1、2012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 1第十章 交变电流 传感器学案执笔:王德岐 审核：汪先云 王胜利第一模块 交流电的产生和描述基础知识梳理一、交变电流1_和_都随时间做周期性变化的电流，叫做交变电流2按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流，正弦式电流产生于匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈，每转动一周，感应电流的方向改变_二、正弦交流电的变化规律1中性面：线圈平面_于磁场，此时穿过线圈平面的磁通量_2正弦交流电的产生和变化规律(1)产生：当闭合线圈由中性面位置( 图 1011 中 O1O2 位置)开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴_转动时，线圈中产生的感应
2、电动势随时间而变化的函数是_(2)规律：若 n 匝面积为 S 的线圈以角速度 绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为：e_，用 Em_ 表示电动势最大值，则有：e_，其电流大小为：i sint_.eR EmR三、描述交变电流的物理量1周期和频率(1)周期 T：交变电流完成一次周期性变化( 线圈转一周)所需的_，单位是秒(s)(2)频率 f：交变电流在 1 s 内完成 _的次数，单位是赫兹(Hz) (3)周期和频率的关系T_或 f_.2交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值图10112012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 2(1)瞬时值：交变电流_的值，
3、是时间的函数(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的_(3)有效值：让交流与恒定电流通过相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的_相等，则这个恒定电流 I、恒定电压 U 就是这个交变电流的有效值(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I_，U_，E_.(5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围的面积跟时间的比值四、电感和电容对交变电流的影响1感抗：表示电感线圈对交变电流阻碍作用的大小(1)线圈的自感系数越大，交变电流的频率越大，电感对交变电流的阻碍作用越_(2)作用：通_、阻_ ( 低频扼流圈)，通低频、阻高频(高频扼流圈) 2容抗：表示电容对交变电流阻碍作用的大小(1)电容器的电容越大
4、，交流电的频率越高，电容器对交流电的阻碍作用就越_(2)作用：通_、隔_；通高频、阻低频规律物理量函 数 图 象磁通量 mcostBScos t电动势 eE msintnBSsin t电压 uU msint sintREmR r电流 iImsint sintEmR r2012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 3类型题：一、关于交流电的变化规律 【例 1】如图所示，匀强磁场的磁感应强度 B=05T，边长 L=10cm 的正方形线圈 abcd 共 100匝，线圈电阻 r1，线圈绕垂直与磁感线的对称轴 OO/匀速转动，角速度为 2rads，外电路电阻 R4，求：（1）转动过程中感应
5、电动势的最大值（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过 600 时的即时感应电动势（3）由图示位置转过 600 角时的过程中产生的平均感应电动势（4）交流电电表的示数（5）转动一周外力做的功（6） 周期内通过 R 的电量为多少？1【跟踪训练 1】磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机，如图所示。 已知一台单相发电机转子导线框共有 N 匝，线框长为 l1，宽为 l2，转子的转动角速度为 , 磁极间的磁感应强度为B。 导出发电机的瞬时电动势 E 的表达式。现在知道有一种强永磁材料铵铁硼，用它制成发电机的磁极时，磁感应强度可以增大到原来的 K 倍，如果保持发电机的结构和尺寸，转子转动角速度，需产生的
