新教材同步系列2024春高中物理第3章交變電流章末綜合提升學(xué)生用書粵教版選擇性必修第二冊

第3章交變電流主題1交變電流的四值及其應(yīng)用1．瞬時(shí)值：它反映不同時(shí)刻交變電流的大小和方向，正弦交流電瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsinωt，i＝Imsinωt(應(yīng)當(dāng)注意必須從中性面開始)。2．最大值：它是瞬時(shí)值的最大值，它反映的是交變電流大小的變化范圍，當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時(shí)，交流電動(dòng)勢最大，Em＝nBSω(轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線)。電容器接在交流電路中，則交變電壓的最大值不能超過電容器的耐壓值。3．有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果在交變電流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫作這一交流的有效值。正弦交流電的有效值跟最大值之間的關(guān)系是U＝12Em，I＝12Im4．平均值：它是指交流電圖像中圖線與橫軸所圍成的面積跟時(shí)間的比值。其量值可用法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n·ΔΦΔt來求，當(dāng)線圈從中性面轉(zhuǎn)過90°的過程中，有E＝2πE【典例1】如圖所示為交流發(fā)電機(jī)的示意圖，矩形線圈的匝數(shù)N＝50匝，每匝線圈的邊長lab＝0.4m，lbc＝0.2m，矩形線圈所在處的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2T，線圈總電阻r＝1Ω，外接電阻R＝9Ω。線圈以n＝100πr/s(1)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值；(2)若線圈從通過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)，寫出回路中電流隨時(shí)間變化的關(guān)系式；(3)交流電壓表和電流表的讀數(shù)；(4)此交流發(fā)電機(jī)的總功率和輸出功率。[聽課記錄]應(yīng)用“四值”的幾點(diǎn)技巧(1)I＝Im(2)計(jì)算時(shí)一般取一個(gè)周期，如果一個(gè)周期內(nèi)各時(shí)段交變電流的規(guī)律不同，應(yīng)分段計(jì)算然后求和。(3)各種交流電表、交流電器上標(biāo)注的額定值及與熱效應(yīng)有關(guān)的計(jì)算等都指的是有效值。(4)計(jì)算流過導(dǎo)體橫截面的電荷量時(shí)必須用平均值。主題2遠(yuǎn)距離輸電問題1．輸電示意圖2．正確理解幾個(gè)基本關(guān)系(1)功率關(guān)系：P1＝P2，P2＝P損＋P3，P3＝P4。(2)電壓關(guān)系：U1U2＝n1n2，U2＝U線＋U(3)電流關(guān)系：I1I2＝n2n1，I2＝I線＝I(4)輸電電流：I線＝P2U2＝P(5)輸電導(dǎo)線上損耗的電功率：P損＝P2－P3＝I線2R線＝U線2R線(6)輸電導(dǎo)線上的電壓損失：U線＝I線R線＝U2－U3?！镜淅?】某村在距村莊較遠(yuǎn)的地方修建了一座小型水電站，發(fā)電機(jī)輸出功率為9kW，輸出電壓為500V，輸電線的總電阻為10Ω，線路損耗的功率為輸出功率的4%。求：(1)村民和村辦小企業(yè)需要220V電壓時(shí)，所用升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比各為多少？(不計(jì)變壓器的損耗)(2)若不用變壓器而由發(fā)電機(jī)直接輸送，村民和村辦小企業(yè)得到的電壓和功率是多少？[聽課記錄]遠(yuǎn)距離輸電問題的處理思路(1)根據(jù)具體問題畫出輸電線路示意圖。(2)研究三個(gè)回路，分析其中的已知量、可求量、待求量。(3)研究兩個(gè)變壓器，分析其中的已知量、可求量、待求量。(4)確定求解思路，根據(jù)回路及變壓器上的電壓、電流、功率關(guān)系列式求解。章末綜合提升典例1解析：(1)Em＝NBSω＝NBLablbcω＝50×0.2×0.4×0.2×100π×2πV＝160V(2)ω＝2πn＝200rad/s，Im＝Emr+R＝i＝16sin200t(A)。(3)電流表的讀數(shù)I＝12Im＝82A電壓表的讀數(shù)U＝IR＝722V。(4)發(fā)電機(jī)的總功率P＝IE，E＝12Em所以P＝82×12×160W發(fā)電機(jī)的輸出功率等于外電路電阻消耗的電功率。即PR＝IU＝82×722W＝1152W。答案：(1)160V(2)i＝16sin200t(A)(3)722V82A(4)1280W1152W典例2解析：建立如圖所示的遠(yuǎn)距離輸電模型，要求變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，先要知道原、副線圈兩端的電壓之比。本題以線路上損耗的功率為突破口，先求出輸電線上的電流I線，再根據(jù)輸出功率求出U2，然后再求出U3。(1)由線路損耗的功率P線＝I線2R線可得I線＝P線R線＝又因?yàn)镻輸出＝U2I線，所以U2＝P輸出I線＝90006U3＝U2－I線R線＝(1500－6×10)V＝1440V。根據(jù)理想變壓器規(guī)律得n1n2＝U1Un3n4＝U3U所以升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比分別是1∶3和72∶11。(2)若不用變壓器而由發(fā)電機(jī)直接輸送(模型如圖所示)，由P輸出＝UI線′，可得I′線＝P輸出U＝9000500A所以線路損耗的功率P線′＝I線′2R線＝182×10W＝324