2013高三物理第一轮总复习课件十：交变电流

I1 I2

n2 n1
原线圈电流 I1由副线圈电流 I2和匝数比决定，当 副线圈的负载电阻R发生变化时，I2变化（P2=U2I2变 化），I1 随着变化（P1=U1I1随着变化）。 有多个副线圈时：U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn 可得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…＋nnIn
(1)基本关系中U1、U2、I1、I2均指有效值． (2)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U1 为加在原线圈 两端的电压，并不是电源的电压． (3)只有一个副线圈的变压器电流与匝数成反比，多个 副线圈的变压器没有这种关系，但满足功率P入＝P出， 即：U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn， 可推得：n1I1＝n2I2＋n3I3＋…＋nnIn. (4)三个决定 ①输入电压决定输出电压，当输入电压不变时，不论负 载是否变化，输出电压不变． ②输出电流决定输入电流，输入电流随输出电流的增大 而增大，随输出电流的减小而减小． ③输出功率决定输入功率，输入功率随输出功率的变化 而变化．当负载为空载时，输入功率为零．
高三物理第一轮总复习
（2013届）
考纲预览
内 容 要求
Ⅰ Ⅰ
说明
交变电流、交变电流的图象 正弦交变电流的函数表达式、峰值和 有效值
理想变压器
远距离输电 实验：传感器的简单使用
Ⅰ
Ⅰ
第一课时 交变电流的产生和描述 一．交变电流的产生和变化规律 1、交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电 流叫做交变电流． 2、正弦式交变电流的产生：将线圈置于匀强磁场中， 并绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦 式交变电流．
A
A
i/×10-5A
2
10
10
5
5
A
o
3 3 5 8 10
t/s
第二课时 变压器 电能的输送 一．变压器 1、变压器的构造：变压器主要是由闭合铁芯和绕在铁 芯上的两个或两个以上线圈组成的，如图所示． ⑴原线圈：与电源连接的线圈， 也叫初级线圈． ⑵副线圈：与负载连接的线圈， 也叫次级线圈．
4. (2011 年肇庆检测)一矩形金属线圈，绕垂直磁场方 向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的电动 势 e 随时间 t 变化的情况如图所示．下列说法正确的 是（ CD ） A．此交流电的频率为 0.5 Hz B．此交流电的电动势有效值为 2 V C．t＝0.01 s 时，线圈平面与磁场方向垂直 D．t＝0.02 s 时，线圈磁通量变化率为零
⑶电压u 随时间变化规律： u＝Umsinωt [EmR/(R+r)]
⑷电流i 随时间变化规律： i＝Imsinωt [Em/(R+r)]
⑴线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，磁通量的变 化率为零，e = 0，I = 0，电流方向将发生改变。 ⑵线圈平面与中性面垂直时，磁通量为零．磁通量的变 化率最大，e 最大，i 最大，电流方向不改变。 ⑶线圈从中性面开始计时，函数表达式e＝Emsin ωt，从 垂直中性面开始计时，函数表达式e＝Emcos ωt. ⑷只要线圈在匀强磁场中绕线圈平面内垂直于磁场的轴 匀速转动，就产生正弦式交流电，其变化规律与线圈的 形状、与转动轴处于线圈平面内哪个位置无关．
_
_
平均电流：
R r n BS R r
_
I
E Rr
0.05s内流过的电量：q
I t n
0 .0 7 2 C
6. 多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是 用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低， 且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调 光灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的，如图 所示为经过一个可控硅调节后加在电灯上的电压。即 在正弦交变电流的每一个二分之一周期中，前面四分 之一周期被截去，调节台灯上的旋钮可以控制截去的 多少，从而改变电灯上的电压。那么现在电灯上的电 压为多少？
说明：若图象部分是正弦交变电流，其中的T/4和T/2 部分的有效值可直接应用 U
U
m
，I

Im 2
的关系．
2
3、几种典型的交变电流的有效值
⑴正弦式交变电流： ⑵正弦半波电流： ⑶正弦单向脉动电流： ⑷矩形脉动电流： ⑸非对称性交变电流：
U U
m
2
U U
m
2
U
U
m
2
U
t1 T
U
m
【例与练】如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀 速转动，其转动轴线OO′与磁感线垂直．已知匀强磁 场的磁感应强度B＝1T，线圈所围面积S＝0.1m2，转 速12 r/min。若从中性面开始计时，则线圈中产生的 感应电动势的瞬时值表达式应为( C ) A．e＝12πsin120t(V) B．e＝24πsin120πt(V) C．e＝0.04πsin0.4πt(V) D．e＝0.4πcos2πt(V)
2
C． 1 0 : 1
【例与练】一理想变压器初，次级线圈匝数比为3:1， 次级接三个相同的灯泡，均能正常发光，在初级线圈 接一个相同的灯泡L，如图所示，则( A ) A.灯L也能正常发光 B.灯L比另三灯都暗 C.灯L将会烧坏 D.灯L时亮时暗
【例与练】(2010· 天津理综)为探究理想变压器原、副 线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不 变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2， 电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电 流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S闭 合后( AD) A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变 B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大 C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大 D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
_
E n
t
_
I
E Rr
_
计算有关电荷量时只能用平均值。
q I t n
Rr
【例与练】(2011年青岛模拟)已知某电阻元件在正常 工作时，通过它的电流按如图所示的规律变化．今与 这个电阻元件串联一个多用电表(已调至交流电流挡)， 则多用电表的读数为( )C
A．4 2 A C．5 A B．4 A D．5 2 A
⑴功率关系：P入＝P出
原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定。
⑵电压关系： U
U1
2

n1 n2
有多个副线圈时:
U1 n1

U2 n2

U3 n3

副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定。无论副 线圈的负载电阻R如何变化，U2也不变。
⑶电流关系：只有一个副线圈时: 或写成n1I1＝n2I2.
6. 理想变压器动态问题的分析思路程序可表示为：
【例与练】理想变压器原、副线圈匝数比为10:1，以 下说法中正确的是( BD ) A.穿过原､副线圈每一匝磁通量之比是10:1 B.穿过原､副线圈每一匝磁通量的变化率相等 C.原､副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10:1 D.正常工作时原､副线圈的输入､输出功率之比为1:1
E m n B S 1 0 2 0 .3 0 .6 1 0 1 1 3V
电流有效值： I
2 2

