2013年高考物理三轮冲刺 专题十二 交变电流课件

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m
项D错误;当t=0.005 s时,u=311 V,取得最大值,穿过线框的磁
2
1 T
通量变化率最大,选项A错误;当t=0.01 s时,交变电压及电流方
向发生改变,电压值最小等于零,线框平面与中性面重合,选项 B 正确.
答案:B
【命题人揭秘】
(1)本题以矩形线圈在磁场中转动为背景,主要考查学生对正
弦交流电的产生过程和用图象描述交流电的能力,同时考查学 生对法拉第电磁感应定律的应用. (2)当线圈平面转至中性面时,穿过线圈平面的磁通量最大, 但磁通量的变化率为零,此时感应电动势为零 .中性面是交变
原、副线圈的电压比等于匝数比,所以匝数比为2∶1,故B错 误;电压表的示数指交变电流的有效值,故C正确;由(b)知交
R
55
流电的周期为0.02 s,故频率为50 Hz,故D错误.
答案:A、C
【命题人揭秘】 本题考查理想变压器的基本规律,需注意以下三点 : (1)对于电源,原线圈相当于用电器,对于用电器,副线圈相
D.原线圈中交变电压的频率为100 Hz 【审题视角】解答本题时应明确以下四点:
【关键点】
(1)最大值和有效值之间的关系. (2)变压器的变压原理. (3)电流表、电压表的示数均指有效值. (4)原、副线圈的匝数比等于电压比.
U 110 【精讲精析】电流表的示数为: I A 2 A, 故A正确;
专题十二
1
交变电流
考纲快讯·考情解读
2 3
4
热点考题·专家点评 三年真题·考场诊断
考点清单·归纳整合
二年名校模拟·一年权威预测
5
1.交变电流、交变电流的图象 2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 3.理想变压器 4.远距离输电
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ
1.知道交变电流的产生及描述交变电流的物理量,会计算有效
【命题人揭秘】有关电能输送问题的特点及处理方法 (1)本题通过以远距离输电为背景,通过电压的变化引起其他 变化、功率的变化引起其他变化等相关知识、考查了电能的输 送问题,有新意. (2)求解远距离输电的思路和方法是:
①熟悉“交流发电机→升压变压器→输电线→降压变压器→用
户”这一流程. ②利用逆向思维法解决电能的输送问题往往较方便,即先从负 载功率算起,一直推到升压变压器的输入端.
A.升压变压器的输出电压增大 B.降压变压器的输出电压增大 C.输电线上损耗的功率增大 D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大 【审题视角】由升压变压器输入功率变化,分析引起输电线路
上电流、电压的变化.根据升压变压器的输入电压不变,利用
变压比确定降压变压器输出电压的变化.
【精讲精析】由题意可知升压变压器的输入电压不变,则输出电 压U不变,A错误;在电能输出过程中有I P , U线=IR线 ,U′=UU
答案:C、D
【命题人揭秘】 (1)本题主要考查交流电的规律,交流电的最大值、有效值、 瞬时值.(2)只有正弦式交变电流才满足最大值和有效值之间的
2 倍关系,其他交流电如方波式电流、锯齿式电流等,都要
利用有效值的定义根据能量关系进一步求得. (3)求电路的热量、功率时用有效值.
交变电流的产生与电路的综合分析 【典例3】(2012·安徽高考)图甲是交流发电机模型示意图.在磁 感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内
当于电源.
(2)变压器用于改变交流电的电压、电流,但不改变电流的频 率. (3)在交变电路中,电流表、电压表的示数均为有效值.
电能的输送 【典例6】(2010·江苏高考)在如图所示的远距离输电电路图中,
升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和
输电线的电阻均不变,随着发电厂输出功率的增大,下列说法中 正确的有( )
变压器的有关计算 【典例5】(2011·广东高考)图(a)左侧的调压装置可视为理想 变压器,负载电路中R=55 Ω, 为理想电流表和电压表,
若原线圈接入如图(b)所示的正弦交变电压,电压表的示数为 110 V,下列表述正确的是( )
A.电流表的示数为2 A B.原、副线圈匝数比为1∶2
C.电压表的示数为电压的有效值
值. 2.知道正弦函数交变电流的表达式,理解其图象. 3.理解理想变压器原理,掌握远距离输电线路.
交变电流的图象和描述
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【典例1】(2011·天津高考)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,如图甲所示,产生的交变电 动势的图象如图乙所示,则( )
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 【审题视角】解答本题时应把握以下三点: 【关键点】 (1)明确中性面的概念及线框与中性面重合时电动势的特点 .
在解答该类题目时,要认真审题,注意以下几点: 备 (1)会用理想变压器输入功率和输出功率相等,对理想变压
考 器的变压比公式和变流比公式进行推导.
指 (2)应注意抓住理想变压器的特点及能量守恒关系,熟记其 南 基本公式.
(3)对远距离输电,掌握功率之间的关系:
①P1=P2,P3=P4,P2=Pr+P3. ②电压之间的关系是:
(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线 圈中的感应电动势e1的表达式. (2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时,如图丙 所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式.
(3)若线圈电阻为r,求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳
热.(其他电阻均不计)
【审题视角】解答本题时要注意以下三点: 【关键点】 (1)线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时,感应电动势的瞬时值 表达式与开始计时的时刻有关. (2)线圈的总电动势等于每段导线切割磁感线产生的感应电动 势的和,且回路符合欧姆定律. (3)计算焦耳热时要用到电流的有效值.
n 2 n3 > n1 n 4 n 2 n3 B. < n1 n 4 A.
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 【审题视角】解答本题时应注意以下两点: 【关键点】
U1 n1 ,P1=P2. (1)熟记理想变压器的两个基本公式 U2 n 2

