物理二輪復(fù)習(xí)專題十一-交流電路的分析與計(jì)算（教學(xué)案）

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精專題十一交流電路的分析與計(jì)算【2011考綱解讀】從2011高考考綱來(lái)看，交流電路依然為高考命題的熱點(diǎn)之一。通過(guò)歷年高考試題的分析，不難發(fā)現(xiàn)：交流電路部分由于與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活緊密結(jié)合，在近幾年的高考中考查的頻度較高，重點(diǎn)考查交流電有效值、變壓器的有關(guān)知識(shí)?？疾榈男问蕉嘁噪y度中等或中等偏下的選擇題、填空題出現(xiàn),但也有以計(jì)算題的形式出現(xiàn).【高考預(yù)測(cè)】交流電路的分析與計(jì)算考查的知識(shí)點(diǎn)主要是交流電的產(chǎn)生、有效值與瞬時(shí)值的計(jì)算．要求能對(duì)正弦交流電的函數(shù)表達(dá)式、圖象表示法有正確的理解，能利用函數(shù)關(guān)系式或圖象求解涉及交流電的“四值”問(wèn)題，特別要注意交流電四值適用的場(chǎng)合．變壓器電路考查的內(nèi)容主要有兩個(gè)方面:一是變壓器原、副線圈電路中的電流、電壓與電功率的求解,求解過(guò)程中注意相應(yīng)的制約關(guān)系,同時(shí)對(duì)于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的分析，可以借助于直流電路的動(dòng)態(tài)分析方法，結(jié)合原、副線圈中電流、電壓與功率的關(guān)系進(jìn)行判斷．二是應(yīng)用變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電的分析，對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電,關(guān)鍵在輸電導(dǎo)線損耗功率的計(jì)算上，注意選用正確的求解公式．【知識(shí)網(wǎng)絡(luò)】【專題解讀】1．交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律（1）交流電的產(chǎn)生:①當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的交流電．②中性面的特點(diǎn):磁通量的變化率為零，但磁通量最大,每通過(guò)一次中性面，電流方向改變兩次，一個(gè)周期內(nèi)兩次通過(guò)中性面．（2)交流電的變化規(guī)律:①函數(shù)表示法:，．，．如線圈的轉(zhuǎn)速變化，影響交流電的角頻率同時(shí),對(duì)交流電的最大值也有影響,其函數(shù)表示式為:．②圖像表示法：為正弦函數(shù)圖像．(3）交流電的四值①瞬時(shí)值反映的是不同時(shí)刻交變電流大小和方向．如氖管只有在兩端的電壓值高于某一值時(shí)才能發(fā)光，若求其發(fā)光時(shí)間，則應(yīng)用瞬時(shí)值．②最大值與線圈的形狀、轉(zhuǎn)軸的位置無(wú)關(guān)，只要滿足轉(zhuǎn)軸方向與磁場(chǎng)方向垂直即可．在考慮電容器的耐壓值時(shí)用最大值．③平均值:由圖象的含義可知，交變電流的平均值是交變電流圖象的波形與橫軸所圍圖形的面積與時(shí)間的比值．一般只研究?jī)?nèi)的平均值．在求導(dǎo)體某段時(shí)間內(nèi)通過(guò)的電量時(shí)，用平均值．因：q=Δt，=，，故q=．④有效值：由電流的熱效應(yīng)定義．對(duì)于正弦式交變電流，有效值與最大值之間的關(guān)系為：，，．在計(jì)算交變電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量和電功率及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，用交流電的有效值．交流電表測(cè)量的數(shù)值，用電器設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流的數(shù)值均為有效值．2．電感、電容對(duì)交流電的影響(1）電感有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的性質(zhì)．電感的阻礙作用主要是因?yàn)樽愿卸鸬模?）電容有“通交流、阻直流,能高頻、陰低頻”的性質(zhì)．電容器的通斷其實(shí)是電容器的不斷充、放電過(guò)程．2．變壓器（1）工作原理：電磁感應(yīng)的應(yīng)用（2）理想變壓器的基本關(guān)系式理想變壓器：磁通量全部集中在鐵芯中(即無(wú)漏磁)，變壓器本身不消耗能量．基本關(guān)系式：①只有一組副線圈:電壓關(guān)系:，電流關(guān)系:，功率關(guān)系：P入＝P出．②有若干組副線圈：，，或．③相互制約關(guān)系據(jù)知：在匝數(shù)比一定時(shí)由決定．據(jù)知:輸入電流由輸出電流決定．據(jù)知：輸入功率由輸出功率決定．3．遠(yuǎn)距離輸電(1）輸電導(dǎo)線功率損失分析①輸電導(dǎo)線上損失的功率：，而,所以：．②由知,要減小電能在輸電線上的損耗，可以有兩種方法：A．減小輸電導(dǎo)線的電阻,如采用電阻率低的材料，加大導(dǎo)線的橫截面積．B．提高輸電電壓，減小輸電電流．