高二物理交变电流北师大版知识精讲

高二物理交变电流北师大版知识精讲

高二物理交变电流北师大版【本讲教育信息】一.教学内容：交变电流1.交流电的产生（1）交流电：大小和方向均随时间作周期性变化的电流。方向随时间变化是交流电的最主要特征。（2）交流电的产生①平面线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴转动时，线圈中就会产生按正弦规律变化的交流电，这种交流电叫正弦式交流电。②中性面：垂直于磁场的平面叫中性面。线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，此位置线圈中的感应电动势为零，且每经过中性面一次感应电流的方向改变一次。线圈每转一周，两次经过中性面，感应电流的方向改变两次。（3）正弦式交流电的变化规律：若从中性面位置开始计时，那么线圈中的电动势、电流、加在外电阻上的电压的瞬时值均按正弦规律变化。②图像如图所示：2.表征交流电的物理量（1）描述交流电的大小 ①瞬时值：交流电的瞬时值反映的是不同时刻交流电的大小和方向。②最大值：交流电在变化过程中所能达到的最大值是表征交流电强弱的物理量。③有效值：是根据交流电的热效应规定的，反映的是交流电在能量方面的平均效果。让交流电与恒定电流通过阻值相同的电阻，若在相等时间内产生的热量相等，这一恒定电流值就是交流电的有效值。各种电器设备所标明的额定电流和额定电压均是有效值。（2）周期和频率是用来表示交流电变化快慢的物理量：3.变压器（1）变压器的构造及原理①构造：由一个闭合的铁芯以及绕在铁芯上的两组（或两组以上）的线圈组成。和电源相连的线圈叫原线圈，与负载相连的线圈叫副线圈。②工作原理原线圈加上交变电压后会产生交变的电流，这个交变电流会在铁芯中产生交变的磁通量，那么副线圈中会产生交变电动势，若副线圈与负载组成闭合电路，副线圈中也会有交变电流产生，它同样在铁芯中激发交变的磁通量，这样，由于原、副线圈中有交变电流通过而发生的一种相互感应现象叫互感现象。变压器工作的物理基础就是利用互感现象。（2）理想变压器①铁芯封闭性好、无漏磁现象，即穿过原、副线圈的磁通量相等。②线圈绕组的电阻不计，无铜损现象。③铁芯中涡流不计，即铁芯不发热，无铁损现象。对理想变压器有：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率。 （3）原、副线圈中的电压、电流关系。②功率关系：P1=P2。4.远距离输电①远距离输电要解决的关键问题是减少输电线上电能的热损耗。②减少远距离输电过程中电能损失的方法：若输电功率为P，输电电压为U，输电线电阻为R，则输电线上热损耗P损=I2R，要小ρ和增大S的办法减小R，但作用有限：另一是减小输电电流I，在输电功率P一定的输电功率。【典型例题】例1.如图所示，交流发电机的矩形线圈abcd中，ab=cd=50cm，bc=ad=30cm，匝数n=100，线圈电阻r=0.2Ω，外电阻R=4.8Ω。线圈在磁感强度B=0.05T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO’匀速转动，角速度ω=100πrad/s。（1）求产生感应电动势的最大值；（2）若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式；（3）交流电压表和交流电流表的示数各为多少？（4）此发电机的功率为多少？（5）从图示位置起，转过90°过程中，平均电动势多大？通过线框截面电量多大？（6）从图示位置起，转过90°过程中，外力做功多少？线框上产生的焦尔热为多少？ 分析：本题涉及到交流电的最大值，瞬时值和有效值及平均值，解题时要注意不要混淆概念，要选择好相应的公式。电表上的示数应是外电路的电压和电流的有效值，功率及功、能的计算也要用有效值。解：（1）设ab=l1，bc=l2，则交流电动势的最大值为（2）根据闭合电路欧姆定律，电流的最大值在图示位置时，电流有最大值，则电流的瞬时值表达式为i=Imcosωt，代入数值得路端电压的有效值为U=IR=160V这样，电压表的示数为160V，电流表的示数为33.3A。则发电机的功率为P=IE=5561W。（6）外力通过克服安培力做功，将其它形式能转化为电能。 例2.如图所示，表示一交流电的电流随时间而变化的图象。此交变电流的有效值是（）。解析：本题要求的是矩形交变电流的有效值。跟平时所熟知的正弦交变电流的有效值不同只能从有效值的定义出发，才能顺利解答，假设该交流电流通过阻值为R的电阻一个周期的时间（即0.02s），则所产生的热量为：设直流电流I通过电阻R一个周期的时间（即0.02s），产生的热量为：I=5A，即交变电流的有效值为5A。即选项B正确。例3.一台理想降压变压器，原、副线圈的匝数比为10：1，它的输入电压最大值为220V，另有一白炽灯泡，当把它接在22V直流电源上，消耗功率为P 。若把它接在上述变压器次级线圈，变压器的输入功率为（）A.P/4B.P/2C.PD.2P解析：设白炽灯电阻为R例4.发电机的输出电压为220V，输出功率为44kW，每条输电线电阻为0.2Ω，求用户得到的电压和电功率各是多少？如果发电站先用变压比为1：10的升压变压器将电压升高，经同样输电线路，后经过10：1的降压变压器降压后供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？