高三物理復(fù)習(xí)交流電人教實(shí)驗(yàn)版

1、高三物理復(fù) 習(xí)第十章 交流電人教實(shí)驗(yàn)版【本講教育信息】一. 教學(xué)內(nèi)容：復(fù)習(xí)第十章 交流電重點(diǎn)、難點(diǎn)解析：一、交流電的產(chǎn)生 1. 交變電流的定義：強(qiáng)度和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫交變電流。 2. 正弦交變電流：隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的交變電流叫做正弦交變電流，正弦交變電流的圖象是正弦函數(shù)曲線。 3. 交變電流的產(chǎn)生（1）將一個(gè)平面線圈置于勻強(qiáng)磁場中，并繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生正弦交變電流。（2）中性面：與磁場方向垂直的平面叫中性面。中性面的特點(diǎn)：線圈轉(zhuǎn)到中性面位置時(shí)，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，經(jīng)過中性面2次，線圈每經(jīng)過中性面一次

2、，電流的方向改變1次。 4. 交變電流的變化規(guī)律瞬時(shí)值表達(dá)式：，。N匝平面矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)最大值：。二、表征交變電流的物理量 1. 瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值，瞬時(shí)值是時(shí)間的函數(shù)，不同時(shí)刻的瞬時(shí)值不同。 2. 最大值：。它反映的是交變電流大小的變化范圍，瞬時(shí)值與最大值的關(guān)系是：。 3. 有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，讓交流電和直流電通過相同阻值的電阻，如果它們?cè)谙嗤臅r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值，叫做該交變電流的有效值，用“E、I、U”表示，對(duì)于正弦交流電，其有效值與最大值的關(guān)系是：，。 4. 周期和頻率：。三、電感和電容對(duì)交變電流的

3、作用 1. 電感對(duì)交變電流的阻礙作用用感抗表示，其大小由線圈的自感系數(shù)和交變電流的頻率決定，線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，感抗越大；低頻扼流線圈的自感系數(shù)很大，有“通直流，阻交流”的作用，高頻扼流線圈的自感系數(shù)很小，有“通低頻，阻高頻”的作用。 2. 電容對(duì)交流電的作用用容抗表示，其大小由電容器的電容和交流電的頻率決定，電容器的電容越大，交流電的頻率越高，電容器的容抗就越大；隔直電容器有“通交流，隔直流”的作用，旁路電容器有“通高頻，阻低頻”的作用?！镜湫屠}】一、交變電流的變化規(guī)律（包括圖象） 1. 正弦交流電的產(chǎn)生過程，實(shí)際上是線圈在磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)

4、象的過程，其處理方法就是處理電磁感應(yīng)問題的有關(guān)方法。 2. 中性面的特點(diǎn)：在該位置穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率，故無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流；線圈每轉(zhuǎn)過中性面一次，電動(dòng)勢(shì)和電流方向就改變一次。 3. 交變電流的變化規(guī)律要從函數(shù)表達(dá)式與圖象兩方面結(jié)合起來理解，取線圈在中性面位置時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)、閉合時(shí)線圈兩端點(diǎn)間的電壓以及電路中電流變化規(guī)律為：，。 例1. 一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線如圖所示，則A. 時(shí)刻通過線圈的磁通量為零B. 時(shí)刻通過線圈的磁通量絕對(duì)值最大C. 時(shí)刻通過線圈的磁通量變化率絕對(duì)值最大D. 每

5、當(dāng)i變換方向時(shí)，通過線圈的磁通量絕對(duì)值都最大解析：熟悉交流電的產(chǎn)生過程，磁通量為零時(shí)，磁通量變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流最大，因此選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤。答案：D二、交變電流的有效值和平均值對(duì)于交變電流，應(yīng)注意區(qū)分有效值和平均值的使用范圍。 1. 關(guān)于交變電流的有效值問題，首先觀察是不是正弦交流電，若完全是，則直接應(yīng)用，求解；若部分是，則其中的和部分也可直接應(yīng)用，關(guān)系，并結(jié)合焦耳定律求解；若完全不是，則根據(jù)有效值的定義和焦耳定律求解。 2. 交變電流的平均值是交變電流圖線與橫坐標(biāo)（t軸）所圍的面積跟時(shí)間的比值，其數(shù)值可以用計(jì)算；而，注意此值不等于這段時(shí)間始、末時(shí)刻瞬時(shí)值的算術(shù)平均值； 3. 在

