高考物理一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案：交變電流

交變電流—產(chǎn)生和描述相關(guān)知識：1.基本概念：2.交流發(fā)電機(jī)：3.電動勢求解：4.正弦交流電圖像及瞬時(shí)值表達(dá)式：【例題1】（1）圖中閉合線圈都在勻強(qiáng)磁場中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，不能產(chǎn)生正弦式交變電流的是（）（2）圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場，線圈繞垂直于磁場的水平軸OO'沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示。以下判斷正確的是（）A.交變電流的最大值為AB.t=0.01s時(shí)線圈位于中性面C.t=0.01s時(shí)線圈平面與磁場方向平行D.t=0.02s時(shí)穿過線圈磁通量最大（3）矩形線圈的匝數(shù)為50匝，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。下列結(jié)論正確的是（

）A.在t=0.1s時(shí)感應(yīng)電動勢最大 B.在t=0.2s時(shí)電動勢改變方向C.通過圖像求出電動勢最大值 D.在t=0.4s時(shí)，磁通量為0，感應(yīng)電動勢最大總結(jié)：【例題2】（1）在均勻分布的磁場空間中放入一邊長為a的正方形單匝線圈，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B與線圈平面垂直，B的大小按正弦規(guī)律變化，其最大值為Bm，周期為T。如圖所示，若線圈每邊電阻為r，線圈的自感可或略不計(jì)，求：感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的關(guān)系式；（2）如圖所示，一矩形線圈在水平外力F作用下以速度v=5.0m/s勻速通過一有界勻強(qiáng)磁場，線圈長和寬分別為L1=3m，L2=2m，線圈總電阻R=2Ω。勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T，方向垂直于xOy平面，有界磁場的形狀滿足方程y=2sin(πx/3)（單位：m）；求：①感應(yīng)電動勢隨時(shí)間變化的關(guān)系式；②外力F隨時(shí)間變化的關(guān)系式?？偨Y(jié)：【例題3】某興趣小組設(shè)計(jì)了一種發(fā)電裝置如圖所示。在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區(qū)域的圓心角α均為4π/9，磁場均沿半徑方向，匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長ab=cd=L、bc=ad=2L。線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動，bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場。在磁場中,兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動方向垂直。線圈的總電阻為r，外接電阻為R。求：①線圈切割磁感線時(shí),感應(yīng)電動勢的大小εm；②線圈切割磁感線時(shí),bc邊所受安培力的大小F；③外接電阻在一個(gè)周期內(nèi)消耗的熱量Q?？偨Y(jié)：【例題4】圖甲是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖。在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO'轉(zhuǎn)動。由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞OO'轉(zhuǎn)動的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路.圖乙是線圈的主視圖，導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示。已知ab長度為L1，bc長度為L2，線圈以恒定角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。（只考慮單匝線圈）①線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢e1的表達(dá)式；②線圈平面處于與中性面成夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，如圖丙所示，寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢e2的表達(dá)式；③若線圈電阻為r，求線圈每轉(zhuǎn)動一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。（其他電阻均不計(jì)）總結(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—圖像問題1.繪制e-t圖像：2.Φ-t與e-t圖像之間的聯(lián)系：3.繪制Φ-t與e-t圖像（中性面開始計(jì)時(shí)）：【例題1】（1）在以下四種情景中，線圈中產(chǎn)生的電流與其正下方所示的i-t圖線相對應(yīng)的是（）A．