6、 电动势都不变，那么这时转子上的导线框需要多少匝? (2002 年，安徽)2012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 4类型题：二、表征交流电的物理量 【例 2】. 交流发电机的转子由 BS 的位置开始匀速转动，与它并联的电压表的示数为 14.1V，那么当线圈转过 30时交流电压的即时值为V 。【例 3】 通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。求该交流电的有效值 I。【例 4】如图 125 所示， （甲）和（乙）所示的电流最大值相等的方波交流电流和正弦交流电流，则这两个电热器的电功率之比 PaP b= 【跟踪训练 1】图 126 表示一交变电流随时间变化的图象，此交变电流的有效
7、值是（ ）A5 A； B5A； C35 A ；D 35A22类型题：三、最大值、平均值、有效值的应用 【例 5】.交流发电机转子有 n 匝线圈，每匝线圈所围面积为 S，匀强磁场的磁感应强度为 B，匀速转动的角速度为 ，线圈内电阻为 r，外电路电阻为 R。当线圈由图中实线位置匀速转动 90到达虚线位置过程中，求：通过 R 的电荷量 q 为多少？R 上产生电热 QR 为多少？外力做的功 W 为多少？i/A3O t/s-60.2 0.3 0.5 0.62012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 5类型题：交流电图像的应用 【例 6】一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转
8、动，线圈中的感应电动势 e随时间 t 的变化如图，下面说法中正确的是：（ ）A、t 1 时刻通过线圈的磁通量为零；B、t 2 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；C、t 3 时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大；D、每当 e 变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值为最大。 【跟踪训练 1】一只矩形线圈匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图中甲所示，则下列说法中正确的是 ( )A.t=0 时刻线圈平面与中性面垂直时刻线圈平面与中性面垂直B.t=0.01s 时刻，时刻， 的变化率达最大的变化率达最大C.t=0.02s 时刻，交流电动势达到最大时刻，交流电动势达到最大D.该线
9、圈相应的交流电动势图像如图乙所示该线圈相应的交流电动势图像如图乙所示【跟踪训练 2】一长直导线通以正弦交流电i=ImsintA，在导线下有一断开的线圈，如图所示，那么，相对于 b来说，a 的电势最高时是在（C）A.交流电流方向向右，电流最大时B.交流电流方向向左，电流最大时C.交流电流方向向左，电流减小到 0 时D.交流电流方向向右，电流减小到 0 时【跟踪训练 3】有一交流电压的变化规律为u=311sin314tV，若将一辉光电压最小值是 220V 的氖管接上此交流电压，则在 1 秒钟内氖管发光的时间是多少？【跟踪训练 4】左图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置
10、P 使加在电热丝上的电压的波形如右图所示。此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 A110V B156V C220V D311VPu V 12345ot/10-2su/V3112012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 6第二模块 变压器 电能的输送基础知识梳理一、变压器1构造：(1)闭合铁芯(2) 绕在铁芯上的原、副线圈(如图 1021 所示)2工作原理：电磁感应3作用：改变交流电的_4理想变压器：不考虑铜损和铁损的变压器，即输入功率和输出功率_5理想变压器原、副线圈之间的关系(1)功率的关系理想变压器是一种理想化的物理模型，理想变压器的特点是：变压器的铁芯内无漏磁磁场能无损
11、失；原、副线圈的内阻不计，不产生焦耳热，电能无损失；因此副线圈的_功率与原线圈的_功率相等，即：P 1P 2.(2)电压关系由于互感过程中没有漏磁，所以变压器原、副线圈中每一匝线圈的磁通量的变化率均相等，根据法拉第电磁感应定律，原、副线圈的电动势之比等于其匝数比，即 ；又因为原、副线圈的E1E2 n1n2内阻不计，则有 U1E 1，U 2E 2，于是得到_，即原、副线圈的端电压之比等于其匝数比U1U2若变压器有多个副线圈，则有： U1n1 U2n2 U3n3(3)电流关系根据 P1P 2，则 U1I1U 2I2，由 得：U1U2 n1n2_即原、副线圈中的电流之比与其匝数成反比I1I2若变压器
