高中物理《交变电流》精华复习资料 28页

高中物理《交变电流》精华复习资料目录5.1交变电流电感电容对交变电流的作用25.2变压器电能输送8《交变电流》章末测试题14章末测试题答案18\n\n5.1交变电流电感电容对交变电流的作用[学习目标]1、理解交变电流的产生原理及变化规律；2、理解描述交变电流几个物理量以及它们之间的关系；3、理解电感、电容器对交变电流有阻碍作用的原因？[自主学习]一、交变电流的产生1、什么是中性面？2、当线圈处于中性面时，穿过线圈的磁通量，感应电流为，而当线圈垂直于中性面时，穿过线圈的磁通量为，感应电流。3、线圈每转动一周，电流方向改变次，电流方向改变时，线圈处于什么位置？我国日常生活中使用的交变电流一秒中电流方向改变次。二、交变电流的描述1、写出正弦式交变电流电动势的最大值、瞬时值、有效值以及平均值表达式？2、对于正弦式交变电流其有效值与最大值得关系是：，是不是对一切交变电流都是如此？3、在我们经常遇到的问题中，那些地方应用有效值？那些地方应用最大值？那些地方应用平均值？三、电感、电容1、试分析电感电容器对交变电流有阻碍作用的原因？感抗与容抗与那些因素有关？有什么关系？26\n2、扼流圈分为低频扼流圈和高频扼流圈：那低频扼流圈的作用是：，高频扼流圈的作用是：。[典型例题]tt2t4Em0t1t3e例1：一矩形线圈，绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是：A、t1时刻通过线圈的磁通量为零；B、t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C、t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大；D、每当e改变方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大t4200.01-320.020.030.04i/A例2、如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图象，此交变电流的有效值：A、52AB、5AC、3.52AD、3.5AabcdψO`ORB例3：如图，矩形线圈面积为s，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感强度为B的匀强磁场中绕OO`轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。求：⑴、写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式；⑵、如果线圈从图示位置开始计时，写出电动势的瞬时表达式；⑶、当线圈由图示位置转过900的过程中，电阻R上所产生的热量；⑷、当线圈由图示位置转过900的过程中，通过电阻R的电荷量。26\n[针对训练]1、交流发电机在工作时电动势为e=Emsinωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减少一半，其它条件不变，则电动势为（）A、e=Emsin（ωt/2）B、e=2Emsin（ωt/2）C、e=Emsin2ωtD、e=Em/2sin2ωt2、一电热器接在10v的电源上，产生的热功率为P,把它改接到另一正弦交变电路中，要使产生的热功率为原来的一半，如果忽略电阻值随温度的变化，则该交变电流的电压的最大值为等于（）A、5vB、14vC、7.1vD、10vt/Si/A020.2-20.40.63、如图是一个正弦交变电流的i—t图象，根据这一图象，该交流电的瞬时值表达式为A,它的有效值为A。a~E1E212ABCbcS4、如图所示，A、B、C为三个相同的灯泡，a、b、c为与之串联的三个元件，E1为直流电源，E2为交流电源。当开关S26\n接“1”时，A、B两灯均正常发光，C灯不亮。S接“2”时，A灯仍正常发光，B灯变暗，C灯正常发光。由此可知，a元件应是b元件应是c元件应是。tT/2TEm0-Eme5、一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直，线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示，则磁感应强度B=，在t=T/12时刻，线圈平面与磁感线的夹角等于。t/s0.10.20.310-1000.4i/A6、如图所示，表示一交流电的电流随时间的变化图象，其中电流正值为正弦曲线的正半周，则该交流电的有效值为多少？ψabcdO`ORBV7、如图所示，一交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数N=100，线圈电阻r=3Ω，ab=cd=0.5m，bc=ad=0.4m，磁感应强度B=0.5T，电阻R=311Ω，当线圈以n=300r/min的转速匀速转动时，求：⑴、感应电动势的最大值；⑵、t=0时刻，线圈在图示位置，写出此交变电流电动势的瞬时值表达式；26\n⑶、此电压表的示数是多少？