圖甲B．圖乙C．圖丙D．圖?。?）如圖所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的正弦交流電的圖像，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像如圖線b所示。以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說法中正確的是（）A．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3:2B．交流電b的電壓最大值為25/3VC．交流電a的電壓瞬時(shí)值u=10sin0.4πtD．在圖中t=0時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零總結(jié)：【例題2】（1）轉(zhuǎn)速傳感器用來檢測齒輪旋轉(zhuǎn)速度，為汽車自動控制系統(tǒng)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動時(shí)會導(dǎo)致感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)齒輪從圖甲中位置開始計(jì)時(shí)，0~0.2s內(nèi)車載電腦顯示的電流信號如圖乙所示，該齒輪共有12個(gè)凸齒。下列說法正確的是（）齒輪的轉(zhuǎn)速為5r/sB．齒輪的旋轉(zhuǎn)周期為2.4sC．t=0.1s時(shí)，感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量的變化率最大D．0.05s~0.15s內(nèi)，感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量的變化率先變大后變?。?）指針式石英鐘的步進(jìn)電機(jī)原理如圖甲所示，在由硅鋼片壓而成的定子上繞有線圈，由永磁體構(gòu)成的圓柱形轉(zhuǎn)子，可繞垂直線圈的轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動，其兩磁極分布在柱面上。當(dāng)電路產(chǎn)生的脈沖電信號（如圖乙所示）輸入到線圈時(shí)，線圈就產(chǎn)生磁場，且線圈兩端的磁極隨著輸入電流方向的變化而變化，使轉(zhuǎn)子每次按預(yù)定的方向（弧形箭頭方向）旋轉(zhuǎn)180°，轉(zhuǎn)子帶動齒輪，齒輪帶動秒針轉(zhuǎn)過一秒。則圖乙中脈沖電信號的頻率為（）A．4.0HzB．2.0HzC．1.0HzD．0.5Hz總結(jié)：【例題3】如圖所示的電路中，兩二極管均可視為理想二極管，R1=R2。a端對b端電壓與時(shí)間的關(guān)系如圖B的上圖所示。請?jiān)趫DB中作出a端對c點(diǎn)的電壓與時(shí)間的關(guān)系圖線（最少畫一個(gè)周期）。【例題4】如圖所示，ACD是由均勻細(xì)導(dǎo)線制成的邊長為d的等邊三角形線框，它以AD為轉(zhuǎn)軸，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的恒定的勻強(qiáng)磁場中以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動（俯視為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），磁場方向與AD垂直．已知三角形每條邊的電阻都等于R，取圖示線框平面轉(zhuǎn)至與磁場平行的時(shí)刻為t=0。（1）求任意時(shí)刻t線框中的電流；（2）規(guī)定A點(diǎn)的電勢為0，求t=0時(shí)，三角形線框的AC邊上任一點(diǎn)P（到A點(diǎn)的距離用x表示）的電勢UP，并畫出UP與x之間關(guān)系的圖線?？偨Y(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—“四值”問題（有效值）1.交變電流的“瞬時(shí)值”及“峰值”：2.交變電流的“有效值”：【例題1】（1）圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場，圖中電表為交流電流表．線圈繞垂直于磁場方向的水平軸OO′沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示，以下判斷正確的是（）電流表的示數(shù)為10AB．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50πrad/sC．0.01s時(shí)線圈平面與磁場方向平行D．0.02s時(shí)電阻R中電流的方向自右向左貫徹新發(fā)展理念，我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅猛，2020年我國風(fēng)力發(fā)電量高達(dá)4000億千瓦時(shí)。某種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理如圖所示，發(fā)電機(jī)的線圈固定，磁體在葉片驅(qū)動下繞線圈對稱軸轉(zhuǎn)動，已知磁體間的磁場為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.20T，線圈的匝數(shù)為100、面積為0.5m2，電阻為0.6Ω，若磁體轉(zhuǎn)動的角速度為90rad/s，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為50A。