高二物理 交流电知识点分析、典型例题及检测题 新人教版

高二物理交流电知识点分析、典型例题及检测题新人教版知识结构：重点、难点精析：一. 关于交流电的产生1. 交变电流强度和方向都随时间变化的电流叫做交变电流，简称交流，俗称交流电2. 交流电的产生交流电产生的基本原理是电磁感应。

一个闭合线圈在匀强磁场中，绕与磁场方向垂直的轴匀速转动时，就会产生正弦交流电。

或利用电磁振荡产生。

应关注两个特殊位置：（1）中性面:线圈在匀强磁场中旋转，当线圈平面与磁感线垂直时，各边都不切割磁感线，线圈中没有电流，这个位置叫中性面。

线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为0，感应电动势为0。

线圈经过中性面时，感应电流的方向将改变。

线圈每转一周经过中性面两次，电流的方向改变两次。

（2）与中性面垂直的位置：线圈平面与磁感线平行时，过程线圈的磁通量为0，但磁通量的变化率最大，这时感应电动势和感应电流最大。

3. 交流电的变化规律设线圈转动的角速度为ω(rad/s)，则（从中性面开始计时）交流电的表达式：e=E m sinωt，u=U m sinωt。

对纯电阻电路,有:i=e/R=I m sinωt。

4. 交流发电机（1）基本结构:产生感应电动势的线圈——电枢；产生磁场的磁极.（2）交流发电机的类型:旋转电枢式；旋转磁极式。

二. 表征交流电的物理量1. 交流电的周期、频率和角频率(角速度)交流电的周期和频率都是描述交流电变化快慢的物理量.交流电的周期：交流电完成一次周期性变化所需要的时间为交流电的周期，代表符号是T，单位：秒s；交流电的频率：单位时间内完成的周期性变化的次数为交流电的频率，代表符号是f，单位:赫兹，简称赫Hz；交流电的角频率(角速度)：产生交流电的线圈在单位时间内转过的角度为角频率，代表符号是ω，单位：弧度/秒rad/s；它们之间的关系是：f=1/T，ω=2πf=2π/T交流电的周期和频率都由线圈转动的周期和频率决定。

线圈转一周，交流电完成一次周期性变化。

我国市电周期为0.02s，频率为50Hz。

2. 交流电的有效值交流电的有效值是根据电流的热效应规定的:让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，若在相同的时间内产生的热量相等，则这一交流电流的有效值与这个直流电的电流相等。

正弦交流电的有效值与其最大值之间的关系是I=Im/2，U=Um/2，E=Em/2，各种交流电的设备上所标的、交流电表上所测的以及我们在题目中没有特别加以说明的交流电的数值，都是指有效值。

3. 交流电压的最大值：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时的电动势最大值.E m=2nBlv=nBl1l2ω=nBSω=nФmω（实际上，电动势的最大值与线圈的形状和转轴的位置无关）。

三. 变压器能够改变交流电压的设备。

基本构造:闭合铁芯和绕在铁芯上的线圈组成。

1. 变压器工作原理和作用变压器的工作原理是电磁感应.原线圈和副线圈是靠电磁感应相关联的，所以变压器只可能改变交流电的电压和电流。

2. 理想变压器及有关物理量间的关系磁通量全部集中在铁芯内，即没有漏磁，变压器本身不损耗能量，这样的变压器称为理想变压器。

理想变压器的基本关系是功率关系：P出=P入输出功率等于输入功率电压关系：U1/n1=U2/n2=U3/n3=-------。

变压器原线圈两端的电压与副线圈两端的电压之比，等于原、副线圈匝数之比。

电流关系：当只有一个副线圈时，I1/I2=n2/n1，变压器原线圈中的电流与副线圈中的电流跟它们的匝数成反比。

当有两个以上副线圈时，电流应由功率关系确定。

3. 几种常用变压器：自耦变压器，调压变压器、互感器：电压互感器、电流互感器。

四. 远距离输电1. 远距离输电减小输电导线上电能损失的方法：远距离输电要解决的关键问题是减小输电导线上的电能损失，由P=I2R可知减小损耗的具体方法是：（1）减小输电导线的电阻，如采用电阻率小的材料，适当增加导线的截面积。

（2）在输电总功率一定的条件下：P=IU，提高输电电压，减小输电电流.若电压提高到原来的n倍，电流将减小到原来的1/n，输电损失将减小到原来的1/n2。

2. 我国目前远距离输电采用的电压：有110千伏、220千伏、330千伏，在少数地区已开始采用500千伏超高压送电。

目前世界上正在实验的输电电压是1150千伏。

3. 大型发电机发出的电压等级有：10.5千伏、13.8千伏、15.75千伏、18.0千伏。

4. 从发电站到用户的输电线路见高二教材。

【典型例题】例1. 如图1所示，各线圈均在匀强磁场中绕00'轴匀速转动，则能在电阻中产生交流电图1答：D正确本题考查的是对交流电的产生与利用是否形成了正确的认识。

交流电的产生实质上的电磁感应现象，并非只要有线圈、有磁场、有转动就一定产生交流电，转轴必需与磁场垂直。

而交流电从产生到有效利用，还要经过电路结构上的处理。

要想有效利用交流电，必需将封闭线圈打开，成D图所示情况。

例2. 一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动。

线圈中的感应电动势e随时间t变化关系如图2所。

下面说法中正确的是A. t1时刻通过线圈的磁通量为零B. t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C. t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大D. 每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大图2分析：在题设条件下线圈中的感应电动势在t=0时取最大值，线圈与磁场间方位关系为平行，此时穿过线圈的磁通量为0，但磁通量变化最快，即磁通量的变化率最大，也就是说此时刻切割边切割速度最大。