6、計(jì)算交變電流的焦耳熱時(shí)，應(yīng)用有效值；在處理流過的電荷量時(shí)，應(yīng)用電流的平均值。 例2. 如圖表示一交變電流隨時(shí)間變化的圖象，此交變電流的有效值是A. AB. 5AC. D. 解析：此題主要考查學(xué)生對(duì)交流有效值的理解程度，由于多數(shù)學(xué)生對(duì)交流有效值的意義理解欠深刻，只是機(jī)械地套用正弦式電流的最大值等于有效值的倍關(guān)系，直接從圖上求得最大值的平均值除以即得到而錯(cuò)選D項(xiàng)，另外有的學(xué)生雖然認(rèn)識(shí)到了電流的熱效應(yīng)與其方向無關(guān)，僅由大小決定，只是簡單地取正負(fù)半軸最大值的算術(shù)平均值，而錯(cuò)選C項(xiàng)。正確的思路應(yīng)為：嚴(yán)格按照有效值的定義，交變電流的有效值的大小等于在熱效應(yīng)方面與之等效（在相同時(shí)間內(nèi)通過相同的電阻所產(chǎn)生的熱

7、量相等）的直流的電流值，可選擇一個(gè)周期（0.02s時(shí)間），根據(jù)焦耳定律，有：解之可得：，即應(yīng)選B項(xiàng)。答案：B 例3. 一個(gè)電阻接在10V的直流電源上，它的發(fā)熱功率是P，當(dāng)接到電壓為的交變電流電源上，它的發(fā)熱功率是A. B. C. PD. 2P解析：因，而，所以，故答案是B。答案：B四、變壓器 1. 變壓器是改變交流電壓的設(shè)備，而不改變交變電流的功率和頻率。 2. 變壓器是由原線圈、副線圈和閉合鐵芯組成的。 3. 變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理來改變電壓的。 4. 理想變壓器：不考慮銅損（線圈電阻產(chǎn)生的焦耳熱）、鐵損（渦流產(chǎn)生的焦耳熱）和漏磁的變壓器，即它的輸入功率等于輸出功率。 5. 理想變壓器的基

8、本公式（1）功率關(guān)系：；（2）電壓關(guān)系：，若有若干副線圈時(shí)：（3）電流關(guān)系：，若有若干副線圈時(shí)，。 6. 幾種常用的變壓器（1）自耦變壓器調(diào)壓變壓器（2）互感變壓器五、電能的輸送輸電線上的功率損失：設(shè)輸電電流為I，輸電線的電阻為R，則功率損失。減少輸電線上的功率損失的方法：在輸電距離一定的情況下，由可知，可減小導(dǎo)線的電阻率和增大橫截面積；由和可知，通過升高輸電電壓，從而減小輸電電流，達(dá)到減少功率損失的目的。減小輸電線路上電壓損失的方法：由可知，可減小輸電線電阻和提高輸電電壓。六、理想變壓器中各物理量之間的關(guān)系對(duì)理想變壓器的認(rèn)識(shí)應(yīng)從原、副線圈的功率關(guān)系、電壓關(guān)系和電流關(guān)系等方面入手去研究。 1.

9、 對(duì)于理想變壓器，磁感線全部集中在鐵芯中（即沒有漏磁），變壓器本身不損耗能量，因而理想變壓器沒有能量損失，即。 2. 理想變壓器原、副線圈的端電壓與匝數(shù)的關(guān)系式，此式對(duì)于有一個(gè)或幾個(gè)副線圈的變壓器均適用，還適用于兩個(gè)副線圈之間。 3. 理想變壓器原、副線圈中電流與匝數(shù)的關(guān)系為：，此式僅適用于只有一個(gè)副線圈供電時(shí)的變壓器，若有幾個(gè)副線圈同時(shí)輸出電流，則有： 例4. （經(jīng)典回放）如圖所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為，原線圈回路中的電阻A與副線圈回路中的負(fù)載電阻B的阻值相等。a、b端加入交流電壓后，兩電阻消耗的電功率之比_，兩電阻兩端電壓之比=_。解析：變壓器的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換器，理想變壓器在能