求：①線圈中感應(yīng)電動勢的有效值ε；②線圈的輸出功率P。總結(jié)：【例題2】（1）如圖所示，固定金屬圓環(huán)半徑為L，在金屬圓環(huán)的四個(gè)面積均等區(qū)域中有兩個(gè)區(qū)域分別存在方向相反、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場。長為L導(dǎo)體棒OA一端與圓環(huán)中心O點(diǎn)重合，另一端與圓環(huán)接觸良好，在圓環(huán)和O點(diǎn)間接一定值電阻R，其它電阻不計(jì)。當(dāng)導(dǎo)體棒以角速度ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，求：回路中產(chǎn)生的交變電流的有效值。（2）如圖，直角坐標(biāo)系xOy的1、3象限內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，第1象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，第3象限內(nèi)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?，F(xiàn)將半徑為L、圓心角為90°的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動，回路電阻為R。求：①導(dǎo)線框感應(yīng)電流最大值；②線框勻速轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的熱量；③該交變電流的有效值。總結(jié)：【例題3】（1）如圖所示是一交變電流大小的平方隨時(shí)間的變化關(guān)系的圖像（i2-t圖像），求：該交變電流的有效值；（2）如圖所示，空間存在一垂直紙面的有界勻強(qiáng)磁場，規(guī)定垂直紙面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系如圖甲所示，其中前半個(gè)周期為正弦函數(shù)關(guān)系，后半個(gè)周期為線性函數(shù)關(guān)系。將一電阻值為2Ω的矩形線圈abcd平行紙面放入該磁場中，位置如圖乙所示，線圈ad、bc邊的中點(diǎn)恰好處在磁場右邊界，已知線圈ab邊長為10cm，bc邊長為20cm；求：線圈產(chǎn)生的交變電流的有效值；總結(jié)：【例題4】如圖所示，由均勻電阻絲做成的三角形單匝線圈的電阻為R，邊長為L，線圈以恒定速度v垂直穿過圖示兩個(gè)反向勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，寬度均為L。其中三角形底邊垂直于磁場邊界，進(jìn)入磁場開始計(jì)時(shí)，針對線圈穿過磁場的過程，完成下列問題：①取感應(yīng)電流逆時(shí)針方向?yàn)檎?，畫出線圈中電流隨時(shí)間變化的圖像，標(biāo)明關(guān)鍵位置的坐標(biāo)值；②求線圈穿過整個(gè)磁場區(qū)域過程中產(chǎn)生的焦耳熱?？偨Y(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—“四值”問題（平均值）1.兩種“平均值”（以“力”為例）：2.時(shí)間平均值與空間（位移）平均值的對比：3.交變電流的“平均值”與“瞬時(shí)值”：3.對I沖=BLq的理解：【例題1】（1）下列關(guān)于交變電流的說法正確的是()交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值都是峰值B．用交流電流表和電壓表測定的數(shù)值都是瞬時(shí)值C．給定的交流數(shù)值，在沒有特別說明的情況下是指有效值D．跟交變電流有相同的熱效應(yīng)的恒定電流的數(shù)值是交變電流的平均值（2）如圖甲所示為發(fā)電機(jī)構(gòu)造示意圖，線圈勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈的內(nèi)阻為10Ω，外接電阻阻值為100Ω，說法正確的（）A．交變電流的頻率為50HzB．t=0.01s時(shí)，穿過線圈的磁通量為零C．電流表測量的是交變電流的平均值D．電壓表的示數(shù)為311V總結(jié)：【例題2】如圖所示，矩形線圈面積為S，匝數(shù)為n，線圈總電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，外電路電阻為R，當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60°的過程中，判斷正確的是（）A．當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過60°時(shí)的電流為nBSω/2(R＋r)B．電壓表的讀數(shù)為nBSω/2(R＋r)C．通過電阻R的電荷量為q＝nBS/2(R＋r)D．電阻R所產(chǎn)生的焦耳熱為Q=n2B2S2ωRπ/4(R+r)2總結(jié)：【例題3】如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，電阻為r=1Ω，邊長為L=10cm的正方形線圈，共100匝，在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸以角速度=2πrad/s勻速轉(zhuǎn)動，磁場的邊界和線圈的中線重合。