经T/4，达到t1时刻，线圈转过900，此时穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为0，换句话说此时切割速度为0，感应电动势为0。

再经T/4，达到t2时刻，线圈平面又平行于磁场，与t=0时刻比，只是感应电动势方向相反。

每当e改变方向时，是其瞬时值为0时，这时线圈平面与磁场垂直，磁通量都取最大值。

答：D正确关于交流电应该掌握：图景--公式--图象。

例3. 图3表示一交流电的电流随时间而变化的图象。

此交流电的有效值是A. 52AB. 5AC. 3.52AD. 3.5A图3分析：交流电变化规律不同时，有效值一般不同。

有效值为最大值的2/2倍，仅适用于正弦交流电.根据有效值的定义：设有某一直流电I通过某电阻R，在时间t=T内，产生热量Q则Q=I2RT设Q刚好等于将图3所示的交流电通过同一个电阻，在相同时间内产生的热量即Q=（42）2RT/2+（32）2RT/2=25RT两式连立有I2RT=25RT，I=5A答：B正确例4. 有5个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原副线圈电路中，如图4所示，若将该电路与交流电源接通，且电键接到1位置，发现5个灯亮度相同；若将电键接到2位置，且在变化中灯泡都不会烧毁，则可能的是A. 该变压器是降压变压器，线圈匝数比为4：1B. 该变压器是升压变压器，线圈匝数比为1：4C. 副线圈电路中的灯泡仍发光，只是更亮些D. 副线圈电路中的灯泡仍发光，只是更暗些图4分析：K接1时，灯均正常发光，表明I1=I2',I2=4I1,N1/N2=I2/I1=4/1，变压器为降压变压器。

这时电源电压不等于输入电压U=U灯+U1>U1U灯=U2K接2时,U1=U变大,由电压变比关系可知U2变大,灯均变亮.答：AC正确解决变压器问题要注意以下几点：（1）当变压器原线圈回路有除变压器之外的其它用电器时，变压器的输入电压以及变比公式中的U1并不是电源的电压。

（2）当变压器本身不变，输出端负载不变时，由于输入回路结构的变化，可能导致输入功率的变化。

如本例，电键从1到2，P出增加，P入增加。

（3）当原线圈输入电压一定，变压器一定时，由于负载的变化同样会导致输出、输入功率的变化，但仍有P出=P入。

例5. 如图5所示，理想变压器的初级线圈两端m、n接高压交流电源，降压后通过有一定电阻的输电导线接用电器。

A、V是交流电表（V与R1并联），开始时K闭合，现将K 断开，那么A、V的示数及R1消耗的功率该分别A. 增大、增大、增大B. 减小、增大、增大C. 增大、减小、增大D. 减小、增大、减小图5解答：当U1一定时，U2=n2U1/n1一定对输出回路有I2=U2/（r+R）（r、R分别为导线和负载的电阻）K断开，负载电阻R增加，I2将减小，由I2=n1I1/n2，有I1减小，伏特表示数U=U2-I2(2r)，因为U2不变，I2减小，则U将增大。

因为U=U R1，R1为定值电阻，所以P R1=U R12/R1将增大B正确变压器输入电压一定时，输入功率将随负载的变化而变化。

在K闭合前后尽管输出电流减小，但分配给每一个用电器的功率在k闭合前是较小的。

例6. 某发电站输出总电功率为P，用升压变压器将电压升到U后向远方送电，已知输电导线的总电阻为R，则在时间t内输电导线上的功率损耗是A. PtB. （U2/R）tC. （P/U）2RtD. U2Rt分析：Pt是时间t内变压器输送的总功率，它不可能全部损耗在输电导线上。

导线上的损耗仅仅是其很小的一部分。

（U2/R）t中的U并不是导线R上的电压U R，因为U远大于U R，所以（U2/R）t要远大于导线上的热损耗。

事实上（U2/R）t=U（U/R）t，U/R》U R/R=P/U（输出电流），所以（U2/R）t将比输送的总功率还要大许多，这是很荒谬的。

D中是一个错误的计算式。

Q=I2Rt=（P/U）2Rt答：C正确本题的前提条件是输入的功率一定，而不是输入的电压一定。

计算导线上的热损耗，必需注意有关公式中各物理量的对应关系，不可以乱套公式。

变压器远程输电基本模式如图6所示，几个基本关系式是图6输电电流：I=P/U=P'/U'=（U-U'）/R输电导线损耗的电功率为:Pr=P-P'=I2R=I(U-U')由Pr=I2R，I=P/U，可得Pr=(P/U)2R，可见当输电电压提高n陪时，输电损耗将减小到原来的n2分之一。

例7. 以下说法正确的是（）A. 恒定的电流能够在周围空间产生稳定的磁场B. 稳定的电场能够在周围空间产生稳定的磁场C. 均匀变化的电场能够在周围空间产生稳定的磁场D. 静止电荷可激发静电场，运动电荷可激发磁场，周期性振荡的电荷就激发电磁波正确答案是ACD总结：对纯电阻电路，感应电流与电动势的关系遵从欧姆定律.感应电流的变化规律与电动势相同。

电磁感应过程中，由于产生了交流电，线圈在磁场中转动过程中将受到安培力所提供的力矩作用，该力矩阻碍线圈的转动，为了维持线圈匀速转动必需有外力克服安培力做功，在此过程中将其它形式的能量转化为交流电的电能注意：0--T/4内的平均电动势值不是最大值的一半,也不等于中间时刻(t=T/8)的瞬时值。

这是因为穿过线圈面积的磁通量不是线性变化关系。