【物理】2019届一轮复习人教版 交流电 学案

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文档介绍

【物理】2019届一轮复习人教版 交流电 学案

交变电流的四值问题、变压器的原理及应用、远距离输电等是本章的考查重点.其中对变压器的考查在高考命题中出现频率较高,交变电流四值与变压器的综合考查、原线圈中含有用电器的变压器问题是常见的命题考向,常以选择题的形式出现,分值一般为6分。复习时,要了解交变电流的产生过程;能分析、应用交变电流的图像;理解并会计算交变电流四值;理解变压器的制约关系并会求解变压器原、副线圈中的电流、电压与电功率,会分析变压器的动态变化过程;掌握应用变压器进行远距离输电问题。‎ ‎【备考建议】‎ ‎【经典例题】‎ 考点一 交变电流的产生及变化规律 ‎【典例1】(2018·四川资阳模拟)如图(甲)所示,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动,产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图(乙)所示.若外接电阻的阻值R=9 Ω,线圈的电阻r=1 Ω,则下列说法正确的是(   )‎ A.线圈转速为100π rad/s B.0.01 s末穿过线圈的磁通量最大 C.通过线圈的最大电流为10 A D.线圈产生的交变电流的表达式i=10sin 25πt(A)‎ ‎【典例2】(2018·武汉模拟)如图所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab,cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角为零时(图示位置)为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正.则下列四幅图中正确的是(   )‎ 考点二 交变电流有效值的求解 ‎【典例3】(2018·重庆校级模拟)三个相同的电阻,分别通过如图(甲)、(乙)、(丙)所示的交变电流,三个图中的I0和周期T都相同.下列说法中正确的是(   )‎ A.在相同时间内三个电阻发热量相等 B.在相同时间内,(甲)、(乙)发热量相等,是(丙)发热量的2倍 C.在相同时间内,(甲)、(丙)发热量相等,是(乙)发热量的 D.在相同时间内,(乙)发热量最大,(甲)次之,(丙)的发热量最小 解析:(甲)的有效值为,(乙)的有效值为I0,设(丙)的有效值为I,有I2RT= R得,I=.计算热量应用有效值,由Q=I2Rt,可知在相同时间内,(甲) (丙)发热量相等,是(乙)发热量的,故C正确.学 ‎ 考点三 交变电流“四值”的比较和应用 ‎【典例4】(2018·辽宁辽阳模拟)如图所示,矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表A组成闭合电路.线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动,转动的角速度ω=100π rad/s.线圈的匝数N= 100,边长ab= 0.2 m,ad=0.4 m,电阻不计.磁感应强度大小B= T.电容器放电时间不计.下列说法正确的是(   )‎ A.该线圈产生的交流电动势峰值为50 V B.该线圈产生的交流电动势有效值为50 V C.电容器的耐压值至少为50 V D.电容器的电容C变大时,电流表的示数变小 解析:Em=NBSω=100××(0.2×0.4)×100π V=50 V,故A错误;E= =50 V,故B正确;电容器的耐压值为电压的最大值,至少为50 V,故C错误;电容器的电容C变大时,容抗变小,故电流表的示数变大,故D错误.‎ 考点四理想变压器的原理和基本关系 ‎【典例5】(2018·北京模拟)(多选)如图所示,理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u=U0sin ωt的交流电源,副线圈接一个R=27.5 Ω的负载电阻.若U0=220 V,ω=100πrad/s,则下述结论正确的是(   )‎ A.副线圈中电压表的读数为55 V B.副线圈中输出交变电流的周期为 s C.原线圈中电流表的读数为0.5 A D.原线圈中的输入功率为110W 解析:原线圈电压有效值U1=220 V,由电压比等于匝数比可得副线圈电压有效值U2=55 V,A正确;电阻R上的电流为2 A,由原副线圈电流比等于匝数的反比,可得电流表示数为0.5 A,C正确;输入功率为P=220×0.5 W= 110 W, D错误;周期T= =0.02 s,B错误.‎ ‎【典例6】(2017·江苏苏锡常镇一模)钳形电流测量仪的结构图如图所示,其铁芯在捏紧扳手时会张开,可以在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,则关于该钳形电流测量仪的说法正确的是(   )‎ A.该测量仪可测量直流电流 B.载流导线中电流大小I0= C.若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流将小于实际电流 D.