高三物理一轮复习 必考部分 第10章 交变电流 传感器章末高效整合教师用书(2021年最新整理)

（江苏专用）2018届高三物理一轮复习必考部分第10章交变电流传感器章末高效整合教师用书
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第10章交变电流传感器
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
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10.1
（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E m,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＝错误!
感应电动势的最大值E m＝2NB·2Lv＝2NBL2ω。

(2)产生的交流电周期为T＝错误!，感应电动势随时间变化的图象如图所示．
(3)电流I m＝错误!
安培力F＝2NBI m L
解得F＝错误!。

(4)在一个周期内，电阻R中有电流的时间为t＝错误!.
根据有效值的定义,R上消耗的电能I错误!Rt＝I2RT,
联立解得I＝错误!。

【答案】(1）2NBL2ω(2)见解析(3)错误!
（4)错误!
［突破训练]
1．如图10。

2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10.3
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
利用的公式错误!＝错误!I1n1＝I2n2 3
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：错误!＝错误!＝错误!＝…
（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10。

2。

14乙所示的交流电源上,电压表为理想电表．则（)
甲乙
图10。

4
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＝U m·sin ωt可得交流电源电压瞬时值的表达式为u＝220错误!·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＝错误!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10。

5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10。

5
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错误!＝错误!和错误!＝错误!，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10。

6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10。

6
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U A＝U B＝U C＝U D，所以U2＝2U3。

由变压器的电压比公式错误!＝错误!＝错误!＝错误!，所以n2＝2n3，同理，灯泡正常发光，功率相等,即P A＝P B＝P C＝P D.由P＝I2R，得I A＝I B＝I C＝I D，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＝E
m
sin ωt
i＝I
m
sin ωt
u＝U
m
sin ωt
E
m
＝NBSω
I
m
＝错误!
U
m
＝I m R
E＝
E
m
2
U＝错误!
I＝错误!
E－＝n
ΔΦ
Δt
错误!＝
错误!
2
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10。

7
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×错误!V≈220 V，故选项C错误；周期T＝0.02 s,频率f＝错误!＝50 Hz，故选项D错误．
【答案】B
[突破训练]
4．如图10。

8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10.8
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＝错误!＝10 W,A错;0。

02 s时，Φ＝0，错误!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错误! V，ω＝错误!＝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10.9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10。

9
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＝错误!＝错误!,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＝I错误!r ＝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．。