因?yàn)檫@種方法對(duì)減小損失功率作用效果明顯,所以通常采用此種方法．（2）遠(yuǎn)距離高壓輸電的電路模式如圖所示．II1I2I3I4U1U2U3U4P4P3P2P1n1n2n3n4R線(3）．遠(yuǎn)距離高壓輸電的基本關(guān)系①功率關(guān)系P1=P2，P3=P4，P2=P3+P線，②電壓、電流關(guān)系,，U2=U3+U線,I2=I3，③電流、電壓、電功率之間的關(guān)系式：P線=．所以當(dāng)輸送的電功率一定時(shí)，輸電電壓增大到原來(lái)的n倍，輸電導(dǎo)線上損失的功率就減少到原來(lái)的l／n2．【重點(diǎn)突破】一、正弦交變電流的規(guī)律1.電動(dòng)勢(shì)2。電流3.電壓4.關(guān)系5.有效值二、理想變壓器的工作原理及應(yīng)用1。輸出功率決定輸入功率，理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，即=。2.變壓比:，3。電流關(guān)系：,【深化整合】一、對(duì)交變電流的四值比較1．交流電的最大值：εm＝BωS當(dāng)為N匝時(shí)（1)ω是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,其單位一定為弧度／秒，nad/s（2）最大值對(duì)應(yīng)的位置與中性面垂直,即線框面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B在同一直線上．(3）最大值對(duì)應(yīng)圖12－3中的t1、t3時(shí)刻，每周中出現(xiàn)兩次．2．瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值，瞬時(shí)值是時(shí)間的函數(shù)，不同時(shí)刻，瞬時(shí)值不同e=εmsinωt，i＝Imsinωt代入時(shí)間即可求出．過(guò)寫(xiě)瞬時(shí)值時(shí)，不要忘記寫(xiě)單位,如εm=220V，ω=100π，則e=220sin100πtV,不可忘記寫(xiě)伏,電流同樣如此．3．有效值：為了度量交流電做功情況人們引入有效值，它是根據(jù)電流的熱效應(yīng)而定的．就是分別用交流電，直流電通過(guò)相同阻值的電阻，在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相同，則直流電的值為交流電的有效值．（1）有效值跟最大值的關(guān)系εm=U有效，Im=I有效(2)伏特表與安培表讀數(shù)為有效值．（3）用電器銘牌上標(biāo)明的電壓、電流值是指有效值．4。平均值：交變電流的平均值是交變電流圖象中波形與橫軸（t軸)所圍的面積跟時(shí)間的比值．其數(shù)值可以用計(jì)算．二、理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析1、原線圈電壓U1由提供原線圈電壓的電源決定，2、輸入電壓決定輸出電壓，即隨著的變化而變化，因?yàn)椋灾灰蛔兓徽撠?fù)載如何變化，不變。3、輸出電流決定輸入電流。在輸入電壓不變的情況下,不變。若負(fù)載電阻R增大，則由公式得：輸出電流減小，由=知輸入電流亦隨著減小；反之，若負(fù)載電阻R減小，則輸出電流增大，輸入電流亦隨著增大。4、輸出功率決定輸入功率，理想變壓器的輸入功率和輸出功率相等，即=.在輸入電壓不變的情況下，不變。當(dāng)用電負(fù)荷增加，輸出功率增大，輸入功率也隨著增大；反之，當(dāng)用電負(fù)荷減小，則輸出功率減小，輸入功率也隨著減小。(1）變壓器空載時(shí),無(wú)電流、無(wú)功率輸出,所以輸入功率也為零，(2）當(dāng)副線圈短路時(shí)，I2無(wú)限大,I1也無(wú)限大將燒壞變壓器,5、動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的思路程序可表示為:U1P11.（2010·廣東）圖7是某種正弦式交變電壓的波形圖,由圖可確定該電壓的A．周期是0.01sB．最大值是311VC．有效值是220VD．表達(dá)式為U=220sin100πt（V）2。（2010·福建）中國(guó)已投產(chǎn)運(yùn)行的1000kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程。假設(shè)甲、乙兩地原采用500kV的超高壓輸電,輸電線上損耗的電功率為P。在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現(xiàn)改用1000kV特高壓輸電,若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)锳.P/4B。P/2C.2PD。4P【解析】選A。由P=UI可知由500kV的超高壓輸電變?yōu)?000kV特高壓輸電時(shí)，輸電線電流為原來(lái)的1/2，再據(jù)P線=I2R線可得輸電線上損耗的電功率將變?yōu)镻/4，故選A.3.(2010·江蘇）在如圖所示的遠(yuǎn)距離輸電電路圖中，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變,隨著發(fā)電廠輸出功率的增大，下列說(shuō)法中正確的有A．升壓變壓器的輸出電壓增大B．降壓變壓器的輸出電壓增大C．輸電線上損耗的功率增大D．輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大4。