解析：在用220V低压直接供电时，电路如图所示，则有： 在采用高压供电时，电路如图所示：说明：计算简单输电电路问题时，要画出供电电路图，输配电回路间可通过变压器的电压比，电流比和初、次级功率相同的关系相联系。例5.如图所示，理想变压器原线圈I接到220V的交流电源上，副线圈II的匝数为30，与一标有“12V12W”的灯泡连接，灯泡正常发光。副线圈III的输出电压为110V，电流为0.4A。求：（1）副线圈III的匝数；（2）原线圈I的匝数以及通过原线圈的电流。 分析：理想变压器原线圈两端电压跟每个副线圈两端电压之比都等于原、副线圈匝数之比。由于有两个副线圈，原、副线圈中的电流跟它们的匝数并不成反比，但输入功率等于输出的总功率。解：（1）根据已知，U2=12V，n2=30；U3=110V。说明：若对于变压器有两组以上副线圈，电压与匝数的正比关系仍成立，但电流与匝求解。【模拟试题】1.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时（）A.线圈平面与磁感线方向垂直B.通过线圈的磁通量达到最大值C.通过线圈的磁通量变化率达到最大值D.线圈中的电动势为零2.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的感应电动势e随时间的变化关系如图所示，则下列说法中正确的是（）A.t1时刻通过线圈的磁通量最大 B.t2时刻通过线圈的磁通量的变化率最大C.t3时刻通过线圈的磁通量为零D.每当e的方向改变时，通过线圈的磁通量为零3.矩形线圈长为a，宽为b，在匀强磁场中以角速度绕中心轴匀速转动。设t=0时线圈平面与磁场平行，匀强磁场的磁感应强度为B，则线圈中感应电动势的即时值为（）A.B.C.D.4.交流发电机在工作时的电动势为，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，其电动势变为（）A.B.C.D.5.一只标有“220V，100W”的灯泡接在U=311sin314tV的交流电源上，则（）A.该灯泡能正常发光B.与灯泡串联的电流表读数为0.64AC.与灯泡并联的电压表读数为311VD.通过灯泡的电流6.在匀强磁场中，一正方形闭合线圈绕垂直磁力线的转轴匀速转动，要使线圈中交流电的有效值减半，可行的方法是（）A.只将转速减半 B.只将磁场的磁感应强度减半C.只将转速减为原来的D.将转速与磁感应强度都减为原来的7.在电阻R上分别加如图（1）、（2）所示的交变电压和，在较长的相等时间内，内阻R上产生的热量相等，电阻R的阻值变化可以忽略，那么（）A.交变电压的最大值等于UB.交变电压的最大值等于C.交变电压的有效值等于UD.交变电压的有效值等于8.一电热器接在10V的直流电源上，发热消耗一定的功率，现将它改接在正弦交流电源上，要使它发热消耗的功率等于原来的一半，则交流电压的最大值应是（）A.5VB.7.07VC.10VD.14.1V9.一电阻接在20V的直流电流上，消耗的电功率为10W，把这一电阻接在某一交流电源上，若该交流电源的电压u随时间t变化的图象如图所示，则这一电阻消耗的电功率为（）A.5WB.7.07WC.10WD.14.1W 10.一边长为、匝数为n的正方形线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴以角速度匀速转动，设磁场的磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量的最大值为__________。若从中性面开始计时，则线圈中感应电动势的瞬时值e=_______________。交流发电机线圈的电阻为2，感应电动势瞬时值表达式为，给电阻的用电器供电，求：（1）通过用电器的电流的最大值和瞬时值分别为多少？（2）发电机输出端电压的最大值和瞬时值分别为多少？（3）电阻R的热功率及1min产生的热量。11.有一理想变压器，原、副线圈匝数之比，则变压器工作时原、副线圈（）A.电压之比为B.电流之比为C.功率之比为D.频率之比为12.理想变压器副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关S是断开的，如图所示，在S接通后，以下说法正确的是（）A.灯泡L1两端的电压减小B.通过灯泡L1的电流增大C.原线圈中的电流增大 D.变压器的输入功率增大13.如图所示，M为理想变压器，电源电压不变，当变阻器的滑动头P向上移动时，读数发生变化的电表是（）A.A1B.A2C.V1D.V214.降压变压器原、副线圈匝数比为4：1，给照明电路供电，原线圈的输入电压，副线圈到照明用户的导线总电阻为，其他线路电阻不计，照明用户所用灯泡的规格是“220V，40W”，欲使灯泡都正常发光，可并联接入的灯泡个数为___________盏。15.一理想变压器，原线圈匝数匝，接在电压为220V的交流电源上，当它对11只并联的“36V，60W”的灯泡供电时，灯泡正常发光。由此可知该变压器副线圈的匝数__________，通过原线圈的电流__________A。16.如图所示一个变压器，原线圈接在的正弦交流电上，当时，，副线圈中交流电流表的读数为0.3A，使额定电压为6V的电灯L正常发光，则灯L的功率是__________W，变压器的原、副线圈匝数比__________。 