巧方法三远距离输电的分析技巧远距离输电时远距离输电时,由于输电线路上存在电阻由于输电线路上存在电阻,根据电流热效应根据电流热效应Q=I2Rt,总有总有一部分电能损失
12、在输一部分电能损失在输电线路上电线路上,减小线路上的电能损失减小线路上的电能损失,有两种方法有两种方法:一是减小导线上的电阻一是减小导线上的电阻;二是二是减小输电线路上通减小输电线路上通过的电流。过的电流。根据根据P=UI可知可知,通过提高输电电压通过提高输电电压,可减小输电线路上的电流可减小输电线路上的电流,从而减少输电从而减少输电线路的能量线路的能量(nngling)损失损失,即即采用高压输电是减少线路电能损失的有效方法采用高压输电是减少线路电能损失的有效方法(如图如图)。第二十一页，共25页。2.输电(shdin)过程功率的关系例3 (2014四川理综,1,6分)如图所示,甲是远距离输电
13、(shdin)线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则()1.输电输电(shdin)过程的电压关系过程的电压关系第二十二页，共25页。A.用户用电器上交流电的频率是100 HzB.发电机输出交流电的电压有效值是500 VC.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D.当用户用电器的总电阻(dinz)增大时,输电线上损失的功率减小解析由图乙知,交流电的周期为0.02 s,所以频率f=50 Hz,A错误。发电机输出交流电的电压最大值为Um=500 V,故有效值U=250 V,B错误。输电线电流I线=,可见I线与R线及用户电路有关,C错误。当用户用电器总电阻(dinz)增大时,P用
14、减小,I用减小,I线减小,输电线上损失的电功率P损=R线减小,D正确。答案 D3-1发电机的端电压为220 V,输出电功率为44 kW,输电导线的电阻(dinz)为0.2,如果用原、副线圈匝数之比为1 10 的升压变压器升压,经输电线路后,再用原、副线圈匝数比为10 1的降压变压器降压供给用户。(1)画出全过程的线路图。1Tm2U2PPR入用线2I线第二十三页，共25页。(2)求用户得到的电压和功率。(3)若不经过(jnggu)变压而直接送到用户,求用户得到的功率和电压。答案见解析解析该题是输电线路的分析和计算问题,结合电路结构和输电过程中的电压关系和电流关系可解此题。(1)线路图如图所示:(
15、2)升压变压器副线圈上的输出电压U2=U1=2 200 V,升压变压器副线圈上的输出电流I2=I1,21nn12nn第二十四页，共25页。升压变压器原线圈上的输入电流,由P=U1I1得I1=A=200 A,所以I2=I1=20 A。输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR=I2R=4 V,PR=R=0.08 kW。加到降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为I3=I2=20 A,U3=U2-UR=2 196 V。降压变压器副线圈上的输出(shch)电压和电流分别为U4=U3=219.6 V,I4=I3=200 A。用户得到的功率P4=U4I4=43.92 kW。(3)若不采用高压输电,线路损失电压为UR=I1R=40 V,用户得到的电压U=U1-UR=180 V,用户得到的功率为P=UI1=36 kW。1PU344 1022012nn22I43nn34nn第二十五页，共25页。