若将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数将变小 考点五理想变压器的动态分析 ‎【典例7】(2018·湖北黄石模拟)(多选)如图所示为原、副线圈匝数比为n1∶ n2=10∶1的理想变压器,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表,从某时刻开始在原线圈c,d两端加上u1=220 sin 100πt(V)的交变电压,则(   )‎ A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为22 V B.当单刀双掷开关与a连接时,在滑动变阻器触头P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变小 C.当仅把单刀双掷开关由a扳向b时,原线圈输入功率变小 D.当单刀双掷开关由a扳向b时,调节滑动变阻器滑片到适当位置,有可能实现调节前、后原线圈输入功率相等 解析:当单刀双掷开关与a连接时,根据电压与匝数成正比且n1∶n2=10∶1可知,副线圈电压的最大值为22 V,电压表的示数为电压的有效值,所以示数为 V=22 V,故A正确;当单刀双掷开关与a连接时,输入电压及匝数比不变,输出电压不变,所以电压表的示数不变,变阻器触头P向上移动,变阻器电阻变大,副线圈电流变小,电流表示数变小,故B错误;当仅把单刀双掷开关由a扳向b时,原线圈匝数变小,根据=,得U2= U1,可知副线圈两端的电压变大,输出功率P2=变大,输入功率等于输出功率,所以原线圈输入功率变大,故C错误;当单刀双掷开关由a扳向b时,输出电压变大,调节滑动变阻器滑片到适当位置使负载电阻变大,输出功率P2=可能不变,输出功率等于输入功率,所以有可能实现调节前、后原线圈输入功率相等,故D正确.‎ ‎【典例8】(2018·石家庄模拟)如图所示电路中,变压器为理想变压器,a,b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,则下列说法正确的是(   )‎ A.电压表V1示数增大 B.电压表V2,V3示数均增大 C.该变压器起升压作用 D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动 考点六远距离输电 ‎【典例9】(2018·山东济宁质检)图(甲)为远距离输电示意图,变压器为理想变压器,升压变压器原副线圈匝数比为1∶100,输入电压如图(乙)所示,远距离输电线的总电阻为100 Ω.降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图(报警器未画出),R1为定值电阻,R2为半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小.未出现火警时,升压变压器的输入功率为660 kW.下列说法中正确的是(   )‎ A.远距离输电线路损耗的功率为90 kW B.远距离输电线路损耗的功率为180 kW C.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变小 D.当传感器R2所在处出现火警时,R2两端的电压变大 考点七特殊变压器 ‎【典例10】(2017·广东适应性考试)如图甲所示为一理想自耦变压器,A、B端输入电压如图乙所示,A1、V1和A2、V2分别是接入原线圈和副线圈中的理想交流电流表和电压表,其示数分别用I1、U1、I2、U2表示,R为定值电阻,现将滑片P从图示位置逆时针匀速转动,在P转动过程中,电流表和电压表示数均未超过其量程,下列选项中能正确反映I1、I2、U1、U2变化规律的是(  )‎ ‎【参考答案】AC ‎【典例11】(2016年江苏省四市联考)如图所示,在某一输电线路的起始端接入两个互感器,原副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶100,图中a、b表示电压表或电流表 ‎,已知电压表的示数为22V,电流表的示数为1A,则 A.a为电流表,b为电压表 ‎ B.a为电压表,b为电流表 C.线路输送电功率是220 kW D.输电线路总电阻为22Ω ‎【参照答案】BC ‎ 考点八交变电流的综合问题 ‎【典例12】(2018安徽合肥三模)如图所示,为了浴室用电安全,某同学用理想变压器给浴室降压供电,理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1,原线圈输入交变电压u=311sinl00πt(V),已知照明灯额定功率为44W,排气扇电动机内阻为lΩ,电流表示数为2A,各用电器均正常工作,电表均为理想表。则 A. 电压表示数为62V B. 变压器的输入功率为186W C. 排气扇输出功率为43W D. 保险丝熔断电流不得低于2A ‎【参考答案】C ‎【易错剖析】解答此题常见错误主要有:一是认为交流电压表示数为最大值,按照最大值利用变压器变压公式计算,导致错选A;二是没有按照有关电功率之间关系正确计算,导致不能得出排气扇输出功率为43W,没有选择选项C;把原副线圈电流混淆,导致错选D。