人教版（2019）高中物理选修二第三章 交变电流综合与测试教学课件PPT

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第三章 交变电流章 末 复 习人教版（2019）高中物理选择性必修第一册目录生 活 应 用典 例 分 析随 堂 训 练知识梳理 交变电流 产生交变电流 变化规律u ＝ Umsin ωt图形表达式i ＝ Imsin ωt探究实验理想模型忽略了“线圈中的发热”、“铁芯中的发热”、以及“交变电流产生的磁场部分分布在线圈以外”，构建出没有能量损失变压器。输电中的损耗产生主要来自输电线上的发热途径1：减小输电线的电阻途径2：减小输电线中电流 典例分析 交变电流【例题1】(多选)如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时，则在0～π/2ω这段时间内( )A.线圈中的感应电流一直在减小B.线圈中的感应电流先增大后减小C.穿过线圈的磁通量一直在减小D.穿过线圈的磁通量的变化率一直在增大CD 【例题2】(多选)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如图所示，下列说法中正确的是(　　)A.在P点对应时刻穿过线圈的磁通量达到最大B.交变电流的变化周期是0.02秒C.交变电流1秒钟内方向改变100次D.交变电流的平均值是Um/2BC【例题3】旋转磁极式发电机通过磁极的旋转使不动的线圈切割磁感线而产生感应电流，其原理示意图可简化为下图所示，固定不动的单匝矩形线圈abcd 的电阻为r，外电阻为R，磁场绕转轴OO/匀速转动，角速度为ω。图中的电压表为理想电表，示数为U。下列说法正确的是（ ）A.图示时刻通过外电阻 R 的电流方向为自右向左B.图示时刻通过外电阻 R 的电流方向为自左向右C. 矩形线圈中交变电流的平均值是UD.从图示位置开始计时，线圈中产生的是正弦式交变电流B【例题4】(多选)如图所示的电路中，a、b两端连接的交流电源中既含高频交流，又含低频交流，L是一个25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是(　 　)A．L的作用是“通低频，阻高频”B．C的作用是“通低频，隔高频”C．C的作用是“通高频，阻低频”D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比ACD生活应用 交变电流【例题1】图甲为疫情期间某医院使用的应急发电机，图乙为它服务于应急供电系统简易原理图，不计发电机中矩形线圈的电阻，它工作时绕轴在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，图中有一降压变压器，它的副线圈上有一滑动触头P可上下移动，若用R0表示右侧输电线电阻，则下列说法正确的是（　　）A.若发电机矩形线圈某时刻处于图示位置，则矩形线圈此时磁通量变化最快B.若发电机矩形线圈稳定转动时，将滑动触头P向上滑动，流过R0的电流将变小C.当用户数目增多时，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向下滑动D.若发电机线圈的转速减为原来的一半，用户获得的功率也将减为原来的一半 BC　【例题2】图1是手机无线充电器的示意图，其原理如图2所小，该装置等效为理想变压器，当送电线圈接上 220V的正弦交变电流后，手机中的受电线圈中产生交变电流；送电线圈的匝数为N1 ，受电线圈匝数为 N2，且N1:N2=3:1。两个线圈中所接的电阻R1、 R2 的阻值都为R，当该装置给手机充电时，手机两端的电压为5V ，充电电流为2A ，则（　　）A.若充电器线圈中通恒定电流，则手机线圈中将产生恒定电流B.受电线圈两端cd的输出电压为66.5VC.流过送电线圈与受电线圈的电流之比为1:3D.送电线圈所接电阻R1两端电压为22.5VBC　解析： 根据产生感应电流的条件可知，当充电器线圈中通恒定电流，则手机线圈中将不会产生电流，A错误；因为送电线圈的匝数为N1 ，受电线圈匝数为 N2 ，根据电压与线圈匝数的关系，可得输入电压与输出电压为3:1，即受电线圈两端 的输出电压为66.5V ，B正确；流过送电线圈与受电线圈的电流之比为1:3 ，C正确；因为受电线圈cd两端的输出电压为66.5V ，而手机两端的电压为5V ，所以送电线圈所接电阻R1两端电压为61.5V ，D错误。【例题3】如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，其中a、b是交流电压表或交流电流表。若高压输电线间的电压为220 kV，T1的原、副线圈匝数比为1∶100，交流电压表的示数为100 V，交流电流表的示数为1 A，则(　　)A.b是交流电压表B.T2的原、副线圈匝数比为100∶1C.高压线路输送的电流为1 AD.高压线路输送的电功率为220 kWA解析： 左图是升压降电流，并且串接在电路中，主要目的是降电流，所以是电流互感器，a是交流电流表；右图是降压升电流，并且跨接在电路中，主要目的上降压，所以是电压互感器，b是交流电压表，A项正确；对于T2，变压器原副线圈的电压比等于匝数比，所以匝数比是2200:1，B项错误；对于T1，原副线圈中的电流比等于匝数的反比，I1=100A，C项错误；根据P=UI=220KV×100A=22000KW，D项错误。【例题4】现在市场上的调光台灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现调节的。如图为一个经过元件调节后加在电灯上的电压，在正弦交流电的每半个周期中都截去了前面的四分之一。现在加在电灯上的电压是（　　）D解析：． 设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内产生的热量。交流电:直流电:由得思路方法 电磁感应交变电流某一时刻的值计算线圈某时刻的受力情况最大的瞬时值电容器的击穿电压交变电流图象中图线与时间轴所围的面积与时间的比值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值(1)计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量)等计算通过电路横截面的电荷量(2)电气设备“铭牌”上所标值(3)保险丝的熔断电流(4)交流电流表、电压表的示数【例题1】如图所示，一个半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B。