[能力训练]1、如图甲中所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是（）t/SΦ0Φmt1-Φmt4t2t3t5乙ψcbadB甲A、t1时刻线圈中感应电动势最大；B、t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直；C、t3时刻线圈平面与中性面重合；D、t4、t5时刻线圈中感应电流方向相同2、已知交变电流i=Imsinωt,线圈从中性面开始转动，转动了多长时间，其瞬时值等于有效值（）A、2π/ωB、π/2ωC、π/4ωD、π/2ωabcdtit1t2t3t403、如图，[形金属导轨水平放置，导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合电路，并能在导轨上26\n自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中。通有如图所示的交变电流。规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的时间是（）A、0—t1B、t1—t2C、t2—t3D、t3—t4~UVAL4、在如图所示电路图中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无穷大，交流电源的电压u=2202sin100πtV，若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是（）A、电流表示数增大B、电压表示数增大C、灯泡变暗D、灯泡变亮~UC5、如图所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是（）A、把电介质插入电容器，灯泡变亮；B、增大电容器两板间的距离，灯泡变亮；OO`C、减少电容器两板间的正对面积，灯泡变暗；D、使交变电流频率减小，灯泡变暗6、如图所示，有一闭合的正方形线圈，匝数N=100，边长为10cm，线圈总电阻为10Ω，线圈绕OO’轴在B=0.5T的匀强磁场中转动，每分钟转1500转，则线圈平面从图示位置转过30度时，感应电动势的值是V。7、一交流电压的瞬时值表达式为U=15sin100πt，将该交流电压加在一电阻上，产生的电功率为25W，那么这个电阻的阻值Ω。8、有一交流电压的变化规律为U=311sin314t，若将辉光电压是220V的氖管接上此交流电压，则在1s内氖管发光的时间为多少？26\nt/10-2SΦ/*10-2Wb01.0-1.03.141.579、一小型发电机内的矩形线圈在匀速磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100，穿过每匝的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻r=5.0Ω，外电路电阻R=95Ω。已知感应电动势的最大值Em=nωΦm。其中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）的读数？ψabcdO`ORBV10、如图所示，边长为a=10cm的正方形线圈绕垂直于磁感线的OO`轴以n=10r/s的转速匀速转动，磁场的磁感应强度B=0.1T，线圈的匝数N=100匝，电阻r=1Ω。线圈两端分别接在两个固定于OO`轴上且彼此绝缘的金属滑环上，外电路接有R=9Ω的电阻，并接有一只理想交流电压表。求：⑴、电压表的读数；⑵、若从线圈通过中性面开始计时，转过900过程中，通过电阻R的电荷量；⑶、在1min内，作用在线圈上的外力所做的功是多少？26\n[学后反思]baL答案典型例题：例1、D例2、B例3、⑴Em=NBSω,⑵e=NBSωcosωt,⑶Q=πRωN2B2S2/[4(R+r)],⑷q=NBS/R针对训练：1C,2D,3i=2sin5πt,2,4电阻、电感、电容器，526\nEmT/2πs、300，68.7A,7⑴314v、⑵e=314sin10πt、⑶220v能力训练：1、BC2、C3、AC4、BC5、ACD6、39.37、4.58、0.5s9、1.4A10、⑴、4.0v⑵、4.0v⑶、120J26\n5.2变压器电能输送[学习目标]1、理解变压器的工作原理；2、掌握理想变压器原、副线圈中电压、电流与匝数的关系及功率关系；3、知道输电线上的功率损失及减少功率损失的方法；4、能解决高压送电的实际问题[自主学习]一、变压器1、变压器的原理是变压器的工作基础。由于互感现象，使得穿过原副线圈的相同。根据E=得，原、副线圈产生感应电动势E与匝数n成。I1I2U1n1n2RU22、理想变压器的变压、变流规律和功率关系：⑴、变压规律：⑵、变流规律：⑶、功率关系：3、变压器有二个副线圈的情况I2I1⑴、电压与匝数间关系：~n1n2n3I3L1L2①、②、③、⑵、电流与匝数间关系：26\n⑶、功率关系：4、简述理想变压器各种物理量的决定关系。二、电能的输送1、电功率损失和电压损失⑴功率损失：远距离输送电能，由于输电线上的电流热效应，电能转化为热能。出现功率损失。△P=。⑵、电压损失：远距离输送电能，线路中电阻R上消耗部分电压。