高考物理一轮基础总复习：交变电流

交变电流

[规律要点]1.交变电流的产生(1)产生原理：将闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动，线圈中将产生按正弦规律变化的交流电。高考物理一轮基础总复习(2)交流电产生过程中的两个特殊位置图示

概念中性面位置与中性面垂直的位置注意：正弦式交流电的变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关。2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt注意：Φ与线圈匝数无关

电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt

3.交变电流“四值”的区别与联系4.电感、电容对交流电的阻碍作用(1)电感：通直流，阻交流；通低频，阻高频。(2)电容：通交流，隔直流；通高频，阻低频。5.理想变压器(1)理想变压器原、副线圈基本量的关系③功率：副决定原。输出功率P2决定输入功率P1。理想变压器的输出功率与输入功率相等，即P2＝P1。在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R增大时，I2减小，则P2＝I2U2减小，P1也将相应减小；当R减小时，I2增大，P2＝I2U2增大，则P1也将增大。6.远距离输电相关的问题(1)输电电路图(2)基本关系电流关系：n1I1＝n2I2，n3I3＝n4I4，I2＝I3。-13-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升交变电流及其产生和描述1.交变电流(1)定义:

和

都随时间做周期性变化的电流。

(2)图象:如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫

交变电流,如图甲所示。

大小

方向

正弦式

-14-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.正弦式交变电流的产生和图象(1)产生:在匀强磁场里,线圈绕

方向的轴匀速转动。

(2)图象:用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图象为正弦曲线。如图甲、乙所示。垂直于磁场

-15-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升3.正弦式交变电流的描述(1)周期和频率①周期(T):交变电流完成

变化(线圈转一周)所需的时间,公式

②频率(f):交变电流在1s内完成周期性变化的

。单位是赫兹(Hz)。

③周期和频率的关系:(2)正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)①电动势e随时间变化的规律:e=

。其中ω等于线圈转动的

,Em=

。

②负载两端的电压u随时间变化的规律:u=

。

③电流i随时间变化的规律:i=

。

一次周期性

次数

Emsinωt角速度

nBSωUmsinωtImsinωt-16-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升(3)交变电流的峰值、有效值让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等,而这个恒定电流值、电压值叫这个交流的有效值。对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系为-17-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升1.(多选)右图为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在滑环L上,导体制作的两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理,下列分析正确的是(

)A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大B.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小AC-18-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.(多选)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动,从图甲所示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是(

)

A.电流表的示数为10AB.线圈转动的角速度为50πrad/sC.t=0.01s时,线圈平面与磁场方向平行D.t=0.02s时,电阻R中电流的方向自右向左AC-19-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升解析:电流表测量的是电路中电流的有效值I=10

A,选项A正确;由题图乙可知,T=0.02

s,所以

,选项B错误;t=0.01

s时,电流最大,线圈平面与磁场方向平行,选项C正确;t=0.02

s时,线圈所处的状态就是图示状况,此时R中电流的方向自左向右,选项D错误。-20-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升交变电流的瞬时值、峰值、有效值的比较

-21-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升要掌握中性面特点:磁通量最大,但磁通量变化率为零,感应电动势为零。感应电流方向从经过中性面开始改变,从中性面开始计时,瞬时值表达式为正弦函数。-22-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升电感和电容对交变电流的影响1.电感器对交变电流的作用(1)电感器对恒定电流是

的,对交变电流有

作用。

(2)电感器的自感系数越大,交变电流的频率越高,电感器对交变电流的阻碍作用就

。

(3)低频扼流圈:通

、阻

;高频扼流圈:通

、通

、阻

。

2.电容器对交变电流的作用(1)电容器对恒定电流是

的,对交变电流有

作用。

(2)电容器的电容越大,交变电流的频率越高,电容器对交变电流的阻碍作用就

。

导通

阻碍

越大

直流

交流

直流

低频

高频

隔绝

阻碍

越小

-23-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升1.(多选)如图所示,电阻R、电容C和电感L并联后,接入输出电压有效值、频率可调的交流电源。当电路中交变电流的频率为f时,通过R、C和L的电流有效值恰好相等。若将频率降低为

f,分别用I1、I2和I3表示此时通过R、C和L的电流有效值,则(

)

A.I1>I3 B.I1>I2C.I3>I2 D.I2=I3BC解析:将频率降低时,通过R的电流不变,电容器的容抗增大,通过C的电流减小,则有I1>I2。电感线圈的感抗减小,通过L的电流增大,则有I3>I2。故A、D错误,B、C正确。-24-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.(多选)某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则(

)

A.电感L1的作用是通高频B.电容C2的作用是通高频C.扬声器甲用于输出高频成分D.扬声器乙用于输出高频成分BD解析:电感L1的作用是阻高频,所以扬声器甲用于输出低频成分,C1为旁路电容,A、C错误。电容C2的作用是通高频,所以扬声器乙用于输出高频成分,B、D正确。-25-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升电感器的应用——扼流圈

(1)“通直流,阻交流”这是对两种不同类型的电流而言的,因为(恒定)直流不变化,不能引起自感现象,交变电流时刻改变,必有自感电动势产生来阻碍电流的变化。(2)“通低频,阻高频”这是对不同频率的交变电流而言的,因为交变电流的频率越高,电流的变化越快,自感作用越强,感抗也就越大。-26-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升变压器、电能的输送1.变压器(1)基本结构:两组线圈(原、副线圈)绕在同一个闭合铁芯上构成变压器。(2)工作原理:利用了电磁感应中的互感现象。(3)常见的变压器:自耦变压器(铁芯上只绕

