物理二轮复习专题十一-交流电路的分析与计算（教学案）

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精专题十一交流电路的分析与计算【2011考纲解读】从2011高考考纲来看，交流电路依然为高考命题的热点之一。通过历年高考试题的分析，不难发现：交流电路部分由于与工农业生产和日常生活紧密结合，在近几年的高考中考查的频度较高，重点考查交流电有效值、变压器的有关知识。考查的形式多以难度中等或中等偏下的选择题、填空题出现,但也有以计算题的形式出现.【高考预测】交流电路的分析与计算考查的知识点主要是交流电的产生、有效值与瞬时值的计算．要求能对正弦交流电的函数表达式、图象表示法有正确的理解，能利用函数关系式或图象求解涉及交流电的“四值”问题，特别要注意交流电四值适用的场合．变压器电路考查的内容主要有两个方面:一是变压器原、副线圈电路中的电流、电压与电功率的求解,求解过程中注意相应的制约关系,同时对于动态变化过程的分析，可以借助于直流电路的动态分析方法，结合原、副线圈中电流、电压与功率的关系进行判断．二是应用变压器进行远距离输电的分析，对于远距离输电,关键在输电导线损耗功率的计算上，注意选用正确的求解公式．【知识网络】【专题解读】1．交流电的产生及变化规律（1）交流电的产生:①当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴作匀速转动时，线圈中产生按正弦规律变化的交流电．②中性面的特点:磁通量的变化率为零，但磁通量最大,每通过一次中性面，电流方向改变两次，一个周期内两次通过中性面．（2)交流电的变化规律:①函数表示法:，．，．如线圈的转速变化，影响交流电的角频率同时,对交流电的最大值也有影响,其函数表示式为:．②图像表示法：为正弦函数图像．(3）交流电的四值①瞬时值反映的是不同时刻交变电流大小和方向．如氖管只有在两端的电压值高于某一值时才能发光，若求其发光时间，则应用瞬时值．②最大值与线圈的形状、转轴的位置无关，只要满足转轴方向与磁场方向垂直即可．在考虑电容器的耐压值时用最大值．③平均值:由图象的含义可知，交变电流的平均值是交变电流图象的波形与横轴所围图形的面积与时间的比值．一般只研究内的平均值．在求导体某段时间内通过的电量时，用平均值．因：q=Δt，=，，故q=．④有效值：由电流的热效应定义．对于正弦式交变电流，有效值与最大值之间的关系为：，，．在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率及确定保险丝的熔断电流时，用交流电的有效值．交流电表测量的数值，用电器设备上所标的额定电压和额定电流的数值均为有效值．2．电感、电容对交流电的影响(1）电感有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的性质．电感的阻碍作用主要是因为自感而引起的．（2）电容有“通交流、阻直流,能高频、阴低频”的性质．电容器的通断其实是电容器的不断充、放电过程．2．变压器（1）工作原理：电磁感应的应用（2）理想变压器的基本关系式理想变压器：磁通量全部集中在铁芯中(即无漏磁)，变压器本身不消耗能量．基本关系式：①只有一组副线圈:电压关系:，电流关系:，功率关系：P入＝P出．②有若干组副线圈：，，或．③相互制约关系据知：在匝数比一定时由决定．据知:输入电流由输出电流决定．据知：输入功率由输出功率决定．3．远距离输电(1）输电导线功率损失分析①输电导线上损失的功率：，而,所以：．②由知,要减小电能在输电线上的损耗，可以有两种方法：A．减小输电导线的电阻,如采用电阻率低的材料，加大导线的横截面积．B．提高输电电压，减小输电电流．因为这种方法对减小损失功率作用效果明显,所以通常采用此种方法．（2）远距离高压输电的电路模式如图所示．II1I2I3I4U1U2U3U4P4P3P2P1n1n2n3n4R线(3）．远距离高压输电的基本关系①功率关系P1=P2，P3=P4，P2=P3+P线，②电压、电流关系,，U2=U3+U线,I2=I3，③电流、电压、电功率之间的关系式：P线=．所以当输送的电功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电导线上损失的功率就减少到原来的l／n2．【重点突破】一、正弦交变电流的规律1.电动势2。电流3.电压4.关系5.有效值二、理想变压器的工作原理及应用1。输出功率决定输入功率，理想变压器的输入功率和输出功率相等，即=。2.变压比:，3。电流关系：,【深化整合】一、对交变电流的四值比较1．交流电的最大值：εm＝BωS当为N匝时（1)ω是匀速转动的角速度,其单位一定为弧度／秒，nad/s（2）最大值对应的位置与中性面垂直,即线框面与磁感应强度B在同一直线上．(3）最大值对应图12－3中的t1、t3时刻，每周中出现两次．2．瞬时值交变电流某一时刻的值，瞬时值是时间的函数，不同时刻，瞬时值不同e=εmsinωt，i＝Imsinωt代入时间即可求出．过写瞬时值时，不要忘记写单位,如εm=220V，ω=100π，则e=220sin100πtV,不可忘记写伏,电流同样如此．3．有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值．（1）有效值跟最大值的关系εm=U有效，Im=I有效(2)伏特表与安培表读数为有效值．（3）用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值．4。平均值：交变电流的平均值是交变电流图象中波形与横轴（t轴)所围的面积跟时间的比值．其数值可以用计算．二、理想变压器的动态分析1、原线圈电压U1由提供原线圈电压的电源决定，2、输入电压决定输出电压，即随着的变化而变化，因为，所以只要不变化，不论负载如何变化，不变。3、输出电流决定输入电流。在输入电压不变的情况下,不变。若负载电阻R增大，则由公式得：输出电流减小，由=知输入电流亦随着减小；反之，若负载电阻R减小，则输出电流增大，输入电流亦随着增大。4、输出功率决定输入功率，理想变压器的输入功率和输出功率相等，即=.在输入电压不变的情况下，不变。当用电负荷增加，输出功率增大，输入功率也随着增大；反之，当用电负荷减小，则输出功率减小，输入功率也随着减小。(1）变压器空载时,无电流、无功率输出,所以输入功率也为零，(2）当副线圈短路时，I2无限大,I1也无限大将烧坏变压器,5、动态分析问题的思路程序可表示为:U1P11.（2010·广东）图7是某种正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的A．周期是0.01sB．最大值是311VC．有效值是220VD．表达式为U=220sin100πt（V）2。（2010·福建）中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原采用500kV的超高压输电,输电线上损耗的电功率为P。