10、量轉(zhuǎn)換過程中沒有能量損失，即有，因，所以有。對(duì)理想變壓器，有又，所以，R，所以。答案：1：161：4七、理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析 1. 輸入電壓決定輸出電壓，這是因?yàn)檩敵鲭妷海?dāng)不變時(shí)，不論負(fù)載電阻R變化與否，不會(huì)改變。 2. 輸出電流決定輸入電流，在輸入電壓一定的情況下，輸出電壓也被完全確定。當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí)，減小，則相應(yīng)減??；當(dāng)負(fù)載電阻R減小時(shí)，增大，則相應(yīng)增大，在使用變壓器時(shí)，不能使變壓器次級(jí)短路。 3. 輸出功率決定輸入功率，理想變壓器的輸出功率與輸入功率相等，即，在輸入電壓一定的情況下，當(dāng)負(fù)載電阻R增大時(shí)，減小，則變壓器輸出功率減小，輸入功率也將相應(yīng)減?。划?dāng)負(fù)載電阻R減小時(shí)，增大，變壓

11、器的輸出功率增大，則輸入功率也將增大。 例5. 如圖所示，電路中理想變壓器初級(jí)加一個(gè)固定的交變電壓，那么下列情況正確的是A. 當(dāng)滑動(dòng)頭E上移時(shí)，燈泡EL變亮B. 當(dāng)滑動(dòng)頭E上移時(shí)，電流表讀數(shù)變大C. 當(dāng)滑動(dòng)頭E上移時(shí)，電壓表讀數(shù)變大D. 若閉合開關(guān)S，則電流讀數(shù)變大，而讀數(shù)變小解析：當(dāng)E向上移動(dòng)時(shí)，副線圈電路的總電阻變大，故副線圈干路電流減小，故讀數(shù)變小，燈EL變暗，V測得電壓，不變，變小，故V讀數(shù)變大，當(dāng)閉合S后，讀數(shù)變大，讀數(shù)不變。答案：C。八、遠(yuǎn)距離輸電線路上的電壓損失和功率損失對(duì)于遠(yuǎn)距離高壓輸電問題，一般情況下輸送的電功率是一定的，這時(shí)對(duì)輸電系統(tǒng)有：，由于線路上損失的電能是不可避免的，

12、因此為了減少線路上的電能損失，可以采用以下幾個(gè)基本途徑： 1. 提高輸送電壓U。 2. 適當(dāng)增大輸電線的橫截面積S。 3. 采用電阻率小的導(dǎo)線。其中最有效的方法是提高輸電電壓。對(duì)這一變電過程一般按照“發(fā)電升壓輸電線降壓用電器”的順序，或從“用電器”倒退到“發(fā)電”，一步一步逐步分析，注意升壓變壓器副線圈中的電流、輸電線上的電流、降壓變壓器原線圈中的電流三者關(guān)系，還必須靈活運(yùn)用電流比、電壓比和功率關(guān)系建立各部分電路的有機(jī)聯(lián)系。 例6. 一小型水力發(fā)電站水壩落差，流量為，發(fā)電機(jī)組的總效率，輸出電壓為350V，為向較遠(yuǎn)處的用戶供電，采用先升壓、再降壓的辦法，設(shè)輸電線的總電阻，允許輸電線電熱損失功率為電

13、站輸出功率的5%，用戶需要電壓為220V。試求：升壓變壓器、降壓變壓器的匝數(shù)比。（取）解析：由題目條件可求得1s內(nèi)水做功為：水流功率為發(fā)電機(jī)的輸出功率為升壓變壓器的輸入電流為，則根據(jù)輸電線上損失功率，即，即為升壓變壓器的輸出電流，則可得：降壓變壓器輸入電流即輸電線上的電流降壓變壓器的輸出電流可由用戶得到功率和電壓求得：，即。答案：1：46：1【模擬試題】 1. 處在勻強(qiáng)磁場中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場方向平行于紙面并與ab垂直，在時(shí)刻，線圈平面與紙面重合（如圖所示），線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動(dòng)，若規(guī)定由方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線是