外路電阻R=4Ω。t=0時(shí)刻線圈平面與磁場垂直，求：①轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值；②由圖示位置轉(zhuǎn)過90°角的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢；③由圖示位置轉(zhuǎn)過60°角時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動勢；④交流電壓表的示數(shù)；⑤轉(zhuǎn)動一周外力做的功；⑥1/6周期內(nèi)通過R的電荷量為多少？總結(jié)：【例題4】如圖所示，以理想彈簧振子為例，討論回復(fù)力F1對位移x的平均值與回復(fù)力F2對時(shí)間t的平均值的區(qū)別，并用這兩種平均力求解從最大位置到平衡位置過程中物體的最終速度。其中彈簧勁度系數(shù)為k，振幅為A；已知余弦函數(shù)在0~π/2內(nèi)與橫軸圍成的面積可寫成A（A為余弦函數(shù)的峰值），彈簧振子周期公式可寫為。?？偨Y(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—LC振蕩電路1.電感器對交變電流的阻礙作用：2.電容器對交變電流的阻礙作用：3.LC振蕩電路：【例題1】（1）如圖所示，三只完全相同的燈泡a、b、c分別與電阻R、電感L、電容C串聯(lián)，再將三者并聯(lián)，接在220V、50Hz的交變電壓兩端，三只燈泡亮度相同。若接在220V、40Hz的交變電壓兩端。分析：三只燈泡的亮度變化；（2）有些電源輸出的電流既有交流成分又有直流成分，而我們只需要穩(wěn)定的直流，不希望其中混有太多的交流成分，這時(shí)可以采用如圖所示的電路；為了盡量減小R2上的交流成分，下列正確的是()A．選電容小的電容器，選自感系數(shù)大的電感器B．選電容小的電容器，選自感系數(shù)小的電感器C．選電容大的電容器，選自感系數(shù)大的電感器D．選電容大的電容器，選自感系數(shù)小的電感器（3）如圖所示，線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的bc邊以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，其線圈中感應(yīng)電動勢的峰值為εm，閉合回路中兩只燈泡均能正常發(fā)光。則()A．從圖中位置開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動勢瞬時(shí)表達(dá)式為e＝εmsinωtB．增大線圈轉(zhuǎn)動角速度ω時(shí)，感應(yīng)電動勢的峰值εm不變C．增大電容器C兩極板間的正對面積時(shí)，燈泡A1變亮D．抽去電感器L的鐵芯時(shí)，燈泡A2變亮總結(jié)：【例題2】（1）LC振蕩電路的電流隨時(shí)間變化的i-t圖像如圖所示。在t=0時(shí)刻，電容器的M板帶負(fù)電。在某段時(shí)間里，回路的磁場能在減小，而M板仍帶負(fù)電，則這段時(shí)間對應(yīng)圖像中（）Oa段B．a(chǎn)b段C．bc段D．cd段（2）LC振蕩電路中，某時(shí)刻的磁場方向如圖所示，下列說法錯(cuò)誤的是（）A．若磁場正在減弱，則電容器正在充電，電流由b向aB．若磁場正在減弱，則電場能正在增大，電容器上極板帶負(fù)電C．若磁場正在增強(qiáng)，則電場能正在減小，電容器上極板帶正電D．若磁場正在增強(qiáng)，則電容器正在放電，電流方向由a向b（3）無線話筒是一個(gè)將聲信號轉(zhuǎn)化為電信號并發(fā)射出去的裝置，其內(nèi)部電路中有一部分是LC振蕩電路。若話筒使用時(shí)，某時(shí)刻，話筒中LC振蕩電路中磁場方向如圖所示，且電流正在減小，下列說法正確的是（）A．電容器正在放電，極板上的電荷量正在減少B．電容器下板帶負(fù)電C．俯視看，線圈中電流沿逆時(shí)針方向D．電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)化總結(jié)：【例題3】（1）為測量儲物罐中不導(dǎo)電液體的高度，有人設(shè)計(jì)了一個(gè)監(jiān)測液面高度變化的傳感器。將與儲物罐外殼絕緣的兩塊平行金屬板構(gòu)成的電容C置于儲罐中，電容C可通過開關(guān)S與電感或電源相連，如圖所示。當(dāng)開關(guān)從a撥到b時(shí)，由電感L和電容C構(gòu)成的回路中產(chǎn)生振蕩電流。通過檢測振蕩電流頻率的變化，可以推知液面的升降情況。關(guān)于此裝置下面說法正確的是（）電源電動勢越小，則振蕩電流的頻率越低B．當(dāng)電路中電流最大時(shí)，電容器兩端電壓也最大C．開關(guān)a撥向b瞬間，電感L的自感電動勢為最大D．檢測到振蕩電流的頻率增加，說明液面高度在升高（2）車輛智能道閘系統(tǒng)的簡化原理圖如圖甲所示，預(yù)埋在地面下的地感線圈L和電容器C構(gòu)成LC振蕩電路，當(dāng)車輛靠近地感線圈時(shí)，線圈自感系數(shù)變大，使得振蕩電流頻率發(fā)生變化，檢測器將該信號發(fā)送至車牌識別器，從而向閘機(jī)發(fā)送起桿或落桿指令。某段時(shí)間振蕩電路中的電流一時(shí)間關(guān)系圖像如圖乙所示，則下列有關(guān)說法正確的是（）A．t1時(shí)刻電容器兩端的電壓為零B．