1、巩固层知识整合体系构建核心速填1正弦式交变电流的产生(1)产生：闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动(2)中性面：线圈平面垂直于磁场，磁通量最大，感应电动势为零2正弦式交变电流的描述(1)瞬时值变化规律：e E msin_t，iI msin_t，u U msin_t.(2)周期和频率：T .1f(3)峰值和平均值：E mNBS .N .Et(4)有效值：E ，i ，u .Em2 Im2 Um23特征元件(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4理想变压器(1)结构：原线圈、副线圈、铁芯(2)工作原理：互感现象(3)基本规律： ，P 输入 P
2、 输出U1U2 n1n25远距离输电(1)功率损失：PI 2R.(2)电压损失：UIR .(3)远距离输电最经济的最佳方式：高压输电提升层能力强化交变电流的四值及其应用1瞬时值：它反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交流电瞬时值表达式为 eE msin t，iI msin t.应当注意必须从中性面开始2最大值：它是瞬时值的最大值，它反映的是交变电流大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，E mnBS(转轴垂直于磁感线)电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值3有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相
3、同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的有效值正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是 UEm，I Im.对于非正弦交变电流的有效值，以上关系不成立，应根据定义12 12来求通常所说的交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值用电器上所标电压、电流值也是指有效值在计算交变电流通过导体产生热量、电功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值4平均值：它是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值其量值可用法拉第电磁感应定律 n 来求，当线圈从中性面转过 90的过程Et中，有 Em.计算平均值切忌用算术平均法，即 求解，平均值不E2 E E1 E22等于有效值如图
4、51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 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 上的最大电压图 51【解析】 (1)线圈转动时 ，总有一条边切割磁感线 ，且 ad 边和 bc 边转动的线速度大小相等，当线圈平行于磁场时， 产生的感应电动势最大， 为Em nBLvnBL nBL2L2 1
5、2由闭合电路欧姆定律可知Im EmR r nBL22R r当以题图示为计时起点时，流过 R 的电流表达式为iI msin t sin t.nBL22R r(2)在线圈由题图 示位置匀速转动 90角的过程中，用有效值计算 R 产生的热量QI 2R ，其中 I ，TT4 Im2 nBL222R r 2所以 Q .n2B2L4R16R r2(3)在转过 90角的过程中感应电动势的平均值为n .Et通过 R 的电荷量：q t t t .IER r ntR r nR r nBL22R r(4)电阻 R 上的最大电压： UmI mR .nBL2R2R r【答案】 见解析针对训练1如图 52所示，一个半径为
6、 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)从图示位置起转过 转的时间内负载电阻 R 上产生的热量；14(2)从图示位置起转过 转的时间内通过负载电阻 R 的电荷量；14(3)电流表的示数.【导学号：57272129】图 52【解析】 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动势的最大值为 EmBS B 2n 2Bnr2.r22(1)在线圈从题图 示位置转过 转的时间内，电动势的有效值为 E 14 Em
7、222Bnr22电阻 R 上产生的热量 Q .E2RT4 4B2r4n8R(2)在线圈从题图 示位置转过 转的时间内，电动势的平均值为 .14 E t通过 R 的电荷量 q t t .IER R Br22R(3)设此交变电动势 在一个周期内的有效值为 E，由有效值的定义得 T 解得 E(Em2)2R T2 E 2R Em2故电流表的示数为 I .ER 2r2nB2R【答案】 (1) (2) (3)4B2r4n8R Br22R 2r2nB2R变压器问题解题思路分析1.理想变压器的变压原理问题对于磁感线回路唯一的“”形变压器，当原线圈中磁通量变化时，整个闭合铁芯中， 处处相等，而对于磁感线回路不唯
8、一的如“ ”形变压器不同t位置 可能不同，此时有 .t 1t 2t 3t2理想变压器的动态分析问题首先应明确“不变量”和“变化量” ，对变化量要把握它们之间的制约关系，依据程序分析的思想，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变压器原、副线圈匝数 n1、n 2 确定，U1 决定了 U2，与输出端有无负载、负载大小无关，也与变压器有无其他副线圈无关U 2 与负载电阻 R，决定了输出电流 I2 的大小，输出功率 P2 决定输入功率P1，P 1U 1I1，从而决定 I1 大小(2)分清动态变化中哪个量变化，结合串、并联电路的