△U=。2、减少功率损失和电压损失的方法：⑴、⑵、n1n2U2U3n3n4RU4RI1I23、高压输电网络及各物理量间关系：U1~⑴、远距离输电线路图：⑵、常用分析公式：①、输电电流：I2=②、输电导线损失的电功率：降压变压器升压变压器P损=③、输电导线损失的电压：U损=U2AVA2SU1[典型例题]U1例1、如图所示为一理想变压器，原线圈的输入电压U1=3300v，副线圈的输出电压U2=220v，绕过铁心的单匝导线的电压表的示数为U0=2v,则：⑴、原、副线圈的匝数各是多少？⑵、当S断开时，A2的示数I2=5A，那么A1的示数是多少？26\n⑶、当S闭合时，A2的示数将如何变化？A1的示数如何变化？分析过程：解答过程：例2、一座小型水电站，水以3m/s的速度流入水轮机，而以1m/s的速度流出。流出水位比流入水位低1.6m，水的流量Q=1m3/s如果水流能量的75%供给发电机，20%用于水温升高。求：⑴、水温升高多少：⑵、若发电机效率为80%，则发电机的输出功率多大？⑶、发电机的输出电压为240v，输电线路电阻为50/3欧姆，允许损失的电功率为5%，用户的需电压为220v，则所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数比各是多少？画出远距离输电过程示意图，[变压器为理想变压器，g取10m/s2，水的比热容为4.2*103J.kg.0C]分析过程：解题过程：RI1MU1~n1n2NL1L2S[针对训练]26\n1、如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同灯泡L1、L2，输电线上的等效电阻为R，开始时，开关S断开。当S接通时，以下说法中正确的是（）A、副线圈两端M、N的输出电压减少。B、副线圈输电线等效电阻R上的电压增大。C、通过灯泡L1的电流减小。D、两线圈中的电流增大。U1n1n2Rabsp2、如图所示为一理想变压器的电路图，图中S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器R的滑片，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则下列说法中正确的是（）A、若保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大；B、若保持U1及P的位置不变，S由b合到a时，R消耗的功率将增大；C、若保持U1不变，S接在a处，使P向上滑时，I1将增大；D、若保持P的位置不变，S接在a处，使U1增大时，I1将增大。~U1n1n2n3R2R33、如图所示，以知n1：n2=4：3，R2=100欧姆，变压器没有功率损耗。在原线圈加上交流电U1=40sin100πtv则R2上的发热功率是W。若R3=25Ω时发热功率与R2相同，则流过原线圈的电流I1和流过R3的电流I3之比为。4、发电厂发电机的输出电压为U1。发电厂到学校的输电导线总电阻为R，通过导线的电流为I，学校得到的电压为U2，则输电线上损耗的功率可表示为（）A、U12/RB、（U1—U2）2/RC、I2RD、I（U1—U2）5、在电能输送过程中，若输送的电功率一定，输电线电阻一定时，则在输电线上损耗的电功率（）26\nA、和输送电线上的电压降的平方成反比；B、和输送电流的平方成反比；C、和输送电线上的电压降的平方成正比；D、和输送电流平方成正比。6、有条河流，流量Q=2m3/s，落差h=5m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240v，输电线总电阻为R=30Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用户的需求，则该输电线路的使用的理想升压、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？（g取10m/s2）解题过程：[能力训练]1、如图所示，一理想变压器的初、次级线圈的匝数比为3：1，次级接三个相同的灯泡，均能正常发光，今若在初级线圈接一相同的灯泡L后，三个灯泡Lab仍正常发光，则（）A、灯L也能正常发光；B、灯L比另外三个等都暗；C、灯L将会被烧坏；D、不能确定。2、将输入电压为220v，输出电压为6v的变压器，改装成输出电压为30v的变压器，副线圈原来的匝数为30匝，原线圈的匝数不变，则副线圈应增加的匝数为（）26\nA、150匝B、144匝C、130匝D、120匝~U1n1n2n3L1L23、如图所示，理想变压器原线圈的匝数为1000匝，两个副线圈的匝数分别为n2=50匝、n3=100匝，L1是“6v、2w”的小灯泡，L2是“12v、4w”的小灯泡，当n1接上交流电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为（）A、1/60AB、1/30AC、1/20AD、1/40ARn2n1~4、如图所示，某理想变压器的原副线圈的匝数均可调节，原线圈两端电压为一最大值不变的正弦交流电，在其他条件不变的情况下，为了使变压器输入功率增大，可使（）A、原线圈