【物理】2018届一轮复习苏教版第10章章末高效整合教案 9页

章末高效整合 物理模型 1|电动机、发电机模型 模型特点 两种模型 电动机 发电机 工作原理 通电线圈在磁场中受到安培力而 转动 闭合线圈在磁场中受外力转动， 产生感应电动势 能量转化 电能转化为机械能 机械能转化为电能 解题要点 (1)受力方向由左手定则来判断； (2)能量关系：P 总＝P 输出＋P 热； (1)产生的感应电动势方向由右手 定则判断； (2)感应电动势大小由法拉第电磁 感应定律计算； 解题要点 (3)实际功率： P 实际≤P 额定； (4)电压、电流关系：U>IR (3)注意感应电流的最大值、瞬时 值、有效值和平均值的计算； (4)能量转化中满足能量守恒定律 形象比喻 左手抓着电动机 右手抓着发电机 某兴趣小组设计了一种发电装置，如图 101 所示．在磁极和圆柱状 铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为 80°，磁场均沿半径方向．匝数为 N 的 矩形线圈 abcd 的边长 ab＝cd＝L、bc＝ad＝2L.线圈以角速度ω绕中心轴匀速转 动，bc 和 ad 边同时进入磁场．在磁场中，这两条边所经过处的磁感应强度大小 均为 B、方向始终与两边的运动方向垂直．线圈的总电阻为 r，外接电阻为 R. 图 101 (1)求出感应电动势的最大值； (2)若产生的交流电周期为 T，感应电动势的最大值为 Em，画出感应电动势 随时间变化的图象； (3)求线圈切割磁感线时，bc 边所受安培力的大小 F； (4)计算外接电阻上电流的有效值 I. 【规范解答】 (1)bc、ad 边的运动速度 v＝ωL 2 感应电动势的最大值 Em＝2NB·2Lv＝2NBL2ω. (2)产生的交流电周期为 T＝2π ω ，感应电动势随时间变化的图象如图所示． (3)电流 Im＝ Em r＋R 安培力 F＝2NBImL 解得 F＝4N2B2L3ω R＋r . (4)在一个周期内，电阻 R 中有电流的时间为 t＝4T 9 . 根据有效值的定义，R 上消耗的电能 I2mRt＝I2RT， 联立解得 I＝4NBL2ω 3R＋r. 【答案】 (1)2NBL2ω (2)见解析 (3)4N2B2L3ω R＋r (4)4NBL2ω 3R＋r [突破训练] 1．如图 102 所示为电动机的简化模型，线圈 abcd 可绕轴 O1O2 自由转动．当 线圈中通入如图所示的电流时，顺着 O1O2 的方向看去，线圈将( ) 【导学号： 96622183】 图 102 A．顺时针转动 B．逆时针转动 C．仍然保持静止 D．既可能顺时针转动，也可能逆时针转动 A 在题中图示位置，由左手定则可以判断，ab 边受到的安培力向上，cd 边受到的安培力向下，则线圈顺时针转动，故 A 项正确． 物理模型 2|三种特殊的变压器模型 1．自耦变压器 高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变 压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电 源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均 适用，如图 103 所示． 图 103 2．互感器 分为电压互感器和电流互感器，比较如下： 类型 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在高压电路中 串联在待测交流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流变成小电流 利用的公式 U1 U2 ＝n1 n2 I1n1＝I2n2 3.双副线圈变压器 计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个联系： (1)电压关系：U1 n1 ＝U2 n2 ＝U3 n3 ＝… (2)电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋… (3)功率关系：P1＝P2＋P3＋… (多选)一自耦调压变压器(可看做理想变压器)的电路如图 104 甲所 示，移动滑动触头 P 可改变副线圈匝数．已知变压器线圈总匝数为 1 900 匝；原 线圈为 1 100 匝，接在如图 10214 乙所示的交流电源上，电压表为理想电表．则 ( ) 甲 乙 图 104 A．交流电源电压瞬时值的表达式为 u＝220sin 100πt (V) B．P 向上移动时，电压表的最大示数为 380 V C．P 向下移动时，原、副线圈的电流之比减小 D．P 向下移动时，变压器的输入功率变大 【规范解答】 由图乙结合交流电瞬时值表达式 u＝Um·sin ωt 可得交流电源 电压瞬时值的表达式为 u＝220 2·sin 100πt (V)，A 错误；P 向上移动时，电压表 的示数为有效值，当副线圈匝数达到 1 900 时，副线圈输出的电压最大，由变压 器原、副线圈电压比跟线圈匝数成正比的关系可知副线圈最大输出电压为 380 V， 即电压表的最大示数为 380 V，B 正确；P 向下移动时，副线圈匝数减少，由变 压器原副线圈电流比跟线圈匝数成反比的关系可知 C 正确；由 P＝U2 R 可知副线圈 的输出功率减小，故原线圈的输入功率也减小，D 错误． 【答案】 BC [突破训练] 2．(2017·苏州模拟)为了测量高电压和强电流的大小，常用到变压器的有关 原理．如图 105 所示，L1 和 L2 是输电线，甲是电压互感器，乙是电流互感器， 电压表和电流表为理想交流电表．若电压互感器上下线圈的匝数比为 1 000∶1， 电流互感器上下线圈的匝数比为 1∶100，电压表示数为 220 V，电流表示数为 10 A，则下列说法正确的是( ) 图 105 A．两输电线间的电压为 220 V B．L2 中的电流为 10 A C．输电线中输送的功率为 2.2×108 W D．两输电线间的电阻为 22 Ω C 根据变压器的工作原理有U1 U2 ＝1 000 1 和I1 I2 ＝100 1 ，解得 U1＝2.2×105 V，I1 ＝1 000 A，所以 A、B 错误；输电线中输送的功率 P＝U1I1＝2.2×108 W，C 正 确；由于输电线路不能视为简单的纯电阻电路，不能用欧姆定律求出电阻，D 错 误． 3．