t1~t2時(shí)間內(nèi)，線圈的磁場能逐漸增大C．汽車靠近線圈時(shí)，振蕩電流的頻率變小D．t3~t4時(shí)間內(nèi)，汽車正在靠近地感線圈總結(jié)：【例題4】簡諧振動是物理學(xué)中很重要的一種運(yùn)動形式，不同的簡諧振動現(xiàn)象各異，但卻遵循著相似的規(guī)律。例如，一個(gè)質(zhì)量為m，勁度系數(shù)為k的彈簧振子，其位移x隨時(shí)間t按正余弦規(guī)律做周期性變化，周期公式是：，同時(shí)在振子周期性運(yùn)動的過程中其動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，但總能量保持不變，即：，其中E為系統(tǒng)的總能量，為振子位移為x時(shí)的瞬時(shí)速度。結(jié)合簡諧振動的上述知識，通過類比的方法分析下面幾個(gè)問題。（1）如圖1所示，在LC振蕩電路中，電容器極板上的帶電量q與電路中的電流隨時(shí)間t都是按正余弦規(guī)律做周期性變化的。同時(shí)線圈儲存的磁場能和電容器儲存的電場能相互轉(zhuǎn)化，但總能量E保持不變，即：。其中L為線圈的自感系數(shù)，C為電容器的電容。類比彈簧振子中的各物理量，電容器極板上的帶電量q相當(dāng)于彈簧振子中的哪個(gè)物理量？并類比簡諧振動公式寫出LC振蕩的周期公式；（2）如圖2所示，擺長為L，小球質(zhì)量為m的單擺，當(dāng)最大偏角較小時(shí)，擺動過程中其擺角隨時(shí)間也是按正余弦規(guī)律變化的。寫出單擺擺角為θ、小球角速度為ω時(shí)系統(tǒng)總能量的表達(dá)式，并類比彈簧振子的規(guī)律求出單擺擺動的周期；（已知θ很小時(shí)，cosθ≈1-(θ2/2)）（3）如圖3所示，長為L的輕桿（質(zhì)量不計(jì)），一端可繞固定在O點(diǎn)的光滑軸承在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，在距點(diǎn)為L/2和L處分別固定一個(gè)質(zhì)量為m、可看作質(zhì)點(diǎn)的小球。類比彈簧振子的規(guī)律求出系統(tǒng)在豎直平面內(nèi)做小角度擺動時(shí)的周期?？偨Y(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—變壓器基礎(chǔ)1.變壓器簡介：2.理想變壓器關(guān)系式：3.理想變壓器解題邏輯：4.常用變壓器：【例題1】（1）某電動牙刷的充電裝置含有變壓器，用正弦交流電給此電動牙刷充電時(shí)，原線圈兩端的電壓為220V，副線圈兩端的電壓為4.4V，副線圈的電流為1.0A，若將該變壓器視為理想變壓器，則（）原、副線圈匝數(shù)之比為25:1B．原線圈的電流為0.02AC．副線圈兩端的電壓最大值為5VD．原、副線圈的功率之比為50:1（2）如圖，匝數(shù)N=200匝、面積S=0.001m2的矩形線圈，在勻強(qiáng)磁場中以角速度ω=100rad/s勻速轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸垂直于磁場，且線圈從平行于磁場平面開始轉(zhuǎn)動，磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B=。線圈通過理想變壓器連接R=16Ω電阻，變壓器的原、副線圈匝數(shù)比n1:n2=1:4，電流表為理想電流表。①求發(fā)電機(jī)中電動勢隨時(shí)間變化的表達(dá)式e(t)；②若發(fā)電機(jī)線圈電阻忽略不計(jì)，求電流表的示數(shù)?？偨Y(jié)：【例題2】（1）如圖所示，甲乙兩圖中的理想變壓器以不同的方式接在高壓電路中。甲圖中變壓器原副線圈的匝數(shù)比為k1，電壓表讀數(shù)為U，乙圖中變壓器原副線圈的匝數(shù)比為k2，電流表讀數(shù)為I。則甲圖中高壓線電壓和乙圖中高壓線電流分別為（）k1U，k2IB．k1U，I/k2C．U/k1，k2ID．U/k1，I/k2（2）普通的交流電流表不能直接接在高壓輸電線路上測量電流，通常要通過電流互感器來連接，圖中電流互感器ab一側(cè)線圈的匝數(shù)較少，工作時(shí)電流為Iab，cd一側(cè)線圈的匝數(shù)較多，工作時(shí)電流為Icd，為了使電流表能正常工作，則（）A．a(chǎn)b接MN、cd接PQ，Iab＜IcdB．a(chǎn)b接MN、cd接PQ，Iab＞IcdC．a(chǎn)b接PQ、cd接MN，Iab＜IcdD．a(chǎn)b接PQ、cd接MN，Iab＞Icd總結(jié)：【例題3】（1）圖甲所示為家庭電路中的漏電保護(hù)器，其原理簡圖如圖乙所示，關(guān)于漏電保護(hù)器，說法正確的（）A．當(dāng)無漏電時(shí)，線圈ab內(nèi)的磁通量不為零B．當(dāng)出現(xiàn)漏電時(shí)，線圈ab內(nèi)的磁通量為某一恒定值C．當(dāng)站在地面的人誤觸火線時(shí)，脫扣開關(guān)會斷開D．當(dāng)站在絕緣凳上的人雙手同時(shí)誤觸火線和零線時(shí)，脫扣開關(guān)會斷開（2）如圖所示為一款冬夏兩用的風(fēng)扇的簡化電路圖，觸片開關(guān)可以連接不同的位置實(shí)現(xiàn)吹風(fēng)、吹熱風(fēng)、無風(fēng)加熱三個(gè)擋位且正常工作。理想變壓器的匝數(shù)比n1∶n2=4∶1，小風(fēng)扇的額定功率為110W，電熱絲的額定電壓為220V，額定功率為880W。下列說法正確的是（）A．