高二下學期期末復習學案-交變電流(附詳細答案

1、高二下學期物理期末復習學案一交變電流【基礎回顧】1交變電流的產(chǎn)生：線圈在勻強磁場中繞 于磁場的軸勻速轉動，產(chǎn)生按 規(guī)律變化的電流。線圈轉至中性面時，穿過線圈的磁通量 ，而感應電動勢 。2. 表征交變電流的物理量：周期T,頻率f,關系；峰值：Em、|m、Um；有效值：E、I、U3. 交變電流的變化規(guī)律：瞬時值表達： e=, i=, u=峰值：Em=；有效值與峰值的關系： E=, I=, U=4 電感電容對交變電流的影響：電感作用：;電容作用：5理想變壓器：原理： ;原副線圈輸入輸出功率的關系： ;電壓與匝數(shù)的關系： ;電流與匝數(shù)的關系：只有一個副線圈時， ;有多個副線圈時，6.遠距離輸電：導線上

2、的功率損失 P ;導線上的電壓損失U 【專題講練】專題1交變電流的四值（交變電流的四值是指：瞬時值、峰值、有效值、平均值）1瞬時值：反映不同時刻交變電流的大小和方向，正弦交流瞬時值表達式為：e Em sin t ,i I m sin t。應當注意必須從中性面開始。生活中用的市電電壓為220V，其峰值為 V，頻率為 Hz,所以其電壓瞬時值的表達式為 u=V?！纠?】有一正弦交流電源，電壓有效值U= 120V，頻率為f=50Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為Uo=6O 2 V，試估算在一個小時內，霓虹燈發(fā)光時間有多長？拓展思考：為什么人眼沒有感到霓虹燈忽明忽暗的現(xiàn)象？【針對練習1

3、】交流發(fā)電機的線圈從平行磁場的位置開始勻速轉動，與它并聯(lián)的電壓表的示數(shù)為14.1V，那么當線圈轉過 30時交流電壓的瞬時值為 V。解：2 .峰值：它是瞬時值的 值，它反映的是交變電流大小的變化范圍，當線圈平面跟磁感線平行時，交流電動勢最大，Em （轉軸垂直于磁感線）。電容器接在交流電路中，則交變電壓的峰值不能超過電容器的耐壓值。【例2】把一電容器C接在220V的交流電路中，為了保證電容不被擊穿，電容器C的耐壓值是多少？解析：【針對練習2】一只氖管的起輝電壓為50V，把它接在u = 50sin314tV的交變電源上，在一個交變電壓的周期內，氖管的發(fā)光時間為（）A . 0.02sB . 0.01s

4、C. 0.015sD. 0.005s3、有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的 規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內產(chǎn)生的 相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值。正弦交流電的有效值跟最大值之間的關系是：U , I 對于非正弦交變電流的有效值以上關系不成立，應根據(jù)定義來求。通常所說交流電壓、電流是用電壓表、電流表測得的，都是指 。用電器上所標電壓、電流值也是指 。在計算交變電流通過導體產(chǎn)生熱量、熱功以及確定保險絲的熔斷電流時，只能用?！纠?】通過某電阻的周期性交變電流的圖象如圖所示。求該交變電流的有效值I。解：3j1012ir/XIOrs-6【針對練習3】左圖所示

5、是某種型號的電熱毯的電路圖，電熱毯接在交變電源上，通過裝置P使加在電熱絲上的電壓的波形如右圖所示。此時接在電熱絲兩端的交流電壓表的讀數(shù)為( )A.110VB.156VC.220VD.311V4、平均值：它是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時b間的比值。其量值可用法拉第電磁感應定律 E N 來求，特t2殊地，當線圈從中性面轉過90度的過程中，有 EEm。計算平均值切忌用算術平均法即E1 E2E -求解。平均值不等于有效值。2【例4】如圖所示，求線圈由圖示位置轉過60角的過程中，通過線圈某一橫截面的電量?！踞槍毩?】交流發(fā)電機轉子有 n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S,勻強磁場的磁感應強度為

