高二下学期期末复习学案-交变电流(附详细答案

1、高二下学期物理期末复习学案一交变电流【基础回顾】1交变电流的产生：线圈在匀强磁场中绕 于磁场的轴匀速转动，产生按 规律变化的电流。线圈转至中性面时，穿过线圈的磁通量 ，而感应电动势 。2. 表征交变电流的物理量：周期T,频率f,关系；峰值：Em、|m、Um；有效值：E、I、U3. 交变电流的变化规律：瞬时值表达： e=, i=, u=峰值：Em=；有效值与峰值的关系： E=, I=, U=4 电感电容对交变电流的影响：电感作用：;电容作用：5理想变压器：原理： ;原副线圈输入输出功率的关系： ;电压与匝数的关系： ;电流与匝数的关系：只有一个副线圈时， ;有多个副线圈时，6.远距离输电：导线上

2、的功率损失 P ;导线上的电压损失U 【专题讲练】专题1交变电流的四值（交变电流的四值是指：瞬时值、峰值、有效值、平均值）1瞬时值：反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交流瞬时值表达式为：e Em sin t ,i I m sin t。应当注意必须从中性面开始。生活中用的市电电压为220V，其峰值为 V，频率为 Hz,所以其电压瞬时值的表达式为 u=V。【例1】有一正弦交流电源，电压有效值U= 120V，频率为f=50Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为Uo=6O 2 V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？拓展思考：为什么人眼没有感到霓虹灯忽明忽暗的现象？【针对练习1

3、】交流发电机的线圈从平行磁场的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为14.1V，那么当线圈转过 30时交流电压的瞬时值为 V。解：2 .峰值：它是瞬时值的 值，它反映的是交变电流大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em （转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的峰值不能超过电容器的耐压值。【例2】把一电容器C接在220V的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器C的耐压值是多少？解析：【针对练习2】一只氖管的起辉电压为50V，把它接在u = 50sin314tV的交变电源上，在一个交变电压的周期内，氖管的发光时间为（）A . 0.02sB . 0.01s

4、C. 0.015sD. 0.005s3、有效值：交变电流的有效值是根据电流的 规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的 相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是：U , I 对于非正弦交变电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指 。用电器上所标电压、电流值也是指 。在计算交变电流通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用。【例3】通过某电阻的周期性交变电流的图象如图所示。求该交变电流的有效值I。解：3j1012ir/XIOrs-6【针对练习3】左图所示

5、是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为( )A.110VB.156VC.220VD.311V4、平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时b间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律 E N 来求，特t2殊地，当线圈从中性面转过90度的过程中，有 EEm。计算平均值切忌用算术平均法即E1 E2E -求解。平均值不等于有效值。2【例4】如图所示，求线圈由图示位置转过60角的过程中，通过线圈某一横截面的电量。【针对练习4】交流发电机转子有 n匝线圈，每匝线圈所围面积为S,匀强磁场的磁感应强度为

6、B，匀速转动的角速度为 3,线圈内电阻为r，外电路电阻为 R。当线圈由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中，求:w亠通过R的电荷量q为多少？R上产生电热Qr为多少？外力做的功W为多少？专题2感抗和容抗（统称电抗）-感抗表示电感对交变电流的阻碍作用，其特点是“通直流，阻交流”、“通低频，阻高频”2、容抗表示电容对交变电流的阻碍作用，其特点是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”【例5】左右两个电路都是从左端输入信号，从右端输出信号。左图中输入的是高频、低频混合的交流信号， 要求只输出低频信号；右图中输入的是直流和低频交流 的混合信号，要求只输出低频交流信号。那么C-、C2中哪个该用大电容？

7、哪个该用小电容？ 解：【针对练习5】在如图所示的电路中，如果交变电流的频率增大, 和3灯的亮度变化情况是（）A . 1、2两灯均变亮，3灯变暗B . 1灯变亮，2、3两灯均变暗C . 1、2灯均变暗，3灯亮度不变D. 1灯变暗，2灯变亮，3灯亮度不变【针对练习6】对于如图所示的电路，下列说法正确的是（）A . a、b端接稳恒直流电，灯泡发亮B . a、b端接交变电流，灯泡发亮C. a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大D . a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容减小时，灯泡亮度增大【针对练习7】对于如图所示的电路，下列说法正确的是（）A 双刀双掷开关 S接上部