小風(fēng)扇的電阻為27.5ΩB．電熱絲的電阻為55ΩC．風(fēng)扇只用吹風(fēng)擋且正常工作時(shí)，變壓器原線圈的電流等于0.5AD．風(fēng)扇吹熱風(fēng)擋且正常工作時(shí)，變壓器原線圈的電流大于0.5A總結(jié)：【例題4】（1）近年來，基于變壓器原理的無線充電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其簡化充電原理圖如圖。發(fā)射線圈輸入電壓為220V、匝數(shù)為1100匝，接收線圈匝數(shù)為50匝。若工作狀態(tài)下，穿過接收線圈磁通量約為發(fā)射線圈的80%，忽略其它損耗，說法正確的（）接收線圈的輸出電壓約為8VB．接收線圈與發(fā)射線圈中電流之比約為22:1C．發(fā)射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相同D．穿過發(fā)射線圈的磁通量變化率與穿過接收線圈的相同（2）張家口市壩上地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場是北京冬奧會綠色電能的主要供應(yīng)地之一，其發(fā)電、輸電簡易模型如圖所示，已知風(fēng)輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)速為每秒z轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)速比為1:n的升速齒輪箱帶動發(fā)電機(jī)線圈高速轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)線圈面積為S，匝數(shù)為N，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，t=0時(shí)刻，線圈所在平面與磁場方向垂直，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流經(jīng)過理想變壓器升壓后。輸出電壓為U。忽略線圈電阻，下列說法正確的是（）A．發(fā)電機(jī)輸出的電壓為B．發(fā)電機(jī)輸出交變電流的頻率為C．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為D．發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)電動勢總結(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—多匝副線圈1.理想變壓器多匝副線圈基本公式：2.理想變壓器多匝副線圈等效電阻：3.“日”字形理想變壓器（鐵芯各處材料及橫截面積均相同）：4.“日”字形理想變壓器等效電阻（鐵芯各處材料及橫截面積均相同）：【例題1】功放內(nèi)部的變壓器一般為環(huán)狀，簡稱環(huán)牛，如圖所示。某同學(xué)利用環(huán)牛探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系（環(huán)牛效率極高，可看成理想變壓器）。（1）測量環(huán)牛的初級（原）、次級（副）線圈匝數(shù)n1、n2的方法是：先在閉合鐵芯上緊密纏繞n=70匝漆包細(xì)銅線，并將理想交流電壓表1接在細(xì)銅線兩端；然后在初級線圈（左側(cè)）上輸入有效值為24.0V的低壓交流電，再將理想交流電壓表2連接在次級線圈（右側(cè)）上，若理想交流電壓表1的示數(shù)為3.0V，理想交流電壓表2的示數(shù)為12.0V，則次級線圈的匝數(shù)n2=______；（2）若在初級線圈（左側(cè)）上接入電壓瞬時(shí)值u=311sin100πt(V)的電壓，則連接在次級線圈（右側(cè)）上理想交流電壓表2的示數(shù)為______V（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；（3）由于變壓器工作時(shí)有能量損失，實(shí)驗(yàn)中測得的原、副線圈的電壓比______（選填“大于”、“等于”或“小于”）原、副線圈的匝數(shù)比?？偨Y(jié)：【例題2】（1）如圖所示，理想變壓器有兩個(gè)副線圈，L1、L2是兩盞規(guī)格均為“22V，11W”的燈泡，當(dāng)變壓器的輸入電壓U1=220V時(shí)，三感燈泡恰好都能正常發(fā)光，電流表A的示數(shù)為0.4A。已知原線圈的匝數(shù)n1=1000，副線圈的匝數(shù)n3=300。求：①副線圈的匝數(shù)n2；②燈泡L3的額定功率。（2）圖甲、圖乙所示理想變壓器原線圈的輸入電壓有效值均為U，匝數(shù)均為150，副線圈上所連的兩個(gè)電阻的阻值均為R。圖甲中兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為40、60，圖乙中副線圈的匝數(shù)為100。下列說法正確的是（）A．通過圖甲、乙中原線圈的電流之比為26∶25 B．圖甲、乙中變壓器的輸入功率之差為U2/(75R)C．圖乙中每個(gè)電阻的功率為U2/(3R)D．圖甲中上、下兩個(gè)電阻的功率之比為2∶3【例題3】如圖，一匝數(shù)為100匝的固定矩形線圈abcd，其面積為0.01m2，線圈所在空間內(nèi)存在與線圈平面垂直且均勻分布的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律為（T）。線圈兩端接一原副線圈匝數(shù)n1:n2:n3=3:1:2的理想變壓器。