6、B，勻速轉動的角速度為 3,線圈內電阻為r，外電路電阻為 R。當線圈由圖中實線位置勻速轉動90到達虛線位置過程中，求:w亠通過R的電荷量q為多少？R上產(chǎn)生電熱Qr為多少？外力做的功W為多少？專題2感抗和容抗（統(tǒng)稱電抗）-感抗表示電感對交變電流的阻礙作用，其特點是“通直流，阻交流”、“通低頻，阻高頻”2、容抗表示電容對交變電流的阻礙作用，其特點是“通交流，隔直流”、“通高頻，阻低頻”【例5】左右兩個電路都是從左端輸入信號，從右端輸出信號。左圖中輸入的是高頻、低頻混合的交流信號， 要求只輸出低頻信號；右圖中輸入的是直流和低頻交流 的混合信號，要求只輸出低頻交流信號。那么C-、C2中哪個該用大電容？

7、哪個該用小電容？ 解：【針對練習5】在如圖所示的電路中，如果交變電流的頻率增大, 和3燈的亮度變化情況是（）A . 1、2兩燈均變亮，3燈變暗B . 1燈變亮，2、3兩燈均變暗C . 1、2燈均變暗，3燈亮度不變D. 1燈變暗，2燈變亮，3燈亮度不變【針對練習6】對于如圖所示的電路，下列說法正確的是（）A . a、b端接穩(wěn)恒直流電，燈泡發(fā)亮B . a、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮C. a、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮，且將電容器電容增大時，燈泡亮度增大D . a、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮，且將電容器電容減小時，燈泡亮度增大【針對練習7】對于如圖所示的電路，下列說法正確的是（）A 雙刀雙擲開關 S接上部

8、時，燈泡亮度較大B 雙刀雙擲開關 S接下部時，燈泡亮度較大C 雙刀雙擲開關 S接下部，同時將電感線圈的 在抽出的過程中，燈泡亮度變大D雙刀雙擲開關 S接下部，同時將電感線圈的L的鐵芯抽出,L的鐵芯抽出,在抽出的過程中，燈泡亮度變小專題3理想變壓器Ui1.理想變壓器的電壓變化規(guī)律為1U 22 .輸入輸出功率關系：鬥%3.只有一個副線圈的理想變壓器的電流變化規(guī)律為匚4.變壓器的輸入功率由 功率決定。【例6】理想變壓器初級線圈和兩個次級線圈的匝數(shù)分別為ni=1760 匝、口2=288 匝、口3=8000匝，電源電壓為 Ui=220V。n2上連接的燈泡的實際功率為36W，測得初級線圈的電流為li=0.

9、3A，求通過n3的負載R的電流13?！纠?】在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強電流，所用的器材叫電流互感器。如下所示的四個圖中，能正確反應其工作原理的是（零線火線B.零線C.火線1零線A.D.【例8】（2009 江蘇 6）如圖所示，理想變壓器的原、畐U線圈匝數(shù)比為1: 5，原線圈兩端的交變電壓為u 20,2s in 100 t V 氖泡在兩端電壓達到 100V時開始發(fā)光，下列說法中正 確的有（）A .開關接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100HzB .開關接通后，電壓表的示數(shù)為100 VC.開關斷開后，電壓表的示數(shù)變大D 開關斷開后，變壓器的輸出功率不變【針對練習8】一臺理想變壓器原線圈匝數(shù)