U1 n1 U3 n 3 , , U 2 U r U3 . U2 n 2 U4 n 4
③电流之间的关系是:I1 n 2 , I3 n 4 ,I2 Ir I3 . 考 I2 n1 I4 n 3 指 ④对输电线上的功率损失和电压损失进行分析和计算时, 南
2 U 一般用 Pr I r, U r I2 r,Pr r 解决. r 2 2
垂直于磁感线的轴OO′转动,由线圈引出的导线ae和df分别与两
个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与 两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保
持和外电路电阻R形成闭合电路.图乙是线圈的主视图,导线ab和
cd分别用它们的横截面来表示.已知ab长度为L1,bc长度为L2, 线圈以恒定角速度ω逆时针转动.(只考虑单匝线圈)
2

答案:(1)e1=BL1L2ωsinωt (2)e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0)
2 2 2 B (3) L1L 2R
R r
2
【命题人揭秘】 (1)在交变电流的电路中,首先要搞清电路结构,再注意最大 值、有效值、平均值等概念的区分.
(2)将交流电与恒定电流知识结合起来,用已有知识和方法处
V
D.周期是0.02 s
【审题视角】求解本题需掌握交流电的最大值、瞬时值、有效值、 周期、频率等基本物理量及其彼此之间的关系 .
【精讲精析】交变电动势瞬时值的表达式为e=Emsinωt= 50sin100πt,故交变电动势的最大值为50 V,有效值为
Em 故A错,C对.由ω=2πf=100π得频率f= 25 2 V, 2 1 50 Hz,周期 T 0.02 s,故B错,D对. f E
U线,因P变大,I变大,所以U线变大,所以降压变压器输入电压U′ 变小,则降压变压器的输出电压变小,B错误;由 P线 ( P ) 2 R 线, 因P
U P 2 ( ) R 变大,所以P线变大,C正确;根据 P线 U 线 PR 线 , 因P变大, P P U2
所以比值变大,D正确.
答案:C、D
(2)理解磁通量变化率概念及磁通量变化率与电动势的关系 .
(3)明确有效值和最大值概念及它们之间的关系 .
【精讲精析】由图乙可知该正弦交变电流的电压最大值为 311 V, 周期等于0.02 s,因此,根据正弦交变电流的最大值与有效值之 间的关系式 U U 得知选项C错误;又 f , 则频率为f=50 Hz,选
【精讲精析】(1)t时刻线圈平面与中性面的夹角为ωt,设ab 距OO′轴为r1,cd距OO′轴为r2 , 则有:eab=BL1ωr1sinωt ecd=BL1ωr2sinωt 线圈中的感应电动势为: e1=eab+ecd=BL1L2ωsinωt (2)t时刻线圈平面与中性面的夹角为ωt+φ0,则由③式知 ③ ① ②
电流的方向改变的转折点.
(3)正弦交变电流的有效值与最大值满足:U U m .
2
对交变电流“四值”的理解和应用
【典例2】(2012·广东高考)某小型发电机产生的交变电动势为
e=50sin100πt (V).对此电动势,下列表述正确的有( A.最大值是 50 2 V B.频率是100 Hz )
C.有效值是25 2
)
B.9.0 V D.144.0 V
【审题视角】解答本题时可按以下思路分析:
【精讲精析】根据上线圈所加电压的表达式可得,最大值为 51 V, 所以有效值 U1 U m 36 V. 若变压器为理想变压器,则
2
得:U2=9.0 V.但由于铁芯不闭合,考虑到漏磁的存在,应有U2<
9.0 V,所以A正确. 答案:A
变压器与远距离输电中的计算问题 【典例7】(2009·山东高考)某小型水电站的电能输送示意图如
图所示.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( )
n 2 n3 压变压器的输入电压,有U2>U3,所以 > ,A正确,B、C n1 n 4
错误.升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率与输
电线损失的功率之和,D正确.
答案:A、D
【阅卷人点拨】
失 (1)没有掌握理想变压器原、副线圈电压与匝数比的关 分 系. 提 示 (2)忽视或不知道远距离输电线上电压损失和功率损失 .
理该部分问题,注意闭合电路的欧姆定律和焦耳定律的适用条 件.
变压器原理及基本规律
【典例4】(2011·浙江高考)如图所示,在铁 芯上、下分别绕有匝数n1=800和n2=200的两个 线圈,上线圈两端与u=51sin314t V的交流电 源相连,将下线圈两端接交流电压表,则交流
电压表的读数可能是(
A.2.0 V C.12.7 V
线圈中的感应电动势为:e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0)

(3)通过线圈电流的有效值为:
I Im BL1L 2 2 2 R r


2 线圈转动的周期为: T

所以线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热为:
Q I RT
2 2 B2 L2 L 1 2 R
R r
U2 和计算时一般用 Pr I r,Ur=I2r,也能用 Pr r . r
2 2
(2)输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的.分析
U3 n1 200 V n 3 , , 【精讲精析】根据变压器工作原理可知 n2 U 2 n 4 220V
由于输电线上损失一部分电压,升压变压器的输出电压大于降
U1 n1 可 , U2 n 2
【命题人揭秘】 本题考查理想变压器的基本规律,解答此类问题应注意以下三
点:
(1)变压器的变压比:不论副线圈几个,任意两线圈间均存在
Un n n . Um n m
I I2 n2 , 此式仅用于副线圈仅有一个的变 n1
(2)变压器的电流比: 1 压器.
(3)功率关系:P出=P入(或I1U1=I2U2+I3U3+„),此式可用于有多 个副线圈的变压器.
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