斷開開關(guān)S2、閉合開關(guān)S1時(shí)，電流表示數(shù)為1A；斷開開關(guān)S1、閉合開關(guān)S2時(shí)，電流表示數(shù)也為1A。已知R1=1Ω，導(dǎo)線電阻不計(jì)。則（）A．線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢（V）B．矩形線圈abcd的電阻r=1ΩC．電阻R2=2ΩD．S1、S2均閉合時(shí)，電流表示數(shù)為20/11A總結(jié)：【例題4】（1）在繞制變壓器時(shí)，某人誤將兩個(gè)線圈繞在如圖所示變壓器鐵態(tài)的左右兩個(gè)臂上。為簡化問題研究，假設(shè)當(dāng)一個(gè)線圈通以交變電流時(shí)，該線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個(gè)線圈，另一半通過中間臂。已知線圈1、2的匝數(shù)之比n1:n2=2:1，若線圈電阻可不計(jì)，則當(dāng)其中一個(gè)線圈輸入交流220V電壓時(shí)（）若線圈1為輸入端，則空載的線圈2輸出電壓為0B．若線圈1為輸入端，則接有負(fù)載的線圈2輸出電壓為110VC．若線圈2為輸入端，則空載的線圈1輸出電壓為110VD．若線圈2為輸入端，則接有負(fù)載的線圈1輸出電壓為220V（2）如圖為“日”字形變壓器示意圖，中間和兩臂上分別繞有匝數(shù)為n0、n1、n2的線圈，線圈匝數(shù)比n0:n1:n2=10:4:5，兩臂電路中接有相同的電阻。將中間線圈接入電壓的交變電流，下列說法正確的是（）A．每匝線圈中磁通量的變化率都相同B．電壓表V1的示數(shù)為14.4VC．電壓表V1和V2示數(shù)比為4:5D．電流表A1和A2示數(shù)比為5:4總結(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—原線圈含電阻1.常用關(guān)系式（含等效電阻求解電路）：2.等效電源法：【例題1】如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2=1:10，其輸入端接在電動勢ε=6V，內(nèi)阻r=1Ω的交流電源上，輸出端負(fù)載接一阻值可調(diào)的電阻R，求：①當(dāng)負(fù)載R阻值調(diào)為多大時(shí)，負(fù)載上獲得功率最大，最大功率是多少；②當(dāng)負(fù)載上獲得最大功率時(shí)，其原副線圈上的電壓U1，U2各是多少。總結(jié)：【例題2】（1）如圖所示的理想變壓器電路中，a、b、c、d、e為5個(gè)完全相同的燈泡（不考慮溫度對其電阻的影響），現(xiàn)在MN間接入有效值不變的交流電壓，5個(gè)燈泡均正常發(fā)光。正確的是（）原、副線圈的匝數(shù)比為2∶3B．原線圈輸入電壓與燈泡a兩端電壓相等C．電源電壓的有效值為小燈泡額定電壓的2.5倍D．若將小燈泡d拆除，則小燈泡a、b有可能被燒壞（2）如圖所示的理想變壓器電路中，其中所接的4盞燈泡規(guī)格均為“10V，5W”。當(dāng)接入電壓U=U0sin(100πt)的電源時(shí)，4盞燈均正常發(fā)光。下列說法正確的是（）A．原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2:n3=3:1:2B．電流在1s時(shí)間內(nèi)改變50次方向C．U0=40VD．變壓器的輸出功率為20W總結(jié)：【例題3】（1）如圖，變壓器為理想變壓器，R1、R2、R3、R4阻值之比為4：4：1：1，a、b接上正弦交流電，開始開關(guān)S斷開，三個(gè)電阻功率相同；求：①原線圈和兩個(gè)副線圈匝數(shù)之比；②開關(guān)S閉合，四個(gè)電阻功率之比；（2）如圖1所示，變壓器為理想變壓器，交流電壓表和電流表均可視為理想電表，定值電阻R1=9Ω，R2=24Ω，燈泡的電阻恒定。當(dāng)開關(guān)S斷開、電路接入如圖2所示的交流電源時(shí)，燈泡恰正常發(fā)光，電壓表示數(shù)36V，電流表示數(shù)1A，則（）A．燈泡中的電流是頻率為0.5Hz的交流電B．理想變壓器原線圈與副線圈的匝數(shù)比為2:1C．若將開關(guān)S閉合，則電壓表的示數(shù)將變?yōu)?4VD．若將開關(guān)S閉合，則小燈泡的功率將變?yōu)?0.5W總結(jié)：【例題4】（1）一含有理想變壓器的電路如圖所示，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為3:1，交流電源輸出電壓的有效值不變，圖中四個(gè)電阻R完全相同，電壓表為理想交流電壓表，當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電壓表的示數(shù)為U0；當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電壓表的示數(shù)為多大？（2）某學(xué)生電源內(nèi)部的降壓變壓器，可等效為如圖所示模型，a、b為變壓器的輸入端，c、d為變壓器的輸出端，虛框內(nèi)為理想變壓器，原線圈回路中電阻r1=9.68Ω，副線圈回路中有電阻r2。某實(shí)驗(yàn)小組在a、b間接入電壓為U0=220V的交流電，改變c、d間接入的負(fù)載，可得c、d間電壓U與輸出電流I的伏安特性曲線如圖乙所示，下列說法正確的（）A．c、d間的最大輸出功率為5WB．a(chǎn)、b間的最大輸入功率為10WC．原、副線圈的匝數(shù)之比為11：1D．