(全国通用)高考物理 专题十一 交变电流课件(优制课堂)

的有__效__值__.
Em
Um
②正(余)弦交变电流有效值和峰值的关系:E＝___2_，U＝___2_，I
Im
＝___2__.
(4)平均值:交变电流图象中波形与横轴_所__围__面__积__跟时间的比值.
教育特选1
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【易错防范】 (1)在一个周期内交变电流的方向要改变两次.( √ ) (2)交流电气设备上所标的电压和电流值及交流电压表和电流表测 量的是交流电的有效值.( √ ) (3)交变电流的峰值总是有效值的倍.( × )
教育特选1
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知识点四 远距离输电 1.输电过程(如图所示)
2.电压损失 (1)ΔU＝U－U′. (2)ΔU＝_I_R__线__.
教育特选1
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3.功率损失 (1)ΔP＝P－P′. (2)ΔP＝_I_2R__线_＝_(_UP_)_2R__线_＝ΔRU线 2. 4.输送电流 (1)I＝UP. (2)I＝U－R线U′.
物理量
函数
图象
从S⊥B (中性面) 开始计时
磁通量 电动势
Φ＝Φmcos ωt e＝Emsin ωt
教育特选1
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从S∥B (磁通量 为零)开 始计时
磁通量 电动势
Φ＝Φmsin ωt e＝Emcos ωt
说明
Φm＝BS；Em＝NBSω
教育特选1
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2.两个特殊位置的特点
(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΔΦt ＝0，e＝0，
教育特选1
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【借题发挥】 解决交变电流图象问题的三点注意 (1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正 弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置 无关. (2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积. (3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线 圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解.
A.电流表的示数为10 A
B.线圈转动的角速度为50 π 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
教育特选1
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解析 电流表显示的是交变电流的有效值，即 I＝ Im2＝10 A，选项 A 正确；从图象可知周期 T＝2×10－2 s，则 ω＝2Tπ＝100π rad/s， 选项 B 错误；0.01 s 时，线圈转过了半个周期，线圈平面与磁场方 向平行，选项 C 正确；0.02 s 时线圈转动到图示位置，AB 边向下 切割磁感线，根据右手定则可判断电流方向从 B 指向 A，即电阻 R 中电流的方向自左向右，选项 D 错误. 答案 AC
知识点一 交变电流及其图象 1.交变电流 (1)定义： 大小和方向随时间做__周__期__性__变化的电流.
教育特选1
1
(2)图象： 如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流.
教育特选1
2
2.正弦交流电的产生和图象 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕_垂__直___磁场方向的轴匀速转动. (2)图象：如图甲、乙所示.
代入数据得 q＝0.1 C. 答案 (1)感应电流方向沿adcba (2)e＝314cos(100πt)V
(3)98.6 J (4)0.1 C
教育特选1
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【借题发挥】 计算有效值时应注意的三个问题 (1)I＝ Im2、U＝U2m、E＝Em2三个公式，只适用于正(余)弦式交流电. (2)利用有效值的定义计算(非正弦式交流电).在计算有效值时“相 同时间”应取一个周期或周期的整数倍. (3)利用能量关系求解.当有电能和其他形式的能转化时，可利用能 量守恒定律来求有效值.
.
提示 (1)最大值 (2)有效值 (3)平均值
教育特选1
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解析 (1)根据右手定则，线圈感应电流方向为 adcba. (2)线圈的角速度 ω＝2πn＝100π rad/s，图示位置的感应电动势
最大，其大 小为 Em＝NBl1l2ω
代入数据得 Em＝314 V 感应电动势的瞬时值表达式
e＝Emcosωt＝314cos(100πt)V.
教育特选1
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要点二 交流电的“四值”的应用 [突破指南] 对交变电流的“四值”的比较和理解
物理量 瞬时值
峰值(最大 值)
物理意义
e＝Emsinωt
u＝Umsin ωt
i＝Imsinωt
Em＝nBSω Im＝RE＋mr
适用情况及说明 计算线圈某时刻的受 力情况
讨论电容器的击穿电 压
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(1)计算与电流的热效应有关的 对正(余) 弦交流电有： 量(如电功、电功率、电热等)
(3)电动势的有效值 E＝Em2
线圈匀速转动的周期 T＝2ωπ＝0.02 s
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线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即 W＝I2(R＋r)T＝RE＋2 r·T 代入数据得 W＝98.6 J (4)从 t＝0 起转过 90°过程中，Δt 内流过 R 的电荷量
q＝（RN＋ΔrΦ）ΔtΔt＝NRB＋ΔrS＝NRB＋l1rl2
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要点三 变压器基本规律的应用 [突破指南] 理想变压器及其原、副线圈基本量的关系
理想变压器
基 功率关系 本 关 电压关系 系
①没有能量损失(铜损、铁损) ②没有磁通量损失 (磁通量全部集中在铁芯中)
P入＝P出
原、副线圈的电压比等于匝数比，与负载情况、 副线圈个数的多少无关
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解析 由 u1＝12 2sin(100πt)V 可知,Um＝12 2 V,ω＝100π rad/s
则频率
ω
f＝2π＝50
Hz，A
项错误；U1＝U2m＝12
V，U2＝nn21·U1＝6
V，
B 项错误；I2＝RUL2＝1A，C 项错误；P1＝P2＝U2I2＝6 W，D 项正确.