14、圖中的 2. 正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照左圖所示的方式連接，交流電壓表的示數(shù)是10V，右圖是交變電源輸出電壓u隨時(shí)間t變化的圖象，則A. 通過R的電流隨時(shí)間t變化的規(guī)律是B. 通過R的電流隨時(shí)間t變化的規(guī)律是C. R兩端的電壓隨時(shí)間t變化的規(guī)律是D. R兩端的電壓隨時(shí)間t變化的規(guī)律是 3. 在兩塊金屬板上加交變電壓，當(dāng)0時(shí)，板間有一個(gè)電子正好處于靜止?fàn)顟B(tài)，下面關(guān)于電子以后運(yùn)動(dòng)情況的判斷哪些是正確的A. 時(shí)，電子回到原出發(fā)點(diǎn)B. 電子始終向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)C. 時(shí)，電子將有最大速度D. 時(shí)，電子的位移最大 4. 一個(gè)邊長為的正方形金屬線框置于勻強(qiáng)磁場中，線框平面與磁場垂直，電阻為0.36，

15、磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖所示，則線框中感應(yīng)電流有效值為A. B. C. AD. 5. 一矩形線圈，繞垂直于勻強(qiáng)磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t的變化如圖所示，下列說法中正確的是A. 和時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零B. 和時(shí)刻穿過線圈的磁通量變化率為零C. 從線圈平面與磁場方向平行時(shí)刻開始計(jì)時(shí)D. 每當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e變換方向時(shí)，穿過線圈的磁通量的絕對(duì)值都為最大 6. 如圖所示，虛線方框中是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，邊長為L的正方形導(dǎo)線框abcd以角速度繞OO軸由平行于磁場方向的位置勻速轉(zhuǎn)至圖示位置。設(shè)導(dǎo)線框的總電阻為R，線框在磁場中

16、面積為線框總面積的，求此過程中，導(dǎo)線框產(chǎn)生的熱量。 7. 在圖甲中，直角坐標(biāo)系Oxy的1、3象限內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，第1象限內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，第3象限內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均垂直于紙面向里，現(xiàn)將半徑為l、圓心角為的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)線框的回路電阻為R。（1）求導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流的最大值；（2）在圖乙中畫出導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象（規(guī)定與圖甲中線框的位置相應(yīng)的時(shí)刻為）；（3）求線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的熱量。 8. 一個(gè)理想變壓器，原線圈和副線圈的匝數(shù)分別是和，正常工作時(shí)輸入和輸出的電壓、電流、功率分別為和

17、、和、和，已知，則A. B. C. D. 9. 如圖所示，T為理想變壓器，、為理想交流電流表，、為理想交流電壓表，、為電阻，原線圈兩端接電壓一定的正弦交流電，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，各交流電表的示數(shù)變化情況應(yīng)是 10. 在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，輸送的電功率為P，輸電電壓為U，所用導(dǎo)線電阻率為，橫截面積為S，總長度為L，輸電線損失的電功率為P，用戶得到的電功率為，則P、的關(guān)系式正確的是A. B. C. D. 11. （經(jīng)典回放）電學(xué)中的庫侖定律、歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律（有關(guān)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的規(guī)律）、安培定律（磁場對(duì)電流作用的規(guī)律）都是一些重要的規(guī)律，下圖為遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的示意圖（為了簡單，設(shè)用戶的電器是電動(dòng)

18、機(jī)），下列選項(xiàng)中正確的是A. 發(fā)電機(jī)能發(fā)電的主要原理是庫侖定律，變壓器能變壓的主要原理是歐姆定律，電動(dòng)機(jī)通電后能轉(zhuǎn)動(dòng)起來的主要原理是法拉第電磁感應(yīng)定律B. 發(fā)電機(jī)能發(fā)電的主要原理是安培定律，變壓器能變壓的主要原理是歐姆定律，電動(dòng)機(jī)通電后能轉(zhuǎn)動(dòng)起來的主要原理是庫侖定律C. 發(fā)電機(jī)能發(fā)電的主要原理是歐姆定律，變壓器能變壓的主要原理是庫侖定律，電動(dòng)機(jī)通電后能轉(zhuǎn)動(dòng)起來的主要原理是法拉第電磁感應(yīng)定律D. 發(fā)電機(jī)能發(fā)電的主要原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，變壓器能變壓的主要原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，電動(dòng)機(jī)通電后能轉(zhuǎn)動(dòng)起來的主要原理是安培定律 12. 鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖（a）所示，圖（a）中電流表的讀數(shù)為1.2A，圖（b）中用同一電纜線繞了3匝，則A. 這種電流表能測直流電流，圖（b）的讀數(shù)為2.4AB. 這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為0.4AC. 這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6AD. 這種電