匝数n1增加；B、副线圈匝数n2增加；C、负载电阻R的阻值增大；D、负载电阻R的阻值减少215、在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一线圈，另一半通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数之比为n1：n2=2：1，在不接负载的情况下（）A、当线圈1输入电压220v时，线圈2输出电压为110v；B、当线圈1输入电压220v时，线圈2输出电压为55v；C、当线圈2输入电压110v时，线圈1输出电压为220v；26\nD、当线圈2输入电压110v时，线圈1输出电压为110v~U1n1n2n3`abcdA6、如图理想变压器的输入电压一定，每个副线圈匝数分别为n2、n3，当把一电热器接在a、b间，让c、d空载时，安培表的示数为I1；当把同一电热器接在c、d间让a、b空载时，安培表的示数为I2，则I：I`的值为（）A、（n2/n3）2B、（n3/n2）2C、n2/n3D、n3/n27、某用电器要离供电电源L，线路上的电流为I，若要求线路上的电压降不超过U，以知输电导线的电阻率为ρ，那么，该输电导线的横截面积最小值为（）A、ρL/UB、2ρLI/UC、U/ρLID、2UI/ρL8、发电机端电压为220v，输送功率110kw。若要保证用户至少获得100kw电功率，则输电导线电阻不得大于Ω；若用以升压变压器升压到5500v后进行输电，则导线电阻不得大于Ω。B~U1n1n2RU2F9、如图所示，理想变压器B的原线圈跟副线圈的匝数比n1：n2=2：1，交流电源电压U1=220v，F为熔断电流I0=1.0A的保险丝，负载为一可变电阻。（1）、当电阻R=100Ω时，保险丝能否被熔断？（2）、要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值最小值为多少？变压器输出的电功率不能超过多少？26\n10、一台发电机输出的电功率为100kw，输出电压为250v，先欲向远处输电，若输电线总电阻为8Ω，要求输电时输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，要向用户输送200v电压，求：（1）、试画出这次输电线路的示意图；（2）、输电所需升压变压器和降压变压器的原副线圈的匝数之比分别是多少？（3）、用户得到的电功率是多少？[学后反思]答案针对训练：26\n1、BCD2、AD3、4.5W，3：44、BCD5、CD能力训练：1、A2、D3、D4、BD5、BD6、A7、B8、0.04，259、不能，55欧姆，220瓦n1n2U2U3n3n4RU4RI1I210、（1）、（2）、n1：n2=1/16,n3：n4=190/11(3)、P用=95KW26\n《交变电流》章末测试题一、选择题（每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中有一个或多个选项正确）1、矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，从中性面开始转动1800的过程中，平均感应电动势和最大感应电动势之比为：（）A、π/2B、2πC、πD、2/π2、交流发电机正常工作时产生的电动势为e=Emsinωt,若将其线圈的匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式为：（）A、e=EmsinωtB、e=2EmsinωtC、e=2Emsin2ωtD、e=Emsin2ωtAGC3、如图所示的电路，G为一交流发电机，C为平行板电容器，为使安培表示数增加，可行的办法是（）A、使发电机的转速增加；B、使发电机的转速减少；C、使电容器两极板间距离增大；t/sT/2T3T/28-320D、在平行板电容器间换用介电常数较大的电介质。26\n4、某电阻元件在正常工作时，通过它的电流按如图所示的规律变化。今与这个电阻元件串联一个多用电表（已调至交流电流档），则多用电表的数为：（）A、42AB、4AC、5AD、52ALRabC~~5、如图所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流，L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100PF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是（）A、L的作用是“通低频，阻高频”；B、C的作用是“通交流，隔直流”；C、C的作用是“通高频，阻低频”；D、通过R的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比6、如图所示，a、b、c为三只功率较大的完全相同的电炉，abcL~a离电源很近，而b、c离用户电灯L很近，电源离用户电灯较远，输电线有一定电阻，电源电压恒定，则（）①、使用a时对用户电灯影响大；②、使用b时比使用a时对用户电灯影响大；③、使用b、c对用户电灯影响几乎一样大；④、使用c时对用户电灯没有影响。