【物理】2020届一轮复习人教版第十四单元交变电流学案

【物理】2020届一轮复习人教版第十四单元交变电流学案

第十四单元 知识内容 考试要求 考题统计 命题分析 ‎2016/10‎ ‎2017/04‎ ‎2017/11‎ ‎2018/04‎ ‎2018/11‎ 交变电流 c 目前对本单元只有3次选考考查过“实验：探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”，对知识内容方面未曾命题，但交变电流与我们的生活息息相关，结合浙江选考命题的特点，对本单元的复习不能掉以轻心。‎ 描述交变电流的物理量 c 电感和电容对交变电流的影响 b 变压器 c 电能的输送 c 考点一 交变电流及描述交变电流的物理量 ‎1．交变电流 ‎(1)产生：线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。‎ ‎(2)两个特殊位置的特点：‎ ‎①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。‎ ‎②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。‎ ‎(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。‎ ‎2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 瞬时值 交变电流某一时刻的值 从中性面开始计时 e＝Emsin ωt ‎ i＝Im sin ωt 计算线圈某时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝ 讨论电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E＝ ‎ U＝ ‎ I＝ ‎(只适用于正弦式交变电流)‎ ‎①计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等) ‎ ‎②电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值 ‎③保险丝的熔断电流为有效值 ‎④交流电压表和电流表的读数为有效值 平均值 某段时间内感应电动势或电流的平均值 ＝Bl ＝n ＝ 计算通过电路横截面的电荷量 ‎3.确定交变电流变化规律的基本思路 ‎(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值。‎ ‎(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。‎ ‎①若线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsin ωt。‎ ‎②若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，i＝Imcos ωt。‎ ‎[验备考能力]‎ ‎1．[多选](2017·湖州模拟)图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一只矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为90 Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则(　　)‎ A．t＝0时刻线圈平面与中性面平行 B．每秒钟内电流方向改变100次 C．灯泡两端的电压为22 V D．0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0‎ 解析：选AB　从题图可以看出，从金属线圈旋转至中性面时开始计时，所以选项A正确；交流电动势的周期为2×10－2 s，频率为50‎ ‎ Hz，因一个周期内电流的方向改变两次，所以每秒内电流方向改变100次，选项B正确；由题图乙可知发电机产生电动势的有效值为22 V，则灯泡两端的电压为U灯＝×22 V＝19.8 V，所以选项C错误；0～0.01 s内磁通量的变化不为零，所以通过灯泡的电荷量不为零，选项D错误。‎ ‎2.如图所示，图线a和图线b分别表示线圈A和线圈B在同一匀强磁场中匀速转动时，通过线圈的磁通量随时间的变化规律。已知线圈A的匝数与线圈B的匝数分别为10和30，以下说法正确的是(　　)‎ A．线圈A与线圈B转速之比为2∶3‎ B．线圈A与线圈B产生的最大电动势之比为1∶2‎ C．线圈A的感应电动势的瞬时值表达式为e＝500π·cos 5πt(V)‎ D．线圈B在t＝0.3 s时刻时，感应电流为零 解析：选C　由图象可得Ta＝0.4 s，Tb＝0.6 s，则转速na＝＝2.5 r/s，nb＝＝ r/s，所以线圈A与线圈B转速之比为3∶2，A错误；线圈A、B中产生的最大电动势分别为Ema＝NaΦmaωa＝NaΦma＝10×10× V＝500π V，Emb＝NbΦmbωb＝30×5× V＝500π V，所以线圈A与线圈B产生的最大电动势之比为1∶1，B错误；在t＝0时刻，线圈A的感应电动势最大，因此感应电动势的瞬时值表达式为e＝500πcos 5πt(V)，C正确；在t＝0.3 s时刻，通过线圈B的磁通量为零，磁通量的变化率最大，故感应电流最大，D错误。