高考第一轮复习交变电流.docx
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高考第一轮复习交变电流
交变电流
主讲：
梁建兴
一.教学内容
选修3-2第十章交变电流
二.高考考纲及分析
高考考纲
交变电流交变电流的图象（I）
正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值。
（I）
理想变压器（I）
远距离输电（I）
考纲分析
1.从2007年高考新课标地区对交变电流部分的考查来看，山东约占4/89分（占分/满分），广东约占4／150分，海南约占4／100分，宁夏约占6／110分。
2.考查的知识点主要集中在两个方面：
（1）正弦式电流的四值问题，即峰值、有效值、瞬时值和平均值，而以前三个物理量考查的频率最高，而正弦式电流的瞬时值的表达式又为图象问题考查的基础。
（2）理想变压器的输入、输出关系。
主要从输入电压和输出电压的关系，输入功率和输出功率的关系进行考查。
3.考查的主要题型是选择题。
选择题的侧重点是基本概念的理解、规律的使用以及概念间的区别与联系，考查难度小，容易得分。
4.考查热点是交变电流的表达式和图象以及理想变压器的应用。
几乎所有的题目都集中在这几个知识点上。
5.对于远距离输电没有进行考查，不过远距离输电仍不失为一个重点，要有足够的重视。
三.本章知识网络
四.知识要点
第一单元交变电流的产生和描述电感和电容对交变电流的影响
（一）交变电流
1.交变电流：
电流强度的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交变电流，简称交流电.如图所示。
2.交变电电流的产生和变化规律
（1）产生：
在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈产生的是正弦交变电流。
（2）规律：
①中性面的特点：
线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，感应电动势最小为零，感应电流为零。
线圈经过中性面时，电流方向发生改变。
②变化规律：
（交变电流瞬时值的表达式）
电动势：
电压：
电流：
正弦交变电流的图象
（二）描述交变电流的物理量
1.交变电流的最大值：
（1）交变电流的最大值（
）与线圈的形状、转动轴的位置无关，但是转动轴应与磁感线垂直。
（2）某些电学元件（电容器、晶体管等）的击穿电压指的是交变电压的最大值。
2.交变电流的有效值：
（1）有效值是利用电流的热效应定义的。
（即如果交流电通过电阻时产生的热量与直流电通过同一电阻在相同时间内产生的热量相等，则直流电的数值就是该交流电的有效值。
）
（2）正弦交变电流的有效值：
（3）通常说的交变电流的电压、电流强度以及交流电表的读数、保险丝的熔断电流的值，都是指交变电流的有效值，此外求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进行计算。
3.交变电流的周期、频率、角速度：
（1）周期T：
交变电流完成一次周期性变化所需的时间。
（2）频率f：
1s内完成周期性变化的次数。
（3）角速度ω：
1s内转过的角度。
（4）三者关系：
我国民用交变电流的周期T=0.02s、频率f=50Hz、角速度ω=100πrad/s。
4.交变电流平均值：
（1）交变电流图象中图象与t轴所围成的面积与时间的比值叫做交变电流的平均值。
（2）平均值是利用
来进行计算的，计算电量时只能用平均值。
（三）电感和电容对交流的作用
电感是“通直流、阻交流、通低频、阻高频”。
电容是“通交流、隔直流、通高频、阻低频”。
说明：
1.电感对直流的阻碍作用很小，所以是“通直流”，而对交流都有阻碍作用，所以“阻交流”；而交流频率越高，电感阻碍作用越大，而对低频阻碍作用较小（对高频扼流圈），所以“通低频，阻高频”。
2.电容对直流来说是断路，而交流可以通过对电容充放电，使电路中有电流，故表现为交流“通过”了电容器，故有“通交流，隔直流”，电容器对交流的阻碍作用与交流的频率有关，频率越高，容抗越小，越易“通过”电容器，而对低频容抗较大，故有“通高频，阻低频”。
第二单元变压器电能的输送
（一）变压器
1.变压器的构造
2.变压器的工作原理
在原、副线圈上由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象，互感现象是变压器工作的基础。
3.理想变压器
磁通量全部集中在铁芯内，变压器没有能量损失，输入功率等于输出功率。
（1）电压跟匝数的关系：
（2）功率关系：
（3）电流关系：
说明：
原副线圈电流和匝数成反比的关系只适用于原副线圈各有一个的情况，一旦有多个副线圈时，反比关系就不适用了，可根据输入功率与输出功率相等的关系推导出：
再根据
……
可得出：
根据以上关系：
①匝数比一定时，U2由U1决定。
②输入电流由输出电流决定。
③输入功率由输出功率决定。
（二）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。
（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。
[例1]一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下面说法正确的是（）
A.t1时刻通过线圈的磁通量为零
B.t1时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D.每当电动势e变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
[例2]一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示，由图可知（）
A.该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin（25t）V
B.该交流电的频率为25Hz
C.该交流电的电压的有效值为100
D.若将该交流电压加在阻值R＝100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50W
[例3]将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示。
下列说法正确的是（）
A.电路中交变电流的频率为0.25Hz
B.通过电阻的电流为
A
C.电阻消耗的电功率为2.5W
D.用交流电压表测得电阻两端的电压是5V
[例4]如图所示，边长为L的正方形线圈abcd的匝数为n，线圈电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，现在线圈以OO′为轴，以角速度ω匀速转动，求：
①闭合电路中电流瞬时值的表达式
②线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上产生的热量
③通过R的电荷量
④电阻R上的最大电压
[例5]如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20:
1，原线圈接正弦交流电，副线圈接入“220V，60W”灯泡一只，且灯泡正常发光。
则（）
A.电流表的示数为
A
B.电源输出功率为1200W
C.电流表的示数为
A
D.原线圈端电压为11V
[例6]如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关。
P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流。
下列说法正确的是（）
A.保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小
B.保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小
C.保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1增大
D.保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小
[例7]（05广东）钳形电流表的外形和结构如图4（a）所示。
图4（a）中电流表的读数为1.2A。
图4（b）中用同一电缆线绕了3匝，则（）
A.这种电流表能测直流电流，图4（b）的读数为2.4A
B.这种电流表能测交流电流，图4（b）的读数为0.4A
C.这种电流表能测交流电流，图4（b）的读数为3.6A
D.这种电流表既能测直流电流，又能测交流电流，图4（b）的读数为3.6A
[例8]（07上海）如图所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB＝100V，R0＝40，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为___________V，通过电阻R0的电流有效值为_____________A。
[例9]（06上海）如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数分别为nl和n2，当负载电阻R中流过的电流为I时，原线圈中流过的电流为；现减小负载电阻R的阻值，则变压器的输入功率将（填“增大”、“减小”或“不变”）。
[例10]（06广东物理卷）某发电站的输出功率为
kW，输出电压为4kV，通过理想变压器升压后向80km远处供电。
已知输电导线的电阻率为
，导线横截面积为
m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：
（1）升压变压器的输出电压；
（2）输电线路上的电压损失
[例11]发电机的端电压220V，输出电功率为44kW，输电导线的电阻为0.2Ω，如果用初、次级匝数之比为1:
10的升压变压器升压，经输电线路后，再用初、次级匝数比为10:
1的降压变压器降压供给用户。
（1）画出全过程的线路图。
（2）求用户得到的电压和功率。
（3）若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压。
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