新高考物理一轮复习专题十三交变电流教学课件

考点一交变电流的产生与描述一、交变电流的产生及变化规律1.交变电流的概念:电流、电压随时间做周期性变化,这样的电流叫作交变电流。如图

(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式

交变电流,如图(a)所示。2.正弦式交变电流的产生如图所示,在匀强磁场里,线圈从中性面开始绕垂直于磁感线方向的轴OO'匀速转动时,

就会在线圈内产生随时间按正弦规律变化的感应电动势:e=Emsinωt。

3.描述交变电流周期性的物理量(1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化所需要的时间。(2)频率(f):交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。(3)周期和频率的关系:T=

或f=

。4.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置图示

位置中性面位置垂直于中性面位置特点磁感线垂直于线圈磁感线平行于线圈Φ=BS(最大)Φ=0(最小)e=0(最小)e=NBSω(最大)电流为0,方向改变电流最大,方向不变5.正弦式交变电流的变化规律(从中性面开始计时)二、正弦式交变电流四值的理解与计算

物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值e=Em

sinωti=Im

sinωt计算线圈某时刻的受力

情况峰值最大的瞬时值Em=NBSωIm=

讨论电容器的击穿电压平均值交变电流图像中图线与

时间轴所围的“面积”

与时间的比值

=N

=

计算一段时间内通过导

体横截面的电荷量有效值跟交变电流的热效应等

效的恒定电流的相关值E=

U=

I=

①交流电表的测量结果;

②保险丝的熔断电流;③

计算电功、电热、电功

率;④电器铭牌上标的值

(如额定电压、额定功率

等)知识拓展

其他交变电流有效值的计算(1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”

上产生“相同热量”,列式求解。(2)分段计算热量并求和得出一个周期内产生的总热量Q。(3)利用公式Q=I2Rt和Q=

t可分别求得电流有效值和电压有效值。(4)若交变电流图像部分是正弦(或余弦)函数图像,则其中的

周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和

周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I=

、U=

分析。例1如图为交流发电机的示意图,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路

的连接。两磁极之间的磁场视为匀强磁场且磁感应强度大小为B,单匝线圈ABCD所

围的面积为S、电阻为r,定值电阻的阻值为R,其余电阻不计,交流电压表为理想电表。

线圈以角速度ω绕OO'轴逆时针匀速转动,如果以图示位置为计时起点,则

(

)

A.图示时刻电压表示数为BSωB.通过电阻R的电流瞬时值表达式为i=

sinωtC.线圈从图示位置转过90°的过程中,通过电阻R的电流平均值为

D.线圈从图示位置转过90°的过程中,电阻R上产生的焦耳热为

解析

电压表示数为电阻R两端电压的有效值,U=

=

,A错误。图示位置为垂直于中性面位置,线圈产生感应电动势的瞬时值表达式e=Emcosωt=BSωcos

ωt,通过电阻R的电流瞬时值表达式i=

cosωt,B错误。线圈从图示位置转过90°的过程中,产生的感应电动势平均值为

=

=

=

,则通过电阻R的电流平均值

=

=

,C正确。线圈从图示位置转过90°的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q=I2R·Δt,其中I=

,Δt=

,联立解得Q=

,D错误。

答案

C补充设问计算线圈从图示位置转过90°的过程中,流过电阻R的电荷量q。设问解析由电流的定义式可得q=

Δt,平均电流

=

,平均感应电动势

=

,联立解得q=

=

。若为N匝线圈,q=N

=

。三、电感器和电容器对交变电流的影响1.电感器对交变电流的影响(1)感抗:电感器对交变电流的阻碍作用的大小。(2)感抗的影响因素:线圈自感系数越大,交变电流频率越高,感抗越大。(3)电感器的作用:通直流、阻交流,通低频、阻高频。2.电容器对交变电流的影响(1)容抗:电容器对交变电流的阻碍作用的大小。(2)容抗的影响因素:电容越大,交变电流频率越高,容抗越小。(3)电容器的作用:通交流、隔直流,通高频、阻低频。考点二理想变压器远距离输电一、理想变压器1.构造与原理(1)构造:如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。

(2)工作原理:电磁感应中的互感现象。理想变压器没有能量损失(铜损、铁损),原、副线圈电流产生的磁场的磁感

线全部集中在铁芯中基本关系功率关系原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P入=P出电压关系原、副线圈的电压比等于匝数比,