8、时，灯泡亮度较大B 双刀双掷开关 S接下部时，灯泡亮度较大C 双刀双掷开关 S接下部，同时将电感线圈的 在抽出的过程中，灯泡亮度变大D双刀双掷开关 S接下部，同时将电感线圈的L的铁芯抽出,L的铁芯抽出,在抽出的过程中，灯泡亮度变小专题3理想变压器Ui1.理想变压器的电压变化规律为1U 22 .输入输出功率关系：鬥%3.只有一个副线圈的理想变压器的电流变化规律为匚4.变压器的输入功率由 功率决定。【例6】理想变压器初级线圈和两个次级线圈的匝数分别为ni=1760 匝、口2=288 匝、口3=8000匝，电源电压为 Ui=220V。n2上连接的灯泡的实际功率为36W，测得初级线圈的电流为li=0.

9、3A，求通过n3的负载R的电流13。【例7】在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如下所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是（零线火线B.零线C.火线1零线A.D.【例8】（2009 江苏 6）如图所示，理想变压器的原、畐U线圈匝数比为1: 5，原线圈两端的交变电压为u 20,2s in 100 t V 氖泡在两端电压达到 100V时开始发光，下列说法中正 确的有（）A .开关接通后，氖泡的发光频率为100HzB .开关接通后，电压表的示数为100 VC.开关断开后，电压表的示数变大D 开关断开后，变压器的输出功率不变【针对练习8】一台理想变压器原线圈匝数

10、n 1=1100匝，两个副线圈的匝数分别是n2=60匝,n3=600匝，若通过两个副线圈中的电流强度分别是12=1 A ,13=4 A，求原线圈中的电流强度。专题4远距离输电远距离输电的示意图如图所示：包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1 , n2、n2，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。从图中应该看出功率之间的关系是：P1=P1, P2=P2，P1 =Pr=P2。电压之间的关系是：U101U2n22 ,U1 Ur U2。U1n1U2丨1n112n 2,电流之间的关系是：丨

11、1，I2,11I rI 2。n1可见其中电流之间的关系最简单，I1,Ir,I2中只要知道一个，另两个总和它相等。因此求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用PrIr2r,UrI r r，而不能用PrU12【例9】 学校有一台应急备用发电机，内阻为r=1 Q,升压变压器匝数比为1 : 4,降压变压器的匝数比为4： 1，输电线的总电阻为 R=4 Q,全校22个教室，每个教室用“ 220V , 40W ” 的灯6盏，要求所有灯都正常发光，贝发电机的输出功率多大？发电机的电动势多大？ 输电线上损耗的电功率多大？【针对练习9】在远距离输

12、电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW ,当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：这时的输电效率 n和输电线的总电阻 r。若想使输电效率提高到 98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？【针对练习10】发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V,用户需要的电压是 220 V , 输电线电阻为10 Q 若输电线中因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求：(1) 在输电线路中设置的升、降压变压器原副线圈的匝数比(2) 画出此输电线路的示意图(3) 用户得到的电功率是多

13、少？高二物理期末复习学案一交变电流参考答案【例1】解析：由正弦交流电的峰值与有效值U的关系得：Um=120 . 2 V设t= 0时交流电的瞬时电压 U= 0则交流电的瞬时表达式为U= 120、2 sin100 t V如图所示，画出一个周期内交流电的U-t图象，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1,当U=U 0=60 ,2 V时，由上式得t1=1/600s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间:1t=T-4t1= S 拓展思考：为什么人眼没有感到霓虹灯忽明忽暗的现象?再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为:t= 5036002

