【物理】2018届一轮复习沪教版第16讲“交变电流”高考考什么,怎么考学案 16页

第16讲 “交变电流”高考考什么，怎么考 ‎【高考热点】‎ ‎1.交变电流的图象及“四值”.‎ ‎2.理想变压器.‎ ‎3.远距离输电.‎ 一、交变电流的图象及“四值”的理解与应用 ‎1.描述交变电流可以用图象的方法，也可以用函数表达式的方法，从中学会读取描述交变电流的物理量.‎ ‎2.区别交变电流的四值，学会求交变电流有效值的方法，只有正(余)弦式交流电最大值才是有效值的倍.‎ ‎【例1】 (多选)图1甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，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( )‎ 图1‎ A.电流表的示数为10 A B.线圈转动的角速度为50π rad/s C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左 ‎【变式1】 (多选)将电阻R、理想电压表V、开关S和交流电源按照图2所示的方式连接起来，其中R＝30 Ω，合上开关S后，交流电源输出的正弦交变电压u 随时间t变化的关系如图3所示.则( )‎ 图2 图3‎ A.电压表V的示数是36 V B.R消耗的电功率是21.6 W C.通过R的电流瞬时值表达式为i＝1.2sin 100πt A D.通过R的电流最大值为1.2 A 规律总结 交变电流的“四值”的比较与理解 物理量 重要关系 适用情况 瞬时值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 Em＝nBSω Im＝ 讨论电容器的击穿电压 有效值 E＝、U＝、I＝ 适用于正(余)弦式交变电流 ‎①计算与电流热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)；②电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值；③保险丝的熔断电流为有效值 平均值 ＝Bl，＝n，＝ 计算通过电路横截面的电荷量 二、变压器的工作原理和制约关系 ‎1.掌握变压器的几个关系：输入功率与输出功率相等、电压与匝数的关系、电流与匝数的关系；输出功率决定输入功率、输入电压决定输出电压、输出电流决定输入电流.‎ ‎2.对于动态分析问题分清不变量和变量，一般输入电压是不变的，弄清制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定.‎ ‎【例2】 (2016·全国卷Ⅰ，16)一含有理想变压器的电路如图4所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为( )‎ 图4‎ A.2 B.3 C.4 D.5‎ ‎【变式2】 (2016·天津理综，5)如图5所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是( )‎ 图5‎ A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大 B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大 C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D.若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大 规律总结 分析理想变压器动态问题的思路程序可表示为： ‎ 三、远距离输电中的损耗问题 ‎1.熟悉远距离输电的流程图，如图所示.‎ ‎2.掌握两种损耗 ‎(1)电压损耗：输电线的电阻导致的电压损耗，UR＝U2－U3＝IRR.‎ ‎(2)功率损耗：输电线发热导致的功率损耗，PR＝P2－P3＝IR.输电线上的能量损耗是热损耗，计算时只能用PR＝IR或PR＝.‎ ‎【例3】 (多选)某小型水电站的电能输送示意图如图6所示，发电机的输出电压为200 V，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220 V的用电器正常工作，则( )‎ 图6‎ A.> B.< C.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 ‎【变式3】 某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是( )‎ A.输电线上的电流大小为2.0×105 A B.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C.若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW D.输电线上损失的功率为ΔP＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻 规律总结 输电线路功率损失的四种计算方法 ‎1.输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率.两者关系是P损＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率).