学 ‎ ‎【典例13】(2016·辽宁大连模拟)(20分)如图所示,一固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一只小灯泡,在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n=100匝,总电阻r=1.0 Ω,所围成矩形的面积S=0.040 m2,小灯泡的电阻R=9.0 Ω,磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化,线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=nB0Scos t,其中B0为磁感应强度的最大值,T为磁场变化的周期,不计灯丝电阻随温度的变化。求:‎ ‎(1)线圈中产生感应电动势的最大值;‎ ‎(2)小灯泡消耗的电功率;‎ ‎(3)在磁感应强度变化的0 时间内,通过小灯泡的电荷量。‎ ‎【名师解析】‎ 由①②③得:q=n=4×10-3 C。‎ 答案 (1)8 V (2)2.88 W (3)4×10-3 C ‎【走进高考】‎ ‎1.(2018·扬州市一模) (多选)电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动,线圈的电动势随时间变化的图象如图4所示。现把线圈的电动势加在电阻为9 Ω的电热丝上,则下列说法正确的是(  )‎ 图4‎ A.线圈转动的角速度为31.4 rad/s B.如果线圈转速提高一倍,则电流发生改变 C.电热丝两端的电压U=100 V D.电热丝的发热功率P=1 800 W ‎2.图甲所示电压按正弦规律变化,图乙所示电压是正弦交流电的一部分,则下列说法正确的是(  )‎ A.图乙所示的电压也是正弦交流电压 B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=10sin 50πt(V)‎ C.图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同 D.图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小 ‎3.如图所示,边长为L、匝数为N,电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′转动,轴OO′垂直于磁感线,在线圈外接一含有理想变压器的电路,变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2.保持线圈以恒定角速度ω转动,下列判断正确的是(  )‎ A.两电压表的示数之比为U1∶U2=n2∶n1‎ B.电压表的示数等于NBωL2‎ C.当滑动变阻器R的滑片P向上滑动时,电压表的示数变大 D.变压器的输入功率与输出功率之比为1∶1‎ ‎4.如图所示,一矩形线圈的面积为S,匝数为N,内阻不计,绕OO′轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω 做匀速转动,从图示位置开始计时.矩形线圈通过滑环接一理想变压器,滑动触头P上下移动时可改变输出电压,副线圈接有可调电阻R,下列判断正确的是(  )‎ A.矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcos ωt B.矩形线圈从图示位置经过时间内,通过电流表的电荷量为零 C.当P位置不动,R增大时,电压表读数也增大 D.当P位置向上移动、R不变时,电流表读数变大 ‎5.(2016福建质检)手摇发电机产生的正弦交流电经变压器给灯泡L供电,其电路如图。当线圈以角速度ω匀速转动时,电压表示数为U,灯泡正常发光。已知发电机线圈的电阻为r,灯泡正常发光时的电阻为R,其它电阻可忽略,变压器原线圈与副线圈的匝数比为k,变压器可视为理想变压器。则 ‎ 学 ]‎ A.灯泡的额定电压为 ‎ B.灯泡的额定功率为 C.发电机的线圈中产生的电动势最大值为 D.从中性面开始计时,原线圈输入电压的瞬时值表达式为u=Usinωt ‎6.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表,除R以外其余电阻不计,从某时刻开始开关扳向a,在原线圈两端加上交变电压,其瞬时值表达式为,下列说法中正确的是(   )‎ ‎ ‎ A. 时,电压表的读数为22V B. 时,a、c两点电压瞬时值为110V C. 滑动变阻器滑片向上移,电压表和电流表的示数均变大 D. 单刀双掷开关由a扳向b,电压表和电流表的示数均变小 ‎7.如图,一理想变压器原、副线圈匝数比为4:1,原线圈与一可变电阻串联后,接入一正弦交流电源;副线圈电路中固定电阻的阻值为R0,负载电阻的阻值R=11R0,是理想电压表;现将负载电阻的阻值减小为R=5R0,保持变压器输入电流不变,此时电压表读数为5.0V,则(     ) ‎ A. 此时原线圈两端电压的最大值约为34V  ‎ B. 此时原线圈两端电压的最大值约为24V C. 原线圈两端原来的电压有效值约为68V  ‎ D. 原线圈两端原来的电压有效值约为48V ‎8(2018年3月北京朝阳区一模)如图所示,将带铁芯的电感器L与灯泡A串联,再与另一个完全相同的灯泡B并联,接在以正弦交流信号发生器为电源的两端。