=

电流关系(1)只有一个副线圈时:

=

(2)有多个副线圈时,由P入=P出得:I1U1=I2U2+I3U3+…或I1n1=I2n2+I3n3+…2.理想变压器的基本关系例2如图甲所示,交流电源通过一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如

图乙所示的交变电压时,额定功率为25W的小灯泡恰好正常发光,已知正常工作时灯

泡的电阻为100Ω,图中电压表为理想电表。下列说法正确的是

(

)

A.变压器输入电压的瞬时值表达式为u=220

sin10πt(V)B.变压器原、副线圈的匝数比为22∶5C.电压表的示数为220VD.变压器的输入功率为110W

解析

由题图乙可知ω=

=100πrad/s,原线圈两端电压的最大值为220

V,则变压器输入电压的瞬时值表达式为u=220

sin100πt(V),故A错误。变压器输入电压的有效值U1=220V,电压表示数等于灯泡的额定电压,根据P=

,解得U灯=

=50V,则U2=U灯=50V,则变压器原、副线圈的匝数比

=

=

,故B正确,C错误。理想变压器的输入功率与输出功率相等,即理想变压器的输入功率为25W,故D错误。

答案

B3.两种特殊的变压器(1)自耦变压器自耦变压器(又称调压器)只有一个线圈,其中的一部分作为另一个线圈,当交流电源接

不同的端点时,它可以降压(如图1)也可以升压(如图2),变压器的基本关系对自耦变压

器均适用。

(2)互感器

电压互感器电流互感器原理图

原线圈的连接并联在高压电路中串联在交流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式

=

I1n1=I2n2二、远距离输电1.远距离输电基本电路图

2.远距离输电的基本关系(1)功率关系:P1=P2,P3=P4,P2=P损+P3。(2)电压、电流关系:

=

=

,

=

=

,U2=ΔU+U3,I2=I线=I3。(3)输电电流:I线=

=

=

。(4)输电线上损耗的电功率:P损=I线ΔU=

R线=

R线。3.减少输电线上电能损耗的方法(1)减小输电线的电阻。由R线=ρ

知,可加大输电线的横截面积、采用电阻率小的材料做输电线。(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下,根据P2=U2I线知,要减小电流,必须

提高输电电压。当输电功率及输电线的电阻一定时,由P损=

R线知,输电电压增大到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减小到原来的

。例3

(多选)如图所示为远距离高压输电示意图,图中升压变压器的原、副线圈匝数为

n1、n2,原线圈接发电站的电压为U1,电功率为P,升压变压器副线圈两端的电压为U2,输

电导线的总电阻为r,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,下列说法正确的是

(

)

A.输电线上的电流大小I=

B.输电线上损失的电压U损=

C.输电线上损失的功率P损=

rD.用户得到的电功率P用=P-

r解题指导

解决远距离输电问题一定要理清三个回路:①电源和升压变压器原线圈所

在的回路;②升压变压器副线圈(相当于电源)和输电线以及降压变压器原线圈所在的

回路;③降压变压器副线圈(相当于电源)和用户所在的回路。

解析

对于理想变压器有

=

,P=U1I1=U2I,联立解得I=

,故A正确;输电线上损失的电压为U损=Ir=

,故B错误;输电线上损失的功率P损=I2r=

r,故C正确;用户得到的电功率P用=P-P损=P-

,故D错误。

答案

AC考点三电磁振荡电磁波传感器一、电磁振荡1.振荡电流:大小和方向都做周期性迅速变化的电流。2.振荡电路:产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容器C组成的电路,称为LC振荡

电路(如图所示)。

3.电磁振荡的概念:在LC振荡电路中,电容器不断地放电和充电,就会使电容器极板上

的电荷量q、电容器内的电场强度E、电路中的电流i、线圈内的磁感应强度B周期性地变化,这种现象就是电磁振荡。4.电磁振荡的周期与频率(1)周期:T=2π

。(2)频率:f=

。5.电磁振荡的变化规律(1)振荡电流、上极板电荷量随时间变化的图像

时间0→

→

→

→T工作过程放电过程充电过程放电过程充电过程qqm→00→qmqm→00→qmEEm→00→EmEm→00→EmUUm→00→UmUm→00→Umi0→imim→00→imim→0B0→BmBm→00→BmBm→0能量电场能→磁场能磁场能→电场能电场能→磁场能磁场能→电场能(2)各物理量随时间的变化情况6.LC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断:当电流流向带正电的极板时,电容器极板上的电荷量增加,磁场