Im 2

Em 2 (R r)
1 .6 A
Q I R t 1 .6 4 5 0 .0 5 J 5 .7 6 J
_
（2）平均电动势：E
n
t
二．描述交变电流的物理量 1、周期和频率 ⑴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＝2π/ω. ⑵频率f：交变电流在单位时间(1 s)内完成周期性变化 的次数，单位是赫兹(Hz)． ⑶周期和频率的关系 T＝1/f或f＝1/T.
2、交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 ⑴瞬时值：交变电流某一瞬时的值，是时间的函数．
A．周期是0.01 s
B．最大值是110 V
C．有效值是 5 5 2V
D．表达式是 u 1 1 0 2 sin 1 0 0 t (V )
3．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀 速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图 (甲)所示，则下列说法中正确的是(B ) A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大 C．0.02 s时刻感应电动势达到最大 D．该线圈相应的感应电动势图象如图(乙)所示
【例与练】如图所示，理想变压器原线圈接入交流电 u＝Umsinωt，副线圈接有一电压表和电阻为R的负载， 电压表的示数为10 V．在t＝T/4时(T为交变电流的周 期)，原线圈两端电压的瞬时值为 1 0 0 ．由此可知 2V 变压器原、副线圈的匝数比为( ) C A．1 0
2 :1
B．1 : 1 0 D．1 : 1 0
e E m sin t
u U m sin t
i I m sin t
⑵峰值：交变电流所能达到的最大值．
E m n B S n m
Im Em R r
当考虑某电学元件（电容器、晶体管等）的击穿电压 时，指最大电压。
⑶有效值：让交变电流与恒定电流分别通过阻值相等的 电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，则这 个恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值．
A
3、中性面 ⑴定义：与磁场方向垂直的平面．
b
c d B
a
⑵特点： ①线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量 的变化率为零，感应电动势为零． ②线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．线 圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两 次．
4、正弦式交变电流的变化规律和图象(线圈在中性面位 置开始计时) ⑴磁通量Φ随时间变化规律： Φ=Φmcosωt （Φm=BS) ⑵电动势e 随时间变化规律： e＝Emsinωt (Em=NBSω)
5、几种常用的变压器 ⑴自耦变压器：其原、副线圈共用一个线圈，如图A、 B所示．
⑵电压互感器：属降压变压器，并联在 电路中，用于测高电压，如图C所示． ⑶电流互感器：属升压变压器，串联在 电路中，用于测大电流，如图D所示． 注意：(1)变压器不能改变直流电压． (2)变压器只能改变交变电流的电压和 电流，而不能改变交变电流的频率．
U
1 2
(U 1 U 2 )
2 2
1．如图中不属于交变电流的是(
D
)
解析：方向随时间做周期性变化是交流电的最主要特 征，也是交流电和直流电的根本区别．交流电的方向 一定改变，而大小可以变也可以不变．
2．(2010年广东卷改编)如图是某种正弦式交变电压的 图象，由图可确定该电压的( D )
【例与练】(2011 年汕头一模)如图甲，一理想变压器 原、副线圈匝数比 n1∶n2＝11∶5，原线圈与正弦交变 电源连接，输入电压 u 随时间 t 的变化规律如图乙所 示，副线圈仅接入一个 10 Ω的电阻．则( AC ) A、变压器的输入电压最大值是 2 2 0 2V B、正弦交变电流的周期是1×10－3 V C、变压器的输入功率是1×103W D、电压表的示数是 1 0 0 2V
5. 如图所示，矩形线圈 abcd 在磁感强度 B＝2 T 的匀 强磁场中绕轴 OO′，以角速度ω＝10π rad/s 匀速转动， 线圈共 10 匝， ab＝0.3 m，bc＝0.6 m，线圈电阻 r＝5 Ω，负载电阻 R＝ 45 Ω.求： (1)电阻R在 0.05 s内所发出的热量； (2)0.05s内流过的电量 (设线圈从垂直中性面开始转动) 解析（1）最大电动势：
2、变压器的原理：交变电流通过原线圈时在铁芯中激发 磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁 场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动 势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能 够输出电流．互感现象是变压器工作的基础．
3、理想变压器：没有能量损失的变压器，即原线圈的 输入功率等于副线圈的输出功率． 4、基本关系式
正弦交变电流的有效 值与峰值之间的关系
E Em 2
I
Im 2
U
U
m
2
通常所说的交变电流的电压、电流以及交流电表 的读数，保险丝的熔断电流，电器设备“铭牌”上所 标的电压、电流值都是指有效值。求解交变电流的电 热问题时，必须用有效值计算。 ⑷平均值：线圈在转动过程中从一个位置到另一位置所 产生的电动势的平均值，称为该过程的平均电动势。 _
Biblioteka Baidu答案：
Um 2
7．(2011年济南高三模拟)一个边长为6 cm的正方形金 属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻 为0.36 Ω。磁感应强度B 随时间 t 的变化关系如图所示， 则线框中感应电流的有效值为( ) B
A. 2 1 0
5
A
B. 6 10
C. 2 2
D. 3 2 2
5