12、有多个副线圈，根据 P1P 2P 3即图 10212012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 7U1I1U 2I2U 3I3及 可得：n 1I1n 2I2n 3I3U1n1 U2n2 U3n3二、远距离高压输电1目的：输送电能2关键：减少输电线上电能的损失，P 损 I 2R 线3方法(1)减小输电导线的电阻，如采用_的材料；加大导线的_ (R )LS(2)提高输电_，减小输电电流4远距离输电的基本电路由于发电机本身的输出电压不可能很高，所以采用高压输电时，在发电站内需用_升压到几百千伏后再向远距离送电，到达用电区再用_降到所需的电压，基本电路如图 1022 所示类型题： 常规类
13、(一原一副,“”型铁芯) 【例题 1】如图所示,理想变压器原副线圈匝数比为 n1:n2=4:1,原线圈回路中的电阻 A 与副线圈回路中的负载电阻 B 的阻值相等， a、b 端加一定交变电压后,两电阻的电功率之比PA:PB=_,两电阻两端电压之比 UA:UB=_，类型题： 变压器动态问题 【跟踪训练 1】如图,为一理想变压器,K 为单刀双掷开关,P 为滑动变阻器的滑动触头,U 1 为加在原线圈两端的电压,I 1 为原线圈中的电流强度 ,则:A，保持 U1 及 P 的位置不变,K 由 a 合到 b 时,I 1 将增大B，保持 U1 及 P 的位置不变,K 由 b 合到 a 时,R 消耗的功率减小C
14、，保持 U1 不变,K 合在 a 处 ,使 P 上滑,I 1 将增大图 10222012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 8D，保持 P 的位置不变,K 合在 a 处,若 U1 增大,I 1 将增大【跟踪训练 2】如图所示，T 为理想变压器，A 1、A 2 为交流电流表，R 1、R 2 为定值电阻，R 3为滑动变阻器，原线圈两端接恒压交流电源，当滑变阻器的滑动触头向下滑动时AA 1 的读数变大，A 2 读数变大 BA 1 的读数变大，A 2 读数变小CA 1 的读数变小，A 2读数变大 DA 1 的读数变小，A 2 的读数变小类型题： 多个副线圈问题 【例题 2】一台理想变压
15、器原线圈匝数 n1=1100 匝,两个副线圈的匝数分别是 n2=60 匝,n 3=600匝,若通过两副线圈中的电流强度分别是 I2=1A,I3=4A,求原线圈中的电流强度，类型题： “ ”型铁芯问题 【例题 3】如图所示为某变压器对称铁芯的示意图，已知此时原线圈端输入交流电压,原线圈匝数 n1=22 匝,副线圈匝数)(sin20Vtun2=6 匝，则副线圈 cd 端输出的电压的有效值为:A，15V B，30V C，60V D，120V【跟踪训练 1】在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁心的左右两个臂上，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
16、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 220V 时，线圈 2 输出电压为 110VB、当线圈 1 输入电压 220V 时，线圈 2 输出电压为 55VC、当线圈 2 输入电压 110V 时，线圈 1 输出电压为 220VD、当线圈 2 输入电压 110V 时，线圈 1 输出电压为 110V2012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 9类型题： 变压器“变比”功能的延伸 ， 变压器的变直流作用【例题 4】一个脉动电流，它的电流强度随时间的变化图象如图 1 所示，它是正弦交流电流的正向部分。现让它通过如图 2
17、所示的一台理想变压器的原线圈，已知理想变itTA082.sin压器原、副线圈的匝数之比 。副线圈上接有阻值为 的定值电阻 R0，求：该电n123:05.阻的电功率。变压器的变电阻作用选择不同的匝数比，利用“变化”公式可以达到增大或减小阻抗的目的。【例题 5】理想变压器的原副线圈匝数之比为 n1:n2=n：1，副线圈的负载电阻是 R，如图 3 所示，则变压器正常工作时，a、b 间的等效电阻是_。2012 届高三物理第一轮复习学案第十章 交变电流 传感器 10【例题 6】如图所示，加在理想变压器原线圈上的交流电源电动势为 E，内阻为 r，原副线圈匝数比为 n1:n2=n：1，与副线圈相连一负载电阻
18、 R，求：当负载电阻 R 为多大时，负载上获得的功率最大？类型题： 远距离输电题型解析【例题 7】输电线的电阻共计 1，输送的电功率是 100kw，用 400V 的低压送电，输电线上发热损失的功率是多少 kw？改用 10kV 的高压送电，发热功率损失又是多少 kw？【跟踪训练 1】有一台内阻为 1的发电机,供给一个学校照明用电 ,如图所示,升压变压器的匝数比为 1:4,降压变压器的匝数比为 4:1,输电线的总电阻 R=4,全校共 22 个班,每班有“220V 40W”的电灯 6 盏,若保证电灯全部正常发光,求: （1）发电机输出功率多大?（2）发电机电动势多大?（3）输电效率是多少?（4）若使用灯数减半且正常发光,发电机输出功率是否减半?