能向电场能转化,处于充电过程;反之,当电流流出带正电的极板时,电容器极板上的电

荷量减少,电场能向磁场能转化,处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断:当电容器极板上的电荷量q(电压U、场强E)增大或电

流i(磁感应强度B)减小时,处于充电过程;反之,处于放电过程。(3)根据能量判断:电场能增加时处于充电过程,磁场能增加时处于放电过程。二、电磁场与电磁波1.麦克斯韦电磁场理论2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成电磁波。电磁波是横波。(2)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度

相同(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越小。(4)v=λf,f是电磁波的频率。电磁波谱产生机理特征波动性与粒子性无线电波振荡电路中自由电子的

周期性运动产生波动性强,易发生衍射等

红外线原子外层电子受激发而

产生热效应强可见光引起视觉紫外线化学效应、荧光效应强,杀菌X射线原子内层电子受激发而产生穿透性强γ射线原子核受激发而产生穿透能力最强3.电磁波的特性及其应用三、传感器常见敏感元件(1)光敏电阻①特点:被光照射时电阻发生变化。②作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。(2)热敏电阻①特点:温度变化时电阻随之变化。②作用:把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。(3)霍尔元件①霍尔电压:UH=k

。②作用:把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。(4)电阻应变片①作用:把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。②电子秤的工作原理

微专题22含变压器电路的动态分析一、含变压器电路的动态分析方法1.含义:由于变压器的匝数比或电路的负载等变化,引起电路中各物理量的变化的动态

问题的分析。2.理想变压器的制约关系电压(1)输入电压U1由电源决定(2)U2=

U1⇒输出电压U2由输入电压U1和原、副线圈匝数比共同决定功率P入=P出⇒原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定电流I1=

I2⇒原线圈中电流I1由副线圈中电流I2和原、副线圈匝数比共同决定3.等效电阻的建立在只有一个副线圈的理想变压器电路中,设原线圈、副线圈的匝数之比

=k,负载电阻为R,则变压器和负载电阻整体可以等效为一个新电阻,其阻值R'=k2R。证明:如图所示,设原线圈两端的电压为U1,通过它的电流为I1,副线圈两端的电压为U2,

通过它的电流为I2,副线圈负载电阻为R,变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。由欧姆

定律可知

=R,设原线圈、副线圈的匝数之比

=k,根据变压器规律可知

=

=k,

=

=k,联立解得

=k2R,可以看成大小为k2R的等效负载电阻直接连在原线圈一侧。4.等效电源的建立理想变压器中与原线圈串联的定值电阻阻值为R0,交流电源输出电压为U,设原线圈、

副线圈的匝数之比

=k,将变压器、定值电阻R0与原交流电源看成一个整体,等效为一个新的电源,则新电源的电动势E'=

,新电源的内阻r'=

。证明:如图所示,设原线圈两端的电压为U1,通过它的电流为I1,副线圈两端的电压为U2,

通过它的电流为I2,副线圈负载电阻为R,与原线圈串联的定值电阻阻值为R0,变压器

原、副线圈匝数分别为n1、n2。将变压器、定值电阻R0与原交流电源看为一个整体,

等效为一个新的电源,设新电源的电动势为E',新电源等效内阻为r',作出等效后的电路

图。由闭合电路欧姆定律得U2=E'-I2r'

①由串联电路的规律得U1=U-I1R0;设

=k,则

=k,

=k,联立各式,得U2=

-I2

②比较①②,得E'=

,r'=

。二、解题方法1.程序法:此法常用于原线圈无串联电阻情况。U1

U2

I2

P1、P2(或I1)(1)匝数比不变,负载电阻变化情况的分析思路

不变,负载电阻R改变①U1不变,根据

=

,输入电压U1决定输出电压U2,可以得出不论负载电阻R如何变化,U2都不变。②当负载电阻发生变化时,I2变化引起P2变化,根据P1=P2,可以判断P1的变化。③I2变化,根据输出电流I2决定输入电流I1,可以判断I1的变化。(2)负载电阻不变,匝数比变化情况的分析思路①U1不变,

发生变化,U2变化。②R不变,U2变化,I2发生变化。③根据P2=

和P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变,I1发生变化。2.等效替代法建立等效电源或等效电阻分析解题。例

(多选)如图为模拟远距离输电的部分测试电路。a、b端接电压稳定的正弦式交