10、n 1=1100匝，兩個副線圈的匝數(shù)分別是n2=60匝,n3=600匝，若通過兩個副線圈中的電流強度分別是12=1 A ,13=4 A，求原線圈中的電流強度。專題4遠距離輸電遠距離輸電的示意圖如圖所示：包括發(fā)電機、兩臺變壓器、輸電線等效電阻和負載電阻。并按照規(guī)范在圖中標出相應的物理量符號。一般設兩個變壓器的初、次級線圈的匝數(shù)分別為、n1、n1 , n2、n2，相應的電壓、電流、功率也應該采用相應的符號來表示。從圖中應該看出功率之間的關系是：P1=P1, P2=P2，P1 =Pr=P2。電壓之間的關系是：U101U2n22 ,U1 Ur U2。U1n1U2丨1n112n 2,電流之間的關系是：丨

11、1，I2,11I rI 2。n1可見其中電流之間的關系最簡單，I1,Ir,I2中只要知道一個，另兩個總和它相等。因此求輸電線上的電流往往是這類問題的突破口。輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的。分析和計算時都必須用PrIr2r,UrI r r，而不能用PrU12【例9】 學校有一臺應急備用發(fā)電機，內阻為r=1 Q,升壓變壓器匝數(shù)比為1 : 4,降壓變壓器的匝數(shù)比為4： 1，輸電線的總電阻為 R=4 Q,全校22個教室，每個教室用“ 220V , 40W ” 的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，貝發(fā)電機的輸出功率多大？發(fā)電機的電動勢多大？ 輸電線上損耗的電功率多大？【針對練習9】在遠距離輸

12、電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個坑口電站，輸送的電功率為P=500kW ,當使用U=5kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求：這時的輸電效率 n和輸電線的總電阻 r。若想使輸電效率提高到 98%，又不改變輸電線，那么電站應使用多高的電壓向外輸電？【針對練習10】發(fā)電機輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V,用戶需要的電壓是 220 V , 輸電線電阻為10 Q 若輸電線中因發(fā)熱而損失的功率為輸送功率的4%，試求：(1) 在輸電線路中設置的升、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比(2) 畫出此輸電線路的示意圖(3) 用戶得到的電功率是多

13、少？高二物理期末復習學案一交變電流參考答案【例1】解析：由正弦交流電的峰值與有效值U的關系得：Um=120 . 2 V設t= 0時交流電的瞬時電壓 U= 0則交流電的瞬時表達式為U= 120、2 sin100 t V如圖所示，畫出一個周期內交流電的U-t圖象，其中陰影部分對應的時間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時間，根據(jù)對稱性，一個周期內霓虹燈不能發(fā)光的時間為4t1,當U=U 0=60 ,2 V時，由上式得t1=1/600s，再由對稱性求得一個周期內能發(fā)光的時間:1t=T-4t1= S 拓展思考：為什么人眼沒有感到霓虹燈忽明忽暗的現(xiàn)象?再由比例關系求得一小時內霓虹燈發(fā)光的時間為:t= 5036002

14、400 s1提示：由于人的眼睛具有視覺暫留現(xiàn)象，而這個視覺暫留時間約 So很明顯霓虹燈在工作過1611程中是忽明忽暗的，而熄滅的時間只有S （如圖t2時刻到t3時刻）為遠小于S,因此經(jīng)30016過燈光刺激的人眼不會因為短暫的熄滅而有所感覺?！踞槍毩?】解：電壓表的示數(shù)為交流電壓有效值，由此可知最大值為Um=. 2U=20V。而轉過30時刻的瞬時值為 u=UmCOs30 =17.3V?！纠?】解析：不低于200 ,2 V錯誤提示：不少學生往往把電容器與燈泡類比，額定電壓220 V的燈泡接在220 V的交流電源上正常發(fā)光，從而錯誤的認為電容器的耐壓值也只要不低于220V即可，事實上，電容器接在交

