2018_2019学年高考物理电磁感应及其应用3.2交变电流章末总结学案新人教版.docx

3.2 交变电流章末总结一、电磁感应中的图象问题1.关键是分析磁通量的变化是否均匀，从而判断感应电动势(电流)或安培力的大小是否恒定，然后运用楞次定律或左手定则判断它们的方向，分析出相关物理量之间的函数关系，确定其大小和方向及在坐标轴中的范围。2.图象的初始条件，方向与正、负的对应，物理量的变化趋势，物理量的增、减或方向正、负的转折点都是判断图象的关键。例1 如图1，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d(dL)的条形匀强磁场区域，磁场的边界与导线框的一边平行，磁场方向竖直向下。导线框以某一初速度向右运动，t0时导线框的右边恰好与磁场的左边界重合，随后导线框进入并通过磁场区域。下列vt图象中，可能正确描述上述过程的是()图1解析线框进入和离开磁场时，穿过线框的磁通量发生变化产生感应电流，磁场对线框的安培力阻碍线框运动，使线框速度减小，由EBLv、I及FBILma可知安培力减小，加速度减小，当线框完全进入磁场后穿过线框的磁通量不再变化，不产生感应电流，不受安培力，线框做匀速直线运动，故选项D正确。答案D针对训练1 如图2，一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行。已知在t0到tt1的时间间隔内，直导线中电流i发生某种变化，而线框中的感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头所示方向相同，则i随时间t变化的图线可能是()图2解析因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强，而线框中左右两边电流的大小相同，而方向相反，所以受到的安培力方向相反，而导线框的左边受到的安培力大于导线框的右边受到的安培力，所以合力沿导线框左边受到的力的方向。因为线框受到的安培力的合力先水平向左，后水平向右，根据左手定则，导线框处的磁场方向先垂直纸面向里，后垂直纸面向外，根据右手螺旋定则，导线中的电流先为正，后为负，所以选项A正确，B、C、D错误。答案A二、电磁感应中的综合问题此类问题涉及电路知识、动力学知识和能量观点，综合性很强，解决此类问题要注意以下三点：1.电路分析(1)找“电源”：确定出由电磁感应所产生的电源，求出电源的电动势E和内阻r。(2)电路结构分析弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，为求安培力做好铺垫。2.力和运动分析(1)受力分析：分析研究对象(常为金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意安培力的方向。(2)运动分析：根据力与运动的关系，确定出运动模型，根据模型特点，找到解决途径。3.功和能量分析(1)做功分析，找全部力所做的功，弄清功的正、负。(2)能量转化分析，弄清哪些能量增加，哪些能量减小，根据功能关系、能量守恒定律列方程求解。例2 如图3所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距L0.4 m，导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为MN。I中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B0.5 T。在区域中，将质量m10.1 kg、电阻R10.1 的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域中将质量m20.4 kg，电阻R20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10 m/s2，问：图3(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少。解析(1)由右手定则可判断出cd中的电流方向为由d到c，则ab中电流方向为由a流向b。(2)开始放置时ab刚好不下滑，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有Fmaxm1gsin 设ab刚要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有EBLv设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有I设ab所受安培力为F安，有F安BIL此时ab受到的最大静摩擦力方向沿导轨向下，由平衡条件有F安m1gsin Fmax联立式，代入数据解得v5 m/s。(3)设cd棒运动过程中在电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒定律有m2gxsinQ总m2v2又QQ总解得Q1.3 J。答案(1)ab(2)5 m/s(3)1.3 J针对训练2 如图4所示，足够长的光滑U形导轨宽度为L，其所在平面与水平面的夹角为，上端连接一个阻值为R的电阻，导轨电阻不计，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于导轨平面向上。现有一质量为m、有效电阻为r的金属杆沿框架由静止下滑，设磁场区域无限大，当金属杆下滑达到最大速度v0时，运动的位移为x，则()图4A.金属杆下滑的最大速度vmB.在此过程中电阻R产生的焦耳热为(mgxsin mv)C.在此过程中电阻R产生的焦耳热为mgxsin mvD.