9、特点，欧姆定律及变压器各物理量间因果关系依次确定3变压器原线圈接有用电器的问题由于原线圈中接有用电器，所以原线圈两端电压不等于电源电压，这种情况下电源两端电压等于用电器两端电压与原线圈两端电压之和若从电压与匝数关系分析，难以得出结论，所以这类问题一般由电源关系入手解决比较方便用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，如图 53所示开始时开关 S 是断开的现将开关 S 闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是( )AV 1、V 2 的示数不变，A 1 的示数增大，A 2 的示数减小， P 入 增大BV 1、V 2 的示数不变，A 1、A 2 的示数增大，P 入 增大CV 1
10、、V 2 的示数不变，A 1、A 2 的示数减小，P 入 减小DV 1 的示数不变，V 2 的示数增大，A 1 的示数减小，A 2 的示数增大，P 入 减小图 53【解析】 电压表 V1 的示数由输入电压决定，电压表 V2 的示数由输入电压U1(大小等于电压表 V1 的示数)和匝数比 决定，电流表 A2 的示数由输出电压n1n2U2(大小等于电压表 V2 的示数)和负载电阻 R 负 决定；电流表 A1 的示数即 I1 由变压器的匝数比 和输出电流 I2 决定；P 入 随 P 出 而变化，由 P 出 决定因 输入电压n2n1不变，所以电压表 V1 的示数不 变据公式 U2 ，可知 U2 也不变，
11、即电压表n2U1n1V2 的示数不变又据 I2 知，S 闭合后 R 负 减小，故 I2 增大， 电流表 A2 的示数U2R负增大输入电流 I1 随输出电流 I2 增大而增大，故电流表 A1 的示数增大因 P 出U 2I2，故 P 出 增大，P 入 随 P 出 变化，故 P 入 也增大可见本题的正确选项为 B.【答案】 B一语通关 变压器的动态分析(1)根据题意弄清 变量与不变量(2)弄清变压器 动态变化的决定关系原线圈与副线圈电压的决定关系输入功率与输出功率的决定关系原线圈与副线圈电流的决定关系针对训练2如图 54所示，用理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，变压器降压后用总电阻为 R 的
12、输电线对用电器供电，设两个灯泡的电阻相同，且都在发光，若将滑动变阻器的滑片 P 向 N 移动，会出现的现象是 ( )图 54A电流表的示数变大，灯泡 L1、L 2 均变暗B电流表的示数变小，灯泡 L1、L 2 均变暗C电流表的示数变大，灯泡 L1 变亮，L 2 变暗D电流表的示数不变，灯泡 L1 变暗，L 2 变亮【解析】 副线圈输出电压不变，滑动变阻器的滑片 P 向 N 移动的过程中，并联部分电阻减小，副线圈中的电流增大，但因 为灯泡 L2 两端的电压减小，所以通过灯泡 L2 的电流减小，又因 为总电流增大，所以通过灯泡 L1 的电流增大，即灯泡L1变亮，灯泡 L2变暗副 线圈上的电流增大，
13、 输出功率 变大， 输入功率变大，而输入电压不变，输入电流变大， 电流表的示数变大【答案】 C远距离输电问题1.输电示意图：如图 55所示图 552正确理解几个基本关系(1)功率关系：P 1P 2，P 2P 损 P 3，P 3P 4.(2)电压关系： ，U 2U 线 U 3， .U1U2 n1n2 U3U4 n3n4(3)电流关系： ，I 2 I 线 I 3， .I1I2 n2n1 I3I4 n4n3(4)输电电流：I 线 .P2U2 P3U3 U线R线(5)输电导线上损耗的电功率：P 损 P 2P 3I R 线 U 线 I 线2线U2线R线(6)输电导线上的电压损失：U 线 I 线 R 线
14、U 2U 3.3处理思路(1)根据具体问题画出输电线路示意图(2)研究三个回路，分析其中的已知量、可求量、待求量(3)研究两个变压器，分析其中的已知量、可求量、待求量(4)确定求解思路，根据回路及变压器上的电压、电流、功率关系列式求解某学校有一台应急备用发电机，内阻为 R1 ，升压变压器的匝数比为 14，降压变压器的匝数比为 41，输电线的总电阻为 r4 ，全校 22 个教室，每个教室用“220 V 40 W”的灯泡 6 盏，要求所有灯都正常发光，则(1)输电线上损耗的电功率多大？(2)发电机的输出功率多大？(3)发电机的电动势多大？【导学号：57272130】【解析】 (1)根据题意，画出从
15、发电机到教室灯泡之 间的输电过程，如图所示所有灯都正常工作的总功率为P 222640 W 5 280 W用电器都正常工作时的总电流I 2 A24 AP 2U 2 5 280220两个变压器之间输电线上的电流Ir I2 6 AI 24故输电线上损耗的电功率PrI r144 W.2r(2)升压变压器的输出功率P 1P rP 25 424 W.而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率P 出 P 1P 15 424 W.(3)降压变压器上的输入电压 U24U 2880 V输电线上的电压损失 Ur Irr24 V因此升压变压器的输出电压U 1U rU 2904 V升压变压器的输入电压 U1 226 VU
16、 14升压变压器的输入电流 I14I r24 A发电机的电动势 EU 1I 1R226 V241 V250 V.【答案】 (1)144 W (2)5 424 W (3)250 V针对训练3如图 56所示为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1n 4n 2n 3，四根模拟输电线的电阻 R1、R 2、R 3、R 4 的阻值均为R，A 1、 A2 为相同的理想交流电流表，L 1、L 2 为相同的小灯泡，灯丝电阻RL2R，忽略灯丝电阻随温度的变化当 A、B 端接入低压交流电源时( )图 56AA 1、A 2 两表的示数相同BL 1、L 2 两灯泡的亮度相同CR 1 消耗的功率大于 R3 消耗
17、的功率DR 2 两端的电压小于 R4 两端的电压【解析】 设 A、B 两端所加电压为 U.由欧姆定律知，通过 A2 表的电流大小 I2.通过 升压变压器升 压后输出电压 U U，降压变压器获得电压为U2R RL n2n1UI 12R UI 12R，灯泡 L1 两端电压为 UI 12R ，则通过灯泡 L1 的n2n1 n2n1 n4n3电流为 .故由变压器电流变化规律得 I1 .又因为n2n1U I12Rn4n3RLn2n1U I12Rn4n3RLn1n 42R，所以 I1I2，故灯泡 L1 亮度更大，选项 Bn3n4 n2n1 URL n21n22R错误；由于 I1I2，根据欧姆定律以及电功率的有关知识可知，选项 C 错误，选项D 正确【答案】 D