答案 D
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【借题发挥】 基本量关系解题的两点提醒 (1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点, 电流关系的推导是以其为依据的. (2)变压器的关系都是根据“口”字型铁芯的变压器推出的.如果变 压器不是“口”字型铁芯，应根据变压器的原理及各线圈中磁通 量的关系推导出各物理量的关系.
教育特选1
教育特选1
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【易错防范】 (1)没有能量损失的变压器叫理想变压器.( √ ) (2)变压器只对变化的电流起作用，对恒定电流不起作用.( √ ) (3)变压器不但能改变交变电流的电压.还能改变交变电流的频率.
(× ) (4)理想变压器能改变交变电压、交变电流，但不改变功率，即输 入功率总等于输出功率.( √ )
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①U1 不变，nn12发生变化，U2 变化. ②R 不变，U2 变化，I2 发生变化. ③根据 P2＝UR22和 P1＝P2，可以判断 P2 变化时，P1 发生变化，U1 不 变时，I1 发生变化.
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【典例4】 如图所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsin ωt，副线圈电路中 R0为定值电阻，R是滑动变阻器. 和 是理想交流电压表，示数分别
教育特选1
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(1)t＝0时感应电流的方向；
(2)感应电动势的瞬时值表达式；
(3)线圈转一圈外力做的功；
(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量.
【解题探究】 分析题意，明确交变电流的“四值”适用的情况：
(1)求电动势的瞬时值应先求电动势的
.
(2)求线圈转一圈外力做的功要用电流的
.
(3)求电荷量时要用电流的
i＝0，电流方 向将发生改变.
(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΔΦt 最大，e 最
大，i 最大，电流方向不改变.
教育特选1
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【典例1】 (2013·山东理综，17，4分)(多选)图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( )
1.周期和频率 (1)周期 T：交变电流完成_一__次__周__期__性__变化(线圈转一周)所需
的时间，单位是秒(s).公式：T＝2ωπ.
(2)频率 f：交变电流在 1 s 内完成周期性变化的_次__数___，单位 是赫兹(Hz).
1
1
(3)周期和频率的关系：T＝__f__或 f＝_T___.
教育特选1
有效值 E＝Em2 U＝U2m
I＝
Im 2
(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 (4)电表的读数为有效值
E＝BLv
ΔΦ
平均值 E＝n Δt
计算通过电路截面的电荷量
I＝R＋E r
教育特选1
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【典例2】 (2015·广东佛山质检)如图所示，N＝50匝的矩形线圈 abcd，ab边长l1＝20 cm，ad边长l2＝25 cm，放在磁感应强度B＝ 0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线 的OO′轴以n＝3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r＝1 Ω，外 电路电阻R＝9 Ω，t＝0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸 外、cd边转入纸里.求：
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2.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬时值：交变电流某一_时__刻__的值，是时间的函数. (2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的_最__大__值__.
(3)有效值：
①定义：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同
的时间内产生的_热__量__相等，就把这一直流的数值叫做这一交流
Байду номын сангаас
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要点四 理想变压器的动态分析 [突破指南] 分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的 联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特 点进行分析判定. (1)匝数比不变的情况(如图所示)
教育特选1
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①U1 不变，根据UU12＝nn12，输入电压 U1 决定输出电压 U2，可以得出 不论负载电阻 R 如何变化，U2 不变. ②当负载电阻发生变化时，I2 变化，根据输出电流 I2 决定输入电流 I1，可以判断 I1 的变化. ③I2 变化引起 P2 变化，根据 P1＝P2，可以判断 P1 的变化. (2)负载电阻不变的情况(如图所示)
教育特选1
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【典例3】 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝ 2∶1， 和 均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，AB端电压u1 ＝12sin(100πt)V，下列说法正确的是( )
A.电流频率为100 Hz C. 的读数为0.5 A
B. 的读数为24 V D.变压器输入功率为6 W
教育特选1
只有一个副线圈时，电流和匝数成反比；有多
基本 电流关系 个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定
关系
电流关系
频率关系 原、副线圈中电流的频率相等
电压 制约
功率 关系
电流
副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定 原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定 原线圈的电流I1由副线圈的电流I2和匝数比决定
教育特选1
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【名师助学】 (1)明确U和ΔU的区别,U是输电电压,ΔU是输电导线上的电压损失. (2)输电线上的损耗通常指两个方面：一是电压损失，ΔU＝IR线； 二是功率损失，P损＝I2R线,可见损耗的根源是输电线上存在电阻.
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要点一 正弦交变电流的产生及变化规律
[突破指南]
1. 计时起点
教育特选1
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【易错防范】 (1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间发生周期性变化.( √ ) (2)线圈平面与磁感线垂直的位置称为中性面.( √ ) (3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时，线圈中的感应电 动势为最大.( × )
教育特选1
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知识点二 正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值
教育特选1
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知识点三 理想变压器 1.构造和原理(如图所示)
(1)主要构造： 由_原__线__圈__、_副__线__圈___和_闭__合__铁__芯__组成. (2)工作原理： 电磁感应的_互__感__现象.
教育特选1
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2.理想变压器的基本关系式 (1)功率关系：P__入_＝__P_出__.
(2)电压关系：
U1＝n1，若 U2 n2
n1＞n2，为降__压__变压器；若
n1＜n2，为升__压__变压器.
(3)电流关系：
只有一个副线圈时，_II_12＝__nn_21___； 有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn.
教育特选1
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3.几种常用的变压器 (1)自耦变压器——调压变压器. (2)互感器 电压互感器：把高__电__压___变成_低__电__压__. 电流互感器：把大__电__流___变成_小__电__流___.