在此过程中流过电阻R的电荷量为解析达到最大速度时，感应电动势为EBLvm，感应电流为I安培力为FBIL根据平衡条件得mgsin F0解得vm由能量守恒定律得mgxsin mvQ又因QRQ所以QR由法拉第电磁感应定律得通过R的电荷量为q所以选项B正确。答案B三、与理想变压器有关的问题1.理想变压器的几个基本关系(1)电压关系：输入电压决定输出电压。单个副线圈时：。多个副线圈时：U1U2U3n1n2n3(2)功率关系：输出功率决定输入功率。单个副线圈时：P1P2。多个副线圈时：P1P2P3(3)电流关系：输出电流决定输入电流。单个副线圈时：。多个副线圈时：n1I1n2I2n3I32.理想变压器的动态变化问题的分析思路(1)匝数比不变，负载电阻变化的情况，如图5甲所示。甲U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不变。当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化。I2变化引起P2变化，P1P2，故P1发生变化。(2)负载电阻不变，匝数比变化的情况，如图乙所示。乙图5U1不变，发生变化，故U2变化。R不变，U2变化，故I2发生变化。根据P2，可知P2发生变化，再根据P1P2，故P1变化，P1U1I1，U1不变，故I1发生变化。例3 (多选)如图6甲所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为21，原线圈的电压随时间变化规律如图乙所示，副线圈电路中接有灯泡，额定功率为22 W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光，若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则()图6A.灯泡的额定电压为110 VB.副线圈输出交变电流的频率为50 HzC.U220 V，I0.2 AD.原线圈输入电压的瞬时表达式为u220sin (100t) V解析原线圈电压的有效值为220 V，则副线圈两端电压为110 V，选项A正确；变压器不改变交流电流的频率，选项B正确；根据P入P出得出电流表读数为I A0.1 A，选项C错误；图乙电压随时间变化的表达式为u220sin (100t) V，选项D正确。答案ABD针对训练3 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图7所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()图7A.U66 V，k B.U22 V，kC.U66 V，k D.U22 V，k解析设原线圈中电流为I，由知副线圈中的电流I23I，由题意知副线圈中电阻两端的电压U3IR，则原线圈回路中R两端的电压URIR，原线圈两端的电压U13U，由闭合电路中电压关系可知U1UR220 V，即3U220 V，U66 V，原线圈回路中电阻消耗的功率P1I2R，副线圈回路中电阻消耗的功率P2(3I)2R，k，选项A正确。答案A四、远距离输电问题1.理清三个回路回路1：发电机回路。该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机。回路2：输送电路。I2I3IR，U2U3UR，P2PRP3。回路3：输出电路。I4I用，U4U用，P4P用。2.抓住两个关系(1)理想升压变压器连接回路1和回路2，两回路中重要的关系式有，I1n1I2n2，P1P2。(2)理想降压变压器连接回路2和回路3，两回路中重要的关系式有，I3n3I4n4，P3P4。3.掌握两种损耗(1)电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，URU2U3IRR。(2)功率损耗：输电线上电阻发热导致的功率损耗，PRP2P3IR。输电线上的能量损耗是热损耗，计算功率损耗时用公式PRIR或PR。例4 如图8甲为某水电站的电能输送示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为115，降压变压器的副线圈接有负载R，升压、降压变压器之间的输电线路的总电阻为10 ，变压器均为理想变压器，现在a、b两端输入如图乙所示的交流电压，输送功率为33 kW。下列说法正确的是()图8A.输送的交变电流的周期为0.01 sB.输电线中电流为150 AC.降压变压器原线圈输入电压为3 200 VD.输电线上功率损失为500 W解析由题图乙所示的正弦式电压图象知周期T2102 s，选项A错误；升压变压器原线圈电压的有效值U1 V220 V，由得升压变压器副线圈的输出电压U2U115220 V3 300 V，输电线中电流为I210 A，选项B错误；输电线电压损失UI2R线100 V，降压变压器原线圈输入电压为UU2U3 200 V，选项C正确；输电线上功率损失为P损IR线1 000 W，选项D错误。答案C针对训练4 一般发电机组输出的电压在10 kV左右，不符合远距离输电的要求。因此，要在发电站内用升压变压器，升压到几百千伏后再向远处输电。到达几百千米甚至几千千米之外的用电区之后，先经“一次高压变电站”、“二次变电站”降到10 kV左右，再经低压变电站的降压变压器(可视为理想变压器)降压后供给某小区居民，已知供给居民的交流电U220sin (100t)V，该变压器原、副线圈匝数比为501，则()A.原线圈上的电压为11 000 VB.原线圈中电流的频率是100 HzC.原线圈使用的导线应该比副线圈的粗D.高压输电有利于减少输电线路中的损耗解析供给某小区居民的交流电U220sin (100t)V，最大值为220