以上说法正确的是（）A、①③B、②④C、①④D、②③U1n1n2L2U2L17、如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接着完全相同的灯泡L1、L2。原、副线圈的匝数比n1：n2=2：1，交流电源电压为U，则（）①、灯L1两端电压为U/5；②、灯L1两端电压为3U/5；③、灯L2两端电压为2U/5；④、灯L2两端电压为U/2。以上说法正确的是（）26\nA、①③B、②④C、①④D、②③8、若农村小力发电站的发电机的输出电压恒定，它发出的电压通过电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器。经降压变压器降压后，再用线路接到各用户。设两变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这是（）A、升压变压器的副线圈的电压变大；B、高压输电线路的电压损失变大；C、降压变压器的副线圈的电压变大；tΦ0t1t2t3t4乙abcdψ甲D、降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大。9、一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴oo`匀速转动，线圈平面位于如图（甲）所示的匀强磁场中。通过线圈内的磁通量Φ随时间的变化规律如图（乙）所示。下列说法正确的是（）abcdef~A、t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大；B、t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变；C、t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变；D、t2、t4时刻线圈中感应电动势最小。10、如图所示，一个理想变压器带有三个匝数都是50匝的副线圈ab、cd、ef，若原线圈匝数为100匝，原线圈接到220v交流电源上，通过副线圈的各种组合中，可以得到以下那些电压（）A、0vB、110vC、220vD、330vtT/2T二、填空题26\n（每题6分，共18分。把正确答案填在横线上）11、一面积为S的单匝矩形线圈在匀强磁场中以一边为轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直。线圈中的感应电动势如图所示，感应电动势的最大值和周期可由图中读出，则磁感应强度B=。在t=T/2时刻，线圈平面与磁场方向的夹角为。~n1n2n3I3L2L3L112、如图所示，变压器的原线圈及各个副线圈的匝数比为n1：n2：n3=4：2：1。所连接的三个灯消耗的电功率相同，则通过每个灯的电流之比I1：I2：I3=，每个灯的电阻之比为R1：R2：R3=。AVL1L2甲乙13、如图所示，L1和L2是输电导线，甲是电压互感器，乙是电流互感器。若已知变压比为100：1，变流比为1000：1，并且知道电压表示数为220v，电流表示数为100A，则输电线的输送功率为w。三、计算题（共32分，要求写出必要文字说明，方程式和重要演算步骤。有数值计算的题，答案中应明确写出数值和单位。）abcdψVO`ORB26\n14、（16分）如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，边长L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r=1Ω。线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO`匀速转动，角速度ω=2πrad/s，设电路电阻R=4Ω。求：①、转动过程中感应电动势的最大值；②、由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过600角时的瞬时感应电动势；③、由图示位置转过600角的过程中产生的平均感应电动势；④、交流电表的示数；⑤、转动一周外力做的功。15、有条河流，流量Q=2m3/s，落差h=5m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240v，输电线总电阻为R=30Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用户的需求，则该输电线路的使用的理想升压、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？（g取10m/s2）26\n26\n章末测试题答案一、选择题：1、D2、D3、AD4、C5、ACD6、D7、A8、B9、C10、ABCD二、填空题：11、EmT/2πs，π/612、1：1：2，4：4：113、2.2x109w三、计算题：14、①、Em=3.14v,②、e=1.57v③、E平均=2.60v④、U=1.78v⑤、WF=0.99J15、⑴、n1：n2=6：125，n3：n4=235：11⑵、N=470（盏）26\n26