新教材同步系列2024春高中物理第3章交变电流章末综合提升学生用书粤教版选择性必修第二册

第3章交变电流主题1交变电流的四值及其应用1．瞬时值：它反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交流电瞬时值表达式为e＝Emsinωt，i＝Imsinωt(应当注意必须从中性面开始)。2．最大值：它是瞬时值的最大值，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＝nBSω(转轴垂直于磁感线)。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。3．有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这一直流的数值叫作这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是U＝12Em，I＝12Im4．平均值：它是指交流电图像中图线与横轴所围成的面积跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律E＝n·ΔΦΔt来求，当线圈从中性面转过90°的过程中，有E＝2πE【典例1】如图所示为交流发电机的示意图，矩形线圈的匝数N＝50匝，每匝线圈的边长lab＝0.4m，lbc＝0.2m，矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B＝0.2T，线圈总电阻r＝1Ω，外接电阻R＝9Ω。线圈以n＝100πr/s(1)线圈中产生的感应电动势的最大值；(2)若线圈从通过中性面时开始计时，写出回路中电流随时间变化的关系式；(3)交流电压表和电流表的读数；(4)此交流发电机的总功率和输出功率。[听课记录]应用“四值”的几点技巧(1)I＝Im(2)计算时一般取一个周期，如果一个周期内各时段交变电流的规律不同，应分段计算然后求和。(3)各种交流电表、交流电器上标注的额定值及与热效应有关的计算等都指的是有效值。(4)计算流过导体横截面的电荷量时必须用平均值。主题2远距离输电问题1．输电示意图2．正确理解几个基本关系(1)功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4。(2)电压关系：U1U2＝n1n2，U2＝U线＋U(3)电流关系：I1I2＝n2n1，I2＝I线＝I(4)输电电流：I线＝P2U2＝P(5)输电导线上损耗的电功率：P损＝P2－P3＝I线2R线＝U线2R线(6)输电导线上的电压损失：U线＝I线R线＝U2－U3。【典例2】某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9kW，输出电压为500V，输电线的总电阻为10Ω，线路损耗的功率为输出功率的4%。求：(1)村民和村办小企业需要220V电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？[听课记录]远距离输电问题的处理思路(1)根据具体问题画出输电线路示意图。(2)研究三个回路，分析其中的已知量、可求量、待求量。(3)研究两个变压器，分析其中的已知量、可求量、待求量。(4)确定求解思路，根据回路及变压器上的电压、电流、功率关系列式求解。章末综合提升典例1解析：(1)Em＝NBSω＝NBLablbcω＝50×0.2×0.4×0.2×100π×2πV＝160V(2)ω＝2πn＝200rad/s，Im＝Emr+R＝i＝16sin200t(A)。(3)电流表的读数I＝12Im＝82A电压表的读数U＝IR＝722V。(4)发电机的总功率P＝IE，E＝12Em所以P＝82×12×160W发电机的输出功率等于外电路电阻消耗的电功率。即PR＝IU＝82×722W＝1152W。答案：(1)160V(2)i＝16sin200t(A)(3)722V82A(4)1280W1152W典例2解析：建立如图所示的远距离输电模型，要求变压器原、副线圈的匝数比，先要知道原、副线圈两端的电压之比。本题以线路上损耗的功率为突破口，先求出输电线上的电流I线，再根据输出功率求出U2，然后再求出U3。(1)由线路损耗的功率P线＝I线2R线可得I线＝P线R线＝又因为P输出＝U2I线，所以U2＝P输出I线＝90006U3＝U2－I线R线＝(1500－6×10)V＝1440V。根据理想变压器规律得n1n2＝U1Un3n4＝U3U所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11。(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图所示)，由P输出＝UI线′，可得I′线＝P输出U＝9000500A所以线路损耗的功率P线′＝I线′2R线＝182×10W＝324