副線圈回路中電阻r2=4.98Ω總結(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—變壓器動態(tài)分析1.副線圈電阻發(fā)生變化（R增大為例）：2.原線圈電阻發(fā)生變化（r增大為例）：3.原副線圈匝數(shù)發(fā)生變化（n1/n2增大為例）：【例題1】（1）如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1:n2=1:2，原線圈接輸出電壓恒定的交流電源，副線圈中滑動變阻器的最大阻值是定值電阻的4倍，電壓表為理想交流電表?，F(xiàn)將滑片從滑動變阻器最上端向下滑動，則（）定值電阻消耗的功率減小B．電壓表的示數(shù)變大C．變壓器副線圈的輸出功率減小D．當(dāng)滑片處于滑動變阻器正中間時(shí)，滑動變阻器消耗的功率最大（2）如圖，a、b兩端接電壓穩(wěn)定的正弦交變電源，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)之比為n，且n<1，定值電阻的阻值R1<R2，電流表、電壓表均為理想交流電表，其示數(shù)分別用I和U表示。當(dāng)向下調(diào)節(jié)滑動變阻器R3的滑片P時(shí)，電流表、電壓表的示數(shù)變化量的絕對值分別用⊿I和⊿U表示。則以下說法正確的是（）A．⊿U/⊿I=R1B．⊿U/⊿I=nR1C．變壓器的輸出功率一定減小D．變壓器的輸出功率可能先增大后減小總結(jié)：【例題2】（1）如圖所示，理想變壓器原線圈接入電壓恒定的正弦交流電，副線圈接入最大阻值為2R的滑動變阻器和阻值為R的定值電阻。在變阻器滑片從a端向b端緩慢移動的過程中（）A．電流表A1示數(shù)減小B．電流表A2示數(shù)增大C．原線圈輸入功率先增大后減小D．定值電阻R消耗的功率先減小后增大（2）如圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1:n2，輸入端C、D接入電壓有效值恒定的交變電源，燈泡L1、L2的阻值始終與定值電阻R0的阻值相同。在滑動變阻器R的滑片從a端滑動到b端的過程中，兩個(gè)燈泡始終發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說法正確的是（）A．L1先變暗后變亮，L2一直變亮B．L1先變亮后變暗，L2一直變亮C．L1先變暗后變亮，L2先變亮后變暗D．L1先變亮后變暗，L2先變亮后變暗總結(jié)：【例題3】（1）現(xiàn)有一恒壓交流電源，輸出電壓為U，電源和原線圈間接有一光敏電阻，通過理想變壓器接有電阻為RL的燈泡L，如圖所示，已知變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1:n2=1:3，當(dāng)光的強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)鯐r(shí)，光敏電阻的阻值由小變大，則該過程中（）流過燈泡和光敏電阻的電流之比為3:1 B．燈泡的亮度由亮變暗C．光敏電阻消耗的功率逐漸變小 D．光敏電阻兩端的電壓逐漸變?。?）2021年下半年，全國多地為避免能源供應(yīng)不足而影響民生，開始出臺限產(chǎn)限電措施。為了研究遠(yuǎn)距離輸電時(shí)輸電導(dǎo)線的總電阻對電路的影響，某學(xué)校興趣小組設(shè)計(jì)了如圖所示的電路。間接入正弦交流發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)輸出電壓保持不變。用滑動變阻器接入的電阻模擬輸電導(dǎo)線的總電阻，變壓器可視為理想變壓器，為兩個(gè)規(guī)格相同的燈泡且其電阻可視為不變，開始時(shí)開關(guān)S處于閉合狀態(tài)。下列說法正確的是（）A．當(dāng)滑動變阻器滑片P向右滑動時(shí)，兩燈泡均變亮B．當(dāng)滑動變阻器滑片P向右滑動時(shí)，ab間輸出的總功率變小C．當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，燈泡變亮D．當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，變壓器的輸出功率變小總結(jié)：【例題4】如圖，理想變壓器原、副線圈總匝數(shù)相同，滑動觸頭P1初始位置在副線圈正中間，輸入端接入電壓有效值恒定的交變電源。定值電阻R1的阻值為R，滑動變阻器R2的最大阻值為9R，滑片P2初始位置在最右端。理想電壓表V的示數(shù)為U，理想電流表A的示數(shù)為I。下列說法正確的是（）A．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動的過程中，I減小，U不變B．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動的過程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動的過程中，I減小，U增大D．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動的過程中，R1消耗的功率減小總結(jié)：本節(jié)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)心得：交變電流—遠(yuǎn)距離輸電1.遠(yuǎn)距離輸電實(shí)際問題：2.解決問題思路：3.遠(yuǎn)距離輸電示意圖：4.遠(yuǎn)距離輸電