14、400 s1提示：由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约 So很明显霓虹灯在工作过1611程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间只有S （如图t2时刻到t3时刻）为远小于S,因此经30016过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉。【针对练习1】解：电压表的示数为交流电压有效值，由此可知最大值为Um=. 2U=20V。而转过30时刻的瞬时值为 u=UmCOs30 =17.3V。【例2】解析：不低于200 ,2 V错误提示：不少学生往往把电容器与灯泡类比，额定电压220 V的灯泡接在220 V的交流电源上正常发光，从而错误的认为电容器的耐压值也只要不低于220V即可，事实上，电容器接在交

15、流电路中一直不断地进行充、放电过程。电容器两极间电压最大可达200. 2 V，故电容器C的耐压值应不低于 200 . 2 V.【针对练习2】解答：B【例3】解：该交流周期为 T=0.3s,前t1=0.2s为恒定电流I1=3A，后t2=0.1s为恒定电流 |2= -6A，因此这一个周期内电流做的功可以求出来，根据有效值的定义，设有效值为I，根据定义有：I 2RT= |12Rt1+ 122 Rt2带入数据计算得：1=3 2 A【针对练习3】解：从u-t图象看出，每个周期的前半周期是正弦图形，其有效值为220V ;后半周期电压为零。根据有效值的定义,U 2 u 2 TT -0，得 U=156V，选

16、B oR R 2【例4】解析：在计算电量问题中,定要用电流、电压平均值E N 而 tBSsin 60 BS2【针对练 qN =進R 2R由电流的定义，计算电荷量应该用平均值：即nBSt R r t R rq汽，这里电流和电动势都必须要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬时值。求电热应该用有效值，先求总电热Q,再按照内外电阻之比求R上产生的电热Qr onBS 2Q 1 （R r）t R r 22 R r 2n2B2S24 R r n2B2S2RQr -Q2R r 4 R -这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。电流通过电阻，又将电能根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的

17、过程,n 2B 2 S2转化为内能，即放出电热。因此W=Q。一定要学会用能量转化和守恒定律来4 R r分析功和能。【例5】解：电容的作用是“通交流，隔直流”、“通高频，阻低频”。左图中的Ci必须用 电容小些的，电容越小，容抗越大，从而使高频交流顺利通过，而低频不易通过（这种电容器 叫高频旁路电容器）。右图中的C2 一般用电容大的，电容越大，容抗越小，使低频交流电很容 易通过，只有直流成分从电阻上通过（这种电容器叫隔直电容器）【针对练习5】解答:【针对练习6】解答:BC【针对练习7】解答:AC【例6】解：由于两个次级线圈都在工作，所以不能用I x 1/n,而应该用 Pi=P2+P3和xn。由 U

18、xn 可求得 U2=36V , U3=1000V ；由 Uili=U2|2+U3|3和 I2=1A 可得 l3=0.03A。【例7】解：电流互感器要把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少，畐U线圈的匝数多。监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中。220V niLn2Rn3【例8】【答案】AB解析：本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、 功率等问题彻底理解。 由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值为U120 2、2V=20V，由nin2UiU2得副线圈两端的电压为U2100V，电压50 Hz, 个周期内100Hz, A项正确；C项错误；断开

19、后，表的示数为交流电的有效值，B项正确；交变电压的频率为f2电压两次大于100V，即一个周期内氖泡能两次发光，所以其发光频率为 开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D项错误。【针对练习8】解析：电流强度与匝数成反比，仅适用于理想变压器只有一只副线圈的情况，本题有两个副线圈， 应根据理想变压器无能量损失来分析，由于理想变压器无能量损失，所以有Pl=P2+P3 （ P1为原线圈输入功率，P2、P3分别为两只副线圈的输出功率）根据电功率公式有：IiU 1=|2U2+|3U3又因为5U2n1n2,U2=n2U1 n1U1mU 3n3U3=Ui把代入，整理得:I in 1=12n2+l3n所以1604 600A=2.24 A1100【例9】解：所有灯都正常工作的总功率为22 X 6 X 40=5280W，用电器总电流为l2 Ut5280 24A，输电线上的电流220l1