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电,若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为A.P/4B。P/2C.2PD。4P【解析】选A。由P=UI可知由500kV的超高压输电变为1000kV特高压输电时，输电线电流为原来的1/2，再据P线=I2R线可得输电线上损耗的电功率将变为P/4，故选A.3.(2010·江苏）在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变,随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有A．升压变压器的输出电压增大B．降压变压器的输出电压增大C．输电线上损耗的功率增大D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大4。（2010·山东）一理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是A．副线圈输出电压的频率为50HzB．副线圈输出电压的有效值为31VC．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小D．P向右移动时,变压器的输出功率增加【解析】选AD.由图象可知原线圈输入电压的最大值：，，则原线圈输入电压的有效值:，,选项A正确。由可得:，B错误.P向右移动时，副线圈的电阻减小，副线圈输出电压不变,所以副线圈的电流增大，原线圈的电流也增大，而匝数比不变，所以原、副线圈的电流比不变，C错误。P向右移动时，副线圈的电阻减小，副线圈输出电压不变，所以变压器的输出功率增加，D正确。5.(2010·天津）为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2,电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1，A2,导线电阻不计,如图所示。当开关S闭合后A.A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B.A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C.V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D.V2示数不变，V1与V2示数的比值不变6.（2010·浙江)某水电站,用总电阻为2。5的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3106KW.现用500kV电压输电，则下列说法正确的是A.输电线上输送的电流大小为2105B.输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC.若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108KWD.输电线上损失的功率为P＝U2/r，U为输电电压,r为输电线的电阻【解析】选B，输出电功率P=3106KW，电压输电U=500kV，则输电线上输送的电流大小，所以A错；输电线上由电阻造成的损失电压,所以B正确;输电线上损失的功率，所以D错误;若改用5kV电压输电,则输电线上损失的功率,所以C错误。7.（2010·四川)图甲所示电路中，为相同的电流表,C为电容器，电阻的阻值相同，线圈L的电阻不计。在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在时间内A．电流表的示数比的小B．电流表的示数比A3的小C．电流表和的示数相同D．电流表的示数都不为零8。（2010·重庆）一输入电压为220v，输出电压为36V的变压器副线圈烧坏，为获知此变压器元、复线圈匣数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新饶了5匣线圈。如题17图所示,然后将原来线圈接到220v交流电源上,测得新绕线全的端电压为1v，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线数分别为A．1100,360B.1100，180C．2200，180D.2200，360【解析】选B，对新绕线的理想变压器，根据变压比公式得变压器烧坏前，同理,B正确。9.(2010·海南）如右图,一理想变压器原副线圈匝数之比为4：1，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表．下列结论正确的是A．若电压表读数为6V，则输入电压的最大值为VB．若输入电压不变,副线圈匝数增加到原来的2倍,则电流表的读数减小到原来的一半C．若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍,则输入功率也增加到原来的2倍D．若保持负载电阻的阻值不变．输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍10。(2010·全国Ⅱ）图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头.现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑,直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止。用表示流过原线圈的电流,表示流过灯泡的电流，表示灯泡两端的电压，表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是（)11。（2010·北京)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域.如图1,将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面、间通以电流时，另外两侧、间产生电势差，这一现象称霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是、间建立起电场ＥＨ，同时产生霍尔电势差ＵＨ。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，和达到稳定值，的大小与和以及霍尔元件厚度之间满足关系式，其中比例系数称为霍尔系数,仅与材料性质有关。设半导体薄片的宽度（、间距）为，请写出和的关系式;若半导体材料是电子导电的，请判断图１中、哪端的电势高；已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为ｎ，电子的电