15、流電路中一直不斷地進行充、放電過程。電容器兩極間電壓最大可達200. 2 V，故電容器C的耐壓值應不低于 200 . 2 V.【針對練習2】解答：B【例3】解：該交流周期為 T=0.3s,前t1=0.2s為恒定電流I1=3A，后t2=0.1s為恒定電流 |2= -6A，因此這一個周期內電流做的功可以求出來，根據(jù)有效值的定義，設有效值為I，根據(jù)定義有：I 2RT= |12Rt1+ 122 Rt2帶入數(shù)據(jù)計算得：1=3 2 A【針對練習3】解：從u-t圖象看出，每個周期的前半周期是正弦圖形，其有效值為220V ;后半周期電壓為零。根據(jù)有效值的定義,U 2 u 2 TT -0，得 U=156V，選

16、B oR R 2【例4】解析：在計算電量問題中,定要用電流、電壓平均值E N 而 tBSsin 60 BS2【針對練 qN =進R 2R由電流的定義，計算電荷量應該用平均值：即nBSt R r t R rq汽，這里電流和電動勢都必須要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬時值。求電熱應該用有效值，先求總電熱Q,再按照內外電阻之比求R上產(chǎn)生的電熱Qr onBS 2Q 1 （R r）t R r 22 R r 2n2B2S24 R r n2B2S2RQr -Q2R r 4 R -這里的電流必須要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬時值。電流通過電阻，又將電能根據(jù)能量守恒，外力做功的過程是機械能向電能轉化的

17、過程,n 2B 2 S2轉化為內能，即放出電熱。因此W=Q。一定要學會用能量轉化和守恒定律來4 R r分析功和能?！纠?】解：電容的作用是“通交流，隔直流”、“通高頻，阻低頻”。左圖中的Ci必須用 電容小些的，電容越小，容抗越大，從而使高頻交流順利通過，而低頻不易通過（這種電容器 叫高頻旁路電容器）。右圖中的C2 一般用電容大的，電容越大，容抗越小，使低頻交流電很容 易通過，只有直流成分從電阻上通過（這種電容器叫隔直電容器）【針對練習5】解答:【針對練習6】解答:BC【針對練習7】解答:AC【例6】解：由于兩個次級線圈都在工作，所以不能用I x 1/n,而應該用 Pi=P2+P3和xn。由 U

18、xn 可求得 U2=36V , U3=1000V ；由 Uili=U2|2+U3|3和 I2=1A 可得 l3=0.03A?！纠?】解：電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏鳎虼嗽€圈的匝數(shù)少，畐U線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中。220V niLn2Rn3【例8】【答案】AB解析：本題主要考查變壓器的知識，要能對變壓器的最大值、有效值、瞬時值以及變壓器變壓原理、 功率等問題徹底理解。 由交變電壓的瞬時值表達式知，原線圈兩端電壓的有效值為U120 2、2V=20V，由nin2UiU2得副線圈兩端的電壓為U2100V，電壓50 Hz, 個周期內100Hz, A項正確；C項錯誤；斷開

19、后，表的示數(shù)為交流電的有效值，B項正確；交變電壓的頻率為f2電壓兩次大于100V，即一個周期內氖泡能兩次發(fā)光，所以其發(fā)光頻率為 開關斷開前后，輸入電壓不變，變壓器的變壓比不變，故輸出電壓不變，電路消耗的功率減小，輸出功率決定輸入功率，D項錯誤?！踞槍毩?】解析：電流強度與匝數(shù)成反比，僅適用于理想變壓器只有一只副線圈的情況，本題有兩個副線圈， 應根據(jù)理想變壓器無能量損失來分析，由于理想變壓器無能量損失，所以有Pl=P2+P3 （ P1為原線圈輸入功率，P2、P3分別為兩只副線圈的輸出功率）根據(jù)電功率公式有：IiU 1=|2U2+|3U3又因為5U2n1n2,U2=n2U1 n1U1mU 3n3U3=Ui把代入，整理得:I in 1=12n2+l3n所以1604 600A=2.24 A1100【例9】解：所有燈都正常工作的總功率為22 X 6 X 40=5280W，用電器總電流為l2 Ut5280 24A，輸電線上的電流220l1