‎ ‎3．[多选](2018·湖州月考)如图甲所示，电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直匀强磁场的转轴OO′匀速旋转产生交流电，现将此电流给阻值为R＝10 Ω的小灯泡L供电，通过电流传感器得到灯泡中电流的图象如图乙，不考虑温度对灯泡阻值的影响，下列说法中正确的是(　　)‎ A．在t＝5×10－3 s时，线圈处于中性面位置 B．在t＝10×10－3 s时，穿过线圈的磁通量最大 C．交变电流的瞬时值表达式为i＝5cos (50πt) A D．线圈产生的交流电的电动势为 V 解析：选AD　由题图乙可知t＝5×10－3 s时刻感应电流最小为零，此时线圈所在平面处于中性面位置，故A正确；t＝10×10－3 s 时刻感应电流最大，此时线圈所在平面与中性面位置垂直，所以穿过线圈回路的磁通量最小，故B错误；周期T＝0.02 s，角速度ω＝＝100π rad/s，故电流的瞬时值表达式为i＝5cos(100πt) A，故C错误；‎ 线圈产生的交流电的电动势最大值为Em＝Im(R＋r)＝55 V，有效值E＝＝ V，故D正确。‎ ‎4.如图所示，矩形线圈绕垂直于匀强磁场的对称轴做匀速转动，经过中性面时，以下说法错误的是(　　)‎ A．线圈平面与磁感线方向垂直 B．线圈中感应电流的方向将要发生改变 C．通过线圈平面的磁通量最大 D．通过线圈的感应电流最大 解析：选D　中性面，就是磁场方向与线圈平面垂直的位置，故A正确。线圈经过中性面时，电流减为零，经过中性面电流方向将发生改变，故B正确。经过中性面时，磁场垂直于线圈平面，此时磁通量最大，故C正确。经过中性面时，线圈平面与磁场方向垂直，左右两边不切割磁感线，不产生感应电动势，感应电流为零，故D错误。‎ ‎5．[多选]一正弦交流电源的u t图象如图甲所示，将它接在图乙所示电路的e、f两端，若电阻的阻值为110 Ω，电源的内阻不计，交流电压表是量程为250 V的理想电表，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．通过电阻的电流方向1秒钟改变50次 B．交流电压表示数为220 V C．产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为100π rad/s D．在1分钟内电阻R上产生的热量为5.28×104 J 解析：选BC　由题图甲知交变电流的周期为T＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz，而一个周期内电流方向改变两次，即通过电阻的电流方向1秒钟改变100次，A错；交流电压的峰值为220 V，有效值为220 V，B对；由ω＝＝100π rad/s可知，C对；由Q＝t得在1分钟内电阻R上产生的热量为2.64×104 J，D错。‎ 考点二 变压器、电能的输送 ‎1．电感和电容对交变电流的影响 ‎(1)电感器对交变电流的阻碍作用 ‎①感抗：电感器对交变电流阻碍作用的大小。‎ ‎②影响因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大。‎ ‎③感抗的应用 低频扼流圈 高频扼流圈 自感系数 较大 较小 感抗大小 较大 较小 作用 通直流、阻交流 通低频、阻高频 ‎(2)电容器对交变电流的阻碍作用 ‎①容抗：电容器对交变电流阻碍作用的大小。‎ ‎②影响因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小。‎ ‎③作用：“通交流，隔直流；通高频，阻低频”。‎ ‎2．变压器 ‎(1)工作原理 电流的磁效应、电磁感应。‎ ‎(2)理想变压器的基本关系 ‎①功率关系：P入＝P出。‎ ‎②电压关系：＝。‎ ‎③电流关系：n1I1＝n2I2(只有一个副线圈)。‎ ‎(3)几种常用的变压器 ‎①自耦变压器——调压变压器。‎ ‎②互感器 ‎3．电能的输送 ‎(1)输电网络 电能损失主要是由于输电线具有电阻，产生热量造成的。‎ ‎(2)基本关系 ‎①功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3；‎ ‎②电压关系：＝，＝，U2＝ΔU＋U3；‎ ‎③电流关系：n1I1＝n2I2，n3I3＝n4I4，I2＝I3＝I线；‎ ‎④输电电流：I线＝＝；‎ ‎⑤输电线上损失：P损＝I线ΔU＝I线2R线。‎ ‎[验备考能力]‎ ‎1．[多选](2017·杭州质检)理想变压器原线圈与正弦交流电源连接，输入电压u随时间t变化的规律如图所示，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝100∶1，副线圈只接入一个R＝10 Ω的电阻， 则(　　)‎ A．与电阻R并联的电压表示数为3.11 V B．流过电阻R的电流最大值为0.311 A C．变压器的输入功率为0.484 W D．电阻R上交流电压的频率为50 Hz 解析：选BCD　原、副线圈匝数比n1∶n2＝100∶1，电压表显示有效值2.2 V，故A错；流过电阻R的电流最大值为0.311 A，故B对；变压器的输入功率为W＝ W＝0.484 W，故C对；变压器不改变交流电的频率，故电阻R上交流电压的频率为50 Hz，故D对。