17.有一负载电阻为R，当安接到30V直流恒定电源上时，消耗的功率为P。现在有一台理想变压器，它的输入电压，若把上述负载接到此变压器副线圈两端，消耗的功率为，则变压器原、副线圈的匝数比为____________。18.理想变压器原、副线圈的匝数之比，且分别接有相同的电阻R，如图所示，若交流电源的电压为U，则副线圈的输出电压为（）A.B.C.D.19.一台理想变压器的变压比为3：1，图中四个完全相同的电灯，若L2、L3、L4正常发光，则L1一定（）A.正常发光B.比正常发光暗一些C.比正常发光亮，并有可能烧毁D.条件不足，无法判定20.用理想变压器给负载电阻R供电，为了使变压器的输入功率增加，在其他条件不变的情况下，应该使（）A.原线圈的匝数增加B.负载电阻R阻值减少C.负载电阻R的阻值增加D.副线圈的匝数增加21.理想变化器原线圈的匝数为880匝，通过原线圈的电流随时间的变化情况为 ，变压器的副线圈与电阻为的电阻器组成闭合回路，用交流电流表测出通过电阻器的电流为2A。那么，变压器输入的电功率为_________W；副线圈的匝数为____________匝；变压器副线圈输出电流的最大值是___________A。22.如图所示，理想变压器的三个线圈的匝数之比为，其中作为原线圈接到220V的交流电源上，两个副线圈分别与组成闭合回路。已知通过的电流，电阻，则通过的电流是__________A，原线圈中的电流是____________A。23.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为，副线圈上分别接标有“6V，12W”、“12V，36W”的灯泡，当a、b两端接交变电源后，正常发光，则变压器的输入功率为（）A.16WB.40WC.48WD.不能确定24.图中理想变压器原副线圈匝数比为n1：n2=1：2,电源两极间电压U=220V，A是额定电流为1A的保险丝，R是可变电阻，为了不使原线圈中的电流超过1A，调节R时，其阻值最低不能小于__________欧姆。 25.用6600V和220V两种电压输电，若输送的功率和输电线的电阻相同，则低压输电线与高压输电线上损失功率之比是（）A.1：900B.900：1C.1：30D.30：126.用变压器进行远距离输电，输送的电功率为P，输送电压为U，输电导线的总电阻为r，则用户得到的功率为（）A.PB.C.D.27.如图所示，A图线圈以速度v沿箭头方向匀速运动；B图线圈绕过a点的垂直线圈平面的轴在纸面上转动；C图线圈绕ab边为轴从纸内向纸外转动；D图线圈绕OO’轴转动。这四个图的线圈中能产生感应电流的是（）28.如图所示的矩形线圈，ab=30cm，ad=20cm，匝数N=100匝，此线圈以的转速绕OO’轴在磁感应强度为0.2T的磁场中匀速转动，当经过图示位置时，穿过线圈的磁通量为___________，线圈中产生的感应电动势为___________。由图示位置转过60°角时，线圈中感应电动势为____________。由图示位置开始转过90°的过程中，线圈内的平均感应电动势是_________。 29.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转动的角速度为，在转动过程中穿过线圈磁通量的最大值为0.03Wb，则：（1）线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？（2）当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为多少？30.N匝矩形线圈长L1，宽L2，电阻为r，通过滑环M、N和电刷a、b与电阻为R的电阻组成闭合电路，电路中连有安培表和伏特表，现使线圈绕垂直于磁场方向的轴OO’以角速度匀速转动，如图所示，求：（1）转动过程中安培表和伏特表示数；（2）使线圈匀速转动一周，外力作的功。31.某小水电站发电机输出的交流电压是500V，输出电功率为50kW。如果用电阻为的输电线向远处的用户送电，这时用户得到的电压和电功率是多少？假如要求输电线上损失电功率不超过输出电功率的0.6%，则在电站要安装一个升压变压器，到达用户后再用降压变压器降为220V供用户使用，假定变压器为理想变压器，则升压变压器和降压变压器的原副线圈匝数比各是多少？32.有一台发电机，输出功率，以400V的电压接到升压变压器上向远方输电，输电线允许损失的电功率为输送功率的10%，则升压变压器和降压变压器原副线圈的匝数比各为多少时才能使多少盏“220V，100W” 的电灯正常发光？（设输电电线电阻） 试题答案1.ABD2.C3.D4.D5.AD6.ABD7.BC8.C9.A10.（1）最大值，瞬时值（2）电压最大值；瞬时值（3）电压有效值1min产生的热量11.A12.ACD13.AB14.16515.180；3016.1.8；30：117.10：118.C19.A20.BD提示：要提高输入功率就要增加输出的功率。21.40；264；22.1；0.723.A24.25.B26.B27.D28.0；；29.（1）；（2）30.（1）（2） 31.（1）用500V电压输电，用户得到电压，得到功率200kW。（2）高压输电，升压器降压器32.升压器降压器可使盏灯正常工作。