M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：(1)感应电动势的最大值；(2)从图示位置起转过1/4圈的时间内，负载电阻R上产生的热量；(3)从图示位置起转过1/4圈的时间内，通过负载电阻R的电荷量；(4)电流表的示数。解析：(1)线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流。此交变电流电动势的最大值为(2)在线圈从图示位置转过1/4圈的时间内，电动势的有效值为电阻R上产生的热量为如图所示，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）线圈从图示位置转过90°的过程中，通过R的电荷量；（4）电阻R上的最大电压。解析：①原理思路③功率思路变压器原副线圈中磁通量关系及磁通量变化的关系②电压思路④电流思路1.解决变压器问题的几种思路理想变压器的输入、输出功率关系为P入=P出,即P1=P2;当变压器有多个副线圈时,P1=P2+P3+…。【例题2】一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上,如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则(　　)A解析：【例题3】在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上。当通以交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数之比n1∶n2＝2∶1。在不接负载的情况下(　　)A.当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为110 VB.当线圈1输入电压为220 V时，线圈2输出电压为55 VC.当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为220 VD.当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为440 VB解析： 在不考虑原、副线圈内电阻的情况下，变压器原、副线圈电压之比U1:U2等于原、副线圈中产生的感应电动势之比E1:E2，给一个线圈通交变电流后，其内部磁通量只有一半通过另一个线圈，因此另一线圈的磁通量的变化率只有通电线圈的一半。当给线圈1输入电压为U1＝220 V时则线圈2输出电压为U2＝U1/4＝55 V当给线圈2输入电压为U2′＝110 V时则线圈1输出电压为U1′＝U2′＝110 V2.理想变压器动态分析 处理变压器的动态分析,首先应明确“不变量”和“变化量”,对变化量要把握它们之间的制约关系,依据逐步分析的思想,从主动变化量开始,根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况。(1)首先明确变压器各物理量间的制约关系 ①输入电压U1决定输出电压U2; ②输出电流I2决定输入电流I1; ③输出功率P2决定输入功率P1。(2)分清动态变化中哪个量变化,结合串、并联电路的特点、欧姆定律及变压器各物理量间因果关系依次确定。【例题4】如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D.若闭合开关S，则电流表A1示数变大、A2示数变大B解析：由于原、副线圈两端电压不变，当滑动变阻器滑动触头P向上滑动时，连入电路的电阻变大，所在电路总电阻变大，副线圈中电流减小，R1中电流减小，R1消耗的功率减小，A错误；R1中电流减小，则R1两端电压减小，而副线圈两端电压不变，所以滑动变阻器两端电压增大，电压表示数变大，B正确；副线圈中电流减小，原线圈中电流随之减小，故C错误；若闭合开关S，负载电路的总电阻减小，副线圈中电流增大，R1中电流增大，则R1两端电压升高，R2两端电压减小，A2示数变小，D错误。【例题5】如图所示为一理想变压器，原线圈a、b两端接入电压u＝Umsinωt的交变电流，Um和原线圈接入电阻阻值均保持不变，电表均为理想电表。当用户并联在副线圈两端上的用电器增加时，下列说法正确的是(　　)A.电流表A1的示数变大B.电流表A2的示数变小C.电压表V1的示数变大D.电压表V2的示数变小AD解析： Um和原线圈接入电阻阻值均保持不变，当用户并联在副线圈两端的用电器增加时，副线圈两端总电阻减小，则原线圈两端的等效电阻减小，根据闭合电路欧姆定律知，A1示数增大，V1示数减小；再根据理想变压器的电流、电压与匝数的关系可知，A2示数增大，V2示数减小。1.熟知一个流程:2.理清三个回路:3.抓住两个关系:4.掌握两种损耗:(1)电压损耗:输电线上的电阻导致的电压损耗，ΔU=U2-U3=IRR。(2)功率损耗:输电线上电阻发热导致的功率损耗，ΔP=P2-P3=IR2 R。输电线上的能量损耗是热损耗，计算功率损耗时用公式ΔP= IR2 R或ΔP=ΔU2 /R 。【例题6】如图所示，某水电站发电机的输出功率为100 kW，发电机的电压为250 V，通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220 V。若输电线上损失的功率为5 kW，不计变压器的损耗。求：(1)升压变压器的输出电压U2；(2)降压变压器的匝数比；(3)若要将输电线上损失的功率降低到原来的1/100，在其他条件不变的情况下，应将升压变压器的匝数比改为多少？此时降压变压器的匝数比应为多少？解析：为了减少因火电站中煤的燃烧对大气的污染而大力发展水电站。三峡水利工程中某水电站发电机组设计为：水以v1＝3 m/s的速度流入水轮机后以v2＝1 m/s的速度流出。流出水位比流入水位低10 m，水流量为Q＝10 m3/s。水轮机效率为75%，发电效率为80%。发电站通过升压变压器、输电线和降压变压器把电能输送给生产和照明组成的用户。发电机的输出电压是500 V，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，输电线上功率损失为5%，用户需要电压为220 V，则：（1）画出远距离输电的原理图；（2）该发电机组的输出功率是多少？（3）输电线的电阻为多少？（4）降压变压器的匝数比为多少？（5）若有60 kW分配给生产用电，其余电能用来照明，那么，可装25 W的电灯多少盏？解析：（1）远距离输电的原理图如图所示