‎ ‎2．[多选](2018·浙江名校协作体联考)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，原线圈接交流电源和交流电压表，副线圈通过电阻为R的导线与热水器、抽油烟机连接。已知原线圈两端的电压保持不变，副线圈上的电压按图乙所示规律变化。下列说法正确的是(　　)‎ A．电压表示数为1 100 V B．热水器上电压的瞬时值表达式为u＝220sin(100πt)V C．若闭合开关S，热水器的实际功率不变 D．若闭合开关S，原线圈中电流增大 解析：选AD　副线圈的有效电压为220 V，根据变压器的特点，输入电压应该为1 100 V，所以选项A正确；副线圈输出端电压为220 V，导线上会损失一部分电压，因此在热水器上得到的电压有效值应该小于220‎ ‎ V，选项B错误；合上开关，则副线圈输出总功率增加，因此输出电流变大，根据输出功率等于输入功率可知，原线圈中电流也变大，选项D正确；由于输出电流变大，所以导线上消耗电压变大，热水器的实际电压减小，所以根据P＝可知，实际功率减小，选项C错误。‎ ‎3．如图是街头变压器给用户供电的示意图。输入端接入的电压u＝2 200sin(100πt) V，输出电压通过输电线输送给用户，输电线的电阻用R表示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1。题中电表均为理想交流电表，则下列说法正确的是(　　)‎ A．V2表的读数为220 V B．A1表的示数随A2表的示数的增大而减小 C．副线圈中交流电的频率为100 Hz D．用户端闭合开关，则V2表读数不变，A1表读数变大，变压器的输入功率增大 解析：选D　由输入电压表达式知原线圈电压有效值为2 200 V，根据＝＝可得，V2表的读数为220 V，A错误；理想变压器输入功率等于输出功率，所以A1表的示数随A2表的示数的增大而增大，B错误；由表达式知角速度为100π rad/s，所以频率为f＝50 Hz，C错误；用户端闭合开关S，则副线圈的电阻减小，电压由输入电压和匝数比决定，所以V2表读数不变，A1表和A2读数都变大，变压器的输入功率等于输出功率都增大，D正确。‎ ‎4．[多选](2017·台州模拟)如图所示， 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＝220sin(100πt) V。副线圈接入电阻的阻值R＝100 Ω，图中电压表和电流表均为理想电表，则(　　)‎ A．通过电阻的电流是22 A B．交流电的频率是100 Hz C．电压表的示数为100 V D．变压器的输入功率是100 W 解析：选CD　原线圈电压的有效值U1＝＝220 V，根据公式＝可得副线圈电压的有效值为100 V，电压表的读数为100 V，选项C正确；通过电阻的电流I＝＝1 A，选项A错误；根据2πf＝100π，可得交流电的频率为50 Hz，选项B错误；变压器的输入功率等于输出功率，P＝U2I＝100 W，选项D正确。‎ ‎5.[多选](2018·诸暨牌头中学月考)一理想变压器原线圈匝数n1＝400匝，副线圈匝数n2＝20匝。现在原线圈AB端接电压为200 V、周期为0.02‎ ‎ s的交变电流，CD为副线圈的输出端，则(　　)‎ A．将交流电压表接在CD端时，示数为10.0 V B．将电磁打点计时器接在CD端时，打点周期为0.02 s C．将击穿电压为10 V的电容器接在CD端时，一定能正常工作 D．将标称“12 V　4 W”的小灯泡接在CD端时，原线圈中的电流为0.02 A 解析：选AB　原线圈电压有效值为U1＝200 V，则副线圈电压U2＝U1＝×200 V＝10 V，则将交流电压表接在CD端时，示数为10.0 V，选项A正确；变压器不改变交变电流周期，则把电磁打点计时器接在CD两端，打点周期为0.02 s，故B正确；副线圈两端电压最大值为U2m＝U2＝10 V，则将击穿电压为10 V的电容器接在CD端时，一定不能正常工作，选项C错误；标称“12 V　4 W”的小灯泡电阻为R＝ Ω＝36 Ω，则副线圈中电流I2＝＝ A＝ A，则原线圈中电流I1＝I2＝× A＝0.013 9 A，选项D错误。‎ ‎6．远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器，则下列关系式中正确的是(　　)‎ A.＝　　　　　　　 B．I2＝ C．I1U1＝I22R D．I1U1＝I2U2‎ 解析：选D　由于理想变压器的电流比与匝数比成反比，即＝，故A错；由于R两端的电压不等于U2，故B错；由能量关系可得U1I1＝I22R＋P用，故C错；由功率关系，P入＝P出可得I1U1＝I2U2，D项正确。‎ ‎7．[多选](2017·江苏高考)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则(　　)‎ A．电感L1的作用是通高频 B．电容C2的作用是通高频 C．扬声器甲用于输出高频成分 D．扬声器乙用于输出高频成分 解析：选BD　电感线圈有通低频、阻高频的作用，因此A项错误；电容器有通高频、阻低频的作用，因此B项正确；由此可以判断，扬声器甲主要用于输出低频成分，扬声器乙用于输出高频成分，C项错误，D项正确。‎