通过调节交流信号发生器上的旋钮,可以改变输出电压和信号的频率。闭合开关S,A、B两灯均发光。关于该实验,下列说法中正确的是 A.保持交流信号频率不变,适当提高输出电压,发现A灯始终比B灯亮 B.保持输出电压不变,提高交流信号频率,发现A、B灯均变亮 C.保持输出电压和信号频率不变,撤去铁芯后,发现A灯比原来亮 D.断开开关S,发现A灯闪亮一下,然后熄灭 ‎9.如图所示把电阻、电感、电容并联到某一交流电源上,三个电流表示数相同,若保持电源电压不变,而将频率加大,则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是(  ) ‎ A. I1=I2=I3                           ‎ B. I1>I2>I3                           ‎ C. I2>I1>I3                           ‎ D. I3>I1>I2‎ ‎10.如图所示,电路中完全相同的三个灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联,然后再并联到“220 V 50 H ”的交流电源上,三只灯泡的亮度相同.若保持交变电压不变,将交变电流的频率增大到60 H ,则发生的现象为(  )‎ A.三灯亮度不变 B.三灯均变亮 C.L1不变、L2变亮、L3变暗 D.L1不变、L2变暗、L3变亮 ‎11.如图所示,匝数为N1的原线圈和匝数为N2的副线圈绕在同一闭合铁芯上,副线圈两端与电阻R相连,原线圈两端与平行金属导轨相连。两轨之间的距离为L,其电阻可不计。在虚线的左侧,存在方向与导轨所在平面垂直的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B,pq是一质量为m电阻为r与导轨垂直放置的金属杆,它可在导轨上沿与导轨平行的方向无摩擦地滑动。假设在任何同一时刻通过线圈每一匝的磁通量相同,两个线圈的电阻、铁芯中包括涡流在内的各种损耗都忽略不计,且变压器中的电磁场完全限制在变压器铁芯中。现于时刻开始施一外力,使杆从静止出发以恒定的加速度a向左运动。不考虑连接导线的自感。若已知在某时刻t时原线圈电流的大小为I1,‎ i.求此时刻外力的功率;‎ ii.此功率转化为哪些其他形式的功率或能量变化率?试分别求出它们的大小。‎ R a p q N2‎ N1‎ ‎ 学 ]‎ ‎1【参考答案】BD ‎2【参考答案】D ‎3【参考答案】D ‎ ‎4【参考答案】AD ‎ ‎【名师解析】矩形线圈产生的感应电动势最大值Em=NBSω,由图示线圈位置可知开始计时时产生的感应电动势最大,则瞬时值表达式为e=NBSωcos ωt,A正确.线圈从图示位置经过时间,磁通量变化量ΔΦ≠0,由q=N可知,通过电流表的电荷量不为零,B错误.电压表的示数为U1=不变,C错误.由=得U2=,当P位置向上移动时,n1变小,则U2变大,又R不变,再由P=可知副线圈消耗的功率P2变大,则可知原线圈的输入功率P1=P2变大,再由I1=可知,I1变大,D正确.学 ‎ ‎5【参考答案】AD 学 ]‎ ‎【命题意图】本题考查了交变电流的产生、闭合电路欧姆定律、电功率、变压器的规律等知识点。‎ ‎6【参考答案】A ‎【名师解析】当单刀双掷开关与a连接时,匝数之比为10:1,原线圈两端有效值为=220V,所以副线圈电压有效值为22V,故A正确;t=1/600 s 时,a、c两点电压瞬时值为u1=220 sinπ/6(V)=110V,选项B错误;滑动变阻器触头向上移动的过程中,电阻增大,电压不变,电流减小,电流表的示数变小,故C错误;当单刀双掷开关由a扳向b时,匝数之比为5:1,输出电压增大,电压表和电流表的示数均变大,故D错误;故选A。‎ 点睛:此题关键是掌握变压器的特点:匝数与电压成正比,与电流成反比,输入功率等于输出功率;同时做好本题要理解变压器中心抽头的作用:改变了匝数之比,从而改变了电压之比,也改变了两表的示数.‎ ‎7【参考答案】D ‎ ‎【分析】本题考查电压器的工作原理。在解决理想变压器问题时,需要掌握两个公式,电压规律公式和电流规律公式,还需要知道原线圈的输入功率取决于副线圈消耗的功率,理想变压器不改变交流电的频率。‎ ‎8【参考答案】C ‎9【参考答案】D ‎ ‎【分析】交流电频率变大,电感阻碍作用变大,电流变小,电容阻碍作用变小,电流变大。‎ ‎10【参考答案】D ‎ ‎【名师解析】根据电感的特性:通低频、阻高频,当电源的频率增大时,电感对电流的感抗增大,L2变暗;根据电容器的特性:通高频,阻低频,当电源的频率增大时,电容器对电流的容抗减小,L3变亮,而电阻的亮度与频率无关,L1不变.‎ ‎11‎ 令E1、E2分别表示原、副线圈两端的电动势,并有,U1、U2分别表示原、副线圈两端的电压,I1表示副线圈中的电流,由欧姆定律,有 ‎ (5)‎ ‎ (6) ‎ 外力的功率转化为:杆的动能的变化率 (11)‎ 电阻r上消耗的功率为 (12)‎ 电阻R上消耗的功率为 (13) | |k ]‎ 变压器内场能的变化率为 ‎ ‎ (14) 学 ]‎
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