‎ ‎2.除了利用P损＝P－P′计算输电线路上的功率损耗外，还可用下列方法计算：‎ ‎(1)P损＝IR线，I线为输电线路上的电流，R线为线路电阻.‎ ‎(2)P损＝，ΔU的输电线路上损失的电压，R线为线路电阻.‎ ‎(3)P损＝ΔUI线，ΔU为输电线路上损失的电压，I线为线路上的电流.‎ 在远距离输电问题中，计算线路功率损耗时应用P损＝IR线，其原因是I线可以由公式P输出＝I线U输出求出，而P损＝ΔUI线和P损＝则不常用，其原因是在一般情况下，ΔU不易求出，且易将ΔU和U输出相混而造成错误.‎ 题组1 交变电流的图象及“四值”的理解与应用 ‎1.下列四幅交流电的图象能正确反映我国居民日常生活所用交流电的是( )‎ ‎2.(多选)如图7所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是( )‎ 图7‎ A.在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B.线圈先、后两次转速之比为3∶2‎ C.交流电a的瞬时值表达式为u＝10sin 5πt (V)‎ D.交流电b的最大值为5 V ‎3.将正弦交流电经过整流器处理后，得到的电流波形刚好去掉了半周，如图8 所示，它的有效值是( )‎ 图8‎ A.2 A B. A C. A D.1 A ‎4.(多选)如图9所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动.已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时( )‎ 图9‎ A.线圈中感应电流的方向为abcda B.线圈中的感应电动势为2nBl2ω C.穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大 D.线圈ad边所受安培力的大小为 ‎5.(2016·全国卷Ⅲ，21)(多选)如图10，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面.现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则( )‎ 图10‎ A.两导线框中均会产生正弦交流电 B.两导线框中感应电流的周期都等于T C.在t＝时，两导线框中产生的感应电动势相等 D.两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等 题组2 变压器的原理及动态分析 ‎6.(2016·江苏单科，4)一自耦变压器如图11所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中( )‎ 图11‎ A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高 C.U2U3＝U2－U线，故>，A正确．]‎ 变式3 B [输电线上输送的电流I＝＝＝6 000 A，A项错误；输电线上损失的电压为U损＝IR＝6×103×2.5 V＝1.5×104 V＝15 kV，B项正确；当用5 kV的电压输电时，输电线上损失的功率不会超过3×106 kW，故C项错误；当用公式ΔP＝计算损失的功率时，U为输电线上损失的电压而不是输电电压，D项错误．]‎ 考点突破 ‎1．C [我国居民日常生活所用交流电压的有效值为U有效＝220 V，交流电的频率为f＝50 Hz，所以交流电压的最大值为Um＝U有效＝220 V≈311 V，周期为T＝＝0.02 s＝2×10－2 s，可见，只有选项C正确．本题答案为C.]‎ ‎2．BC [t＝0时刻穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故电压为零，A错．读图得两次周期之比为2∶3，由转速n＝＝得转速与周期成反比，故B正确．读图得a的最大值为10 V，ω＝5π rad/s，由交流电感应电动势的瞬时值表达式e＝Emsin ωt (V)(从线圈在中性面位置开始计时)得，u＝10sin 5πt (V)，故C正确．交流电的最大值Em＝nBSω，所以根据两次转速的比值可得，交流电b的最大值为×10 V＝ V，故D错．]‎ ‎3．D [该交变电流通过定值电阻R后，在一个周期内产生的热量为Q＝×()2RT＝I2RT，解得I＝1 A，选项D正确．]‎ ‎4．CD [根据右手定则，线圈中感应电流的方向为adcba，A错；当线圈转至图示位置时，线圈中感应电动势应为最大值Em＝nBl1l2ω，此时，穿过线圈磁通量随时间的变化率最大，B错，C对；线圈ad边所受安培力的大小F＝nBIl2＝nBl2＝，D对．]‎ ‎5．BC [当线框进入磁场过程中，根据E＝BR2ω可得，感应电动势恒定，感应电流恒定，不是正弦式交流电，A错误，C正确；当线框进入磁场时，根据楞次定律可得，两线框中的感应电流方向为逆时针，当线框穿出磁场时，根据楞次定律可得，线框中产生的感应电流为顺时针，所以感应电流的周期和线框运动周期相等，B正确；线框N在完全进入磁场后有时间内穿过线框的磁通量不变化，没有感应电动势产生，即线框N在0～和～T内有感应电动势，其余时间内没有；而线框M在整个过程中都有感应电动势，即便两导线框电阻相等，两者的电流有效值不会相同，D错误．]‎ ‎6．C [由＝，n1>n2知U2