如图 106 所示，接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光， 那么，理想变压器的匝数比 n1：n2：n3 为( ) 【导学号：96622184】 图 106 A．1∶1∶1 B．3∶2∶1 C．6∶2∶1 D．2∶2∶1 B 灯泡正常发光，可得 UA＝UB＝UC＝UD，所以 U2＝2U3.由变压器的电压 比公式n2 n3 ＝U2 U3 ＝2U3 U3 ＝2 1 ，所以 n2＝2n3，同理，灯泡正常发光，功率相等，即 PA ＝PB＝PC＝PD.由 P＝I2R，得 IA＝IB＝IC＝ID，即 I1＝I2＝I3.由 U1I1＝U2I2＋U3I3 得 n1I1＝n2I2＋n3I3，即 n1＝n2＋n3＝2n3＋n3＝3n3，所以 n1∶n2∶n3＝3∶2∶1. 高考热点 1|交变电流“四值”的应用 1．正弦式交变电流的重要公式 瞬时值 峰值 有效值 平均值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt u＝Umsin ωt Em＝NBSω Im＝ Em R＋r Um＝ImR E＝Em 2 U＝Um 2 I＝ Im 2 E－＝nΔΦ Δt I－＝ E－ R＋r 2.对交变电流有效值的理解 交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所 以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．注意“三 同”，即“相同电阻”上“相同时间”内产生“相同热量”．计算时，“相同时 间”至少要取一个周期的时间． 在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动， 如图 107 甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则( ) 甲 乙 图 107 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 C．线框产生的交变电动势有效值为 311 V D．线框产生的交变电动势频率为 100 Hz 【规范解答】 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，故选项 A 错误；t＝0.01 s 时，e＝0，故选项 B 正确；电动势有效值 为 311× 2 2 V≈220 V，故选项 C 错误；周期 T＝0.02 s，频率 f＝1 T ＝50 Hz，故 选项 D 错误． 【答案】 B [突破训练] 4．如图 108 甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感 应强度为 B 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴 OO′匀速转动，线圈的 两端经集流环和电刷与电阻 R＝10 Ω连接，与电阻 R 并联的交流电压表为理想电 压表，示数是 10 V．图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间 t 变化的图象．则( ) 甲 乙 图 108 A．电阻 R 上的电功率为 20 W B．0.02 s 时 R 两端的电压瞬时值为零 C．R 两端的电压 u 随时间 t 变化的规律是 u＝14.1cos 100πt(V) D．通过 R 的电流 i 随时间 t 变化的规律是 i＝1.41cos 50πt(A) C R 上电功率 P＝U2 R ＝10 W，A 错；0.02 s 时，Φ＝0，ΔΦ Δt 最大，此时 R 两 端的电压瞬时值最大，B 错；R 两端电压的最大值为 10 2 V，ω＝2π T ＝100π rad/s， 因此 R 两端电压 u＝14.1cos 100πt(V)，C 正确；i＝1.41cos 100πt(A)，D 错． 高考热点 2|与变压器相关的综合问题 1．远距离高压输电的几个基本关系 2．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： (多选)如图 109 所示，某理想变压器的原线圈接一交流电，副线圈 接如图所示电路，开关 S 原来闭合，且 R1＝R2，再将 S 断开，那么交流电压表 的示数 U、交流电流表的示数 I、电阻 R1 上的功率 P1 及该变压器原线圈的输入 功率 P 的变化情况正确的是( ) 图 109 A．U 增大 B．I 增大 C．P1 减小 D．P 减小 【规范解答】 开关 S 由闭合到断开时，负载的总电阻变大，变压器的输出 电压 U2 不变，则输出电流 I2 变小，R 上的电压变小，R1 上的电压变大，电阻 R1 上的功率 P1＝U2R1 R1 ＝U2 R1 ，R1 不变，U 变大，则 P1 增大，故 A 正确，C 错误．由 电流与匝数的关系可知电流表的示数 I 减小，B 错误．输出电功率 P 出＝I2U2， U2 不变，I2 减小，则 P 出减小，输入功率等于输出功率，所以 D 正确． 【答案】 AD [突破训练] 5．如图 1010 甲所示为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比 为 1∶100，降压变压器原、副线圈匝数比为 100∶1，远距离输电线的总电阻为 100 Ω.若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为 750 kW.下列说法正确 的是( ) 【导学号：96622185】 图 1010 A．用户端交流电的频率为 100 Hz B．输电线中电流为 30 A C．用户端电压为 250 V D．输电线路损耗功率为 180 kW B 变压器不改变交变电流的频率，故用户端交变电流的周期为 T＝0.02 s， 频率为 50 Hz，选项 A 错误；升压变压器输入电压为 U1＝250 V，则输出电压为 U2＝25 000 V，由 P2＝P1＝750 kW 及 P2＝I2U2 得，输电线中的电流为 I2＝30 A， 选项 B 正确；输电线路损耗功率为ΔP＝I22r＝302×100 W＝90 kW，选项 D 错误； 线路损失电压为ΔU＝I2r＝3 000 V，则降压变压器输入电压为 U3＝U2－ΔU＝22 000 V，则用户端电压为 220 V，选项 C 错误．