线圈,可升压,可降压);互感器。

一个

-27-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升(4)电压互感器和电流互感器比较:并联

串联

电压

电流

-28-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.电能的输送(1)功率损失和电压损失功率损失:远距离输送电能,由于输电线上电流的热效应,电能转化为热能,出现功率损失,ΔP=

。

电压损失:远距离输送电能,线路中电阻R线上消耗部分电压,ΔU=

。

(2)减小功率损失和电压损失的方法减小输电导线的

,如采用电阻率小的材料,加大导线的横截面积。

I2R线

IR线

电阻

输电电流

-29-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升B-30-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.(多选)电流互感器和电压互感器如图所示。其中n1、n2、n3、n4分别为四组线圈的匝数,a、b为两只交流电表,则(

)A.A为电流互感器,且n1<n2,a是电流表B.A为电压互感器,且n1>n2,a是电压表C.B为电流互感器,且n3<n4,b是电流表D.B为电压互感器,且n3>n4,b是电压表AD解析:由题图可知A为电流互感器,B为电压互感器,因此a是电流表,b是电压表。在A中,有I1n1=I2n2,要把大电流变为小电流,有n2>n1;在B中,有

,要把高电压变成低电压,则有n3>n4;综上所述可知,选项A、D正确。-31-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升1.理想变压器原、副线圈基本量的关系

-32-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升2.输入和输出之间的制约关系当理想变压器的匝数比不变时,如图所示,各量相互关系如下:

(1)输入电压U1决定输出电压U2。这是因为输出电压当U1不变时,不论负载电阻R变化与否,U2都不会改变。-33-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升(2)输出电流I2决定输入电流I1。在输入电压U1一定的情况下输出电压U2也被完全确定,当负载电阻R增大时,I2减小,则I1相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,则I1相应增大。在使用变压器时,不能使变压器副线圈短路。(3)输出功率P2决定输入功率P1,理想变压器的输入功率与输出功率相等,即P1=P2。在输入电压U1一定的情况下,当负载电阻R增大时,I2减小,则变压器的输出功率P2=U2I2减小,输入功率P1也将相应减小;当负载电阻R减小时,I2增大,变压器的输出功率P2=U2I2增大,则输入功率P1也将增大。-34-基础夯实精准归纳题组突破强化提升核心剖析归纳提升3.动态分析,大致有两种情况:一是负载电阻不变,原副线圈的电压U1、U2,电流I1、I2,输入和输出功率P1、P2随匝数比变化而变化的情况;另一类是匝数比不变,上述各量随负载电阻变化而变化的情况。动态分析问题的思路可表示为-35-基础夯实精准归纳题组突破强化提升探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系1.实验装置图

2.实验目的探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系。3.实验器材可拆变压器、多用电表、学生交流电源、滑动变阻器、导线若干。-36-基础夯实精准归纳题组突破强化提升4.实验步骤(1)按图所示实验电路连接实验器材;(2)保持原线圈的匝数不变,增加或减少副线圈的匝数,测量副线圈两端的电压;(3)保持副线圈的匝数不变,增加或减少原线圈的匝数,测量副线圈两端的电压;(4)将数据填入表格,分析实验数据,得出实验结论。-37-基础夯实精准归纳题组突破强化提升5.注意事项(1)输入电压不超过12V。(2)手不能接触裸露的导线、接线柱。(3)电压表先用最大量程试测,然后再选用适当低挡位进行测量。6.实验结论在各种损耗可以忽略的情况下,原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比,即-38-基础夯实精准归纳题组突破强化提升1.(实验器材)在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系的实验中,实验室中备有下列可供选择的器材:A.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)B.条形磁铁C.直流电源D.多用电表E.开关、导线若干上述器材在本实验中不必用到的是

(填器材前的字母),本实验中还需用到的器材是

。

答案

BC

低压交流电源

-39-基础夯实精准归纳题组突破强化提升2.(实验原理与操作)(1)做探究变压器两个线圈的电压与匝数的关系实验时,原线圈接在学生电源上,用多用电表测量副线圈两端的电压,下列操作正确的是(

)A.原线圈接直流电压,电表用直流电压挡B.原线圈接直流电压,电表用交流电压挡C.原线圈接交流电压,电表用直流电压挡D.原线圈接交流电压,电表用交流电压挡(2)该学生继续做实验,先保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压

(选填“增大”“减小”或“不变”);然后再保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,观察到副线圈两端的电压

(选填“增大”“减小”或“不变”)。上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法。

答案

(1)D

(2)增大

减小

-40-基础夯实精准归纳题组突破强化提升3.(实验测量与误差分析)有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示,它有两个匝数不同其他相同的线圈A、B,线圈外部还可以绕线。-41-基础夯实精准归纳题组突破强化提升(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值,指针分别对应图乙中的a、b位置,则A线圈的电阻为

Ω,由此可推断

(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。

(2)如果把它看作理想变压器,现要测量A线圈的匝数,提供的器材有一根足够长绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源,请完成以下实验步骤:①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈;②将

线圈与低压交流电源相连接;

③用多用电表的

挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U;

④则A线圈的匝数为(3)实际实验中,利用可拆变压器探究结果往往发现原、副线圈电压比与匝数比有一定差距,造成这种误差的原因是

。

-42-基础夯实精准归纳题组突破强化提升答案

(1)24

A

(2)A

交流电压

(3)变压器漏磁,线圈具有一定阻值等

[基础训练]1.某一电子设备所加正弦交流电的电压随时间变化规律如图1所示，则(

)图1答案

D2.如图2所示，