（2010·山東）一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖甲所示,副線圈所接電路如圖乙所示,P為滑動(dòng)變阻器的觸頭。下列說(shuō)法正確的是A．副線圈輸出電壓的頻率為50HzB．副線圈輸出電壓的有效值為31VC．P向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比減小D．P向右移動(dòng)時(shí),變壓器的輸出功率增加【解析】選AD.由圖象可知原線圈輸入電壓的最大值：，，則原線圈輸入電壓的有效值:，,選項(xiàng)A正確。由可得:，B錯(cuò)誤.P向右移動(dòng)時(shí)，副線圈的電阻減小，副線圈輸出電壓不變,所以副線圈的電流增大，原線圈的電流也增大，而匝數(shù)比不變，所以原、副線圈的電流比不變，C錯(cuò)誤。P向右移動(dòng)時(shí)，副線圈的電阻減小，副線圈輸出電壓不變，所以變壓器的輸出功率增加，D正確。5.(2010·天津）為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關(guān)系,將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2,電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1，A2,導(dǎo)線電阻不計(jì),如圖所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后A.A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變B.A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值變大C.V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大D.V2示數(shù)不變，V1與V2示數(shù)的比值不變6.（2010·浙江)某水電站,用總電阻為2。5的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3106KW.現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說(shuō)法正確的是A.輸電線上輸送的電流大小為2105B.輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kVC.若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9108KWD.輸電線上損失的功率為P＝U2/r，U為輸電電壓,r為輸電線的電阻【解析】選B，輸出電功率P=3106KW，電壓輸電U=500kV，則輸電線上輸送的電流大小，所以A錯(cuò)；輸電線上由電阻造成的損失電壓,所以B正確;輸電線上損失的功率，所以D錯(cuò)誤;若改用5kV電壓輸電,則輸電線上損失的功率,所以C錯(cuò)誤。7.（2010·四川)圖甲所示電路中，為相同的電流表,C為電容器，電阻的阻值相同，線圈L的電阻不計(jì)。在某段時(shí)間內(nèi)理想變壓器原線圈內(nèi)磁場(chǎng)的變化如圖乙所示，則在時(shí)間內(nèi)A．電流表的示數(shù)比的小B．電流表的示數(shù)比A3的小C．電流表和的示數(shù)相同D．電流表的示數(shù)都不為零8。（2010·重慶）一輸入電壓為220v，輸出電壓為36V的變壓器副線圈燒壞，為獲知此變壓器元、復(fù)線圈匣數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新饒了5匣線圈。如題17圖所示,然后將原來(lái)線圈接到220v交流電源上,測(cè)得新繞線全的端電壓為1v，按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線數(shù)分別為A．1100,360B.1100，180C．2200，180D.2200，360【解析】選B，對(duì)新繞線的理想變壓器，根據(jù)變壓比公式得變壓器燒壞前，同理,B正確。9.(2010·海南）如右圖,一理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4：1，原線圈兩端接入一正弦交流電源；副線圈電路中R為負(fù)載電阻，交流電壓表和交流電流表都是理想電表．下列結(jié)論正確的是A．若電壓表讀數(shù)為6V，則輸入電壓的最大值為VB．若輸入電壓不變,副線圈匝數(shù)增加到原來(lái)的2倍,則電流表的讀數(shù)減小到原來(lái)的一半C．若輸入電壓不變，負(fù)載電阻的阻值增加到原來(lái)的2倍,則輸入功率也增加到原來(lái)的2倍D．若保持負(fù)載電阻的阻值不變．輸入電壓增加到原來(lái)的2倍，則輸出功率增加到原來(lái)的4倍10。(2010·全國(guó)Ⅱ）圖中為一理想變壓器，其原線圈與一電壓有效值不變的交流電源相連：P為滑動(dòng)頭.現(xiàn)令P從均勻密繞的副線圈最底端開(kāi)始，沿副線圈勻速上滑,直至白熾燈泡L兩端的電壓等于其額定電壓為止。用表示流過(guò)原線圈的電流,表示流過(guò)燈泡的電流，表示燈泡兩端的電壓，表示燈泡消耗的電功率(這里的電流、電壓均指有效值：電功率指平均值）。下列4個(gè)圖中，能夠正確反映相應(yīng)物理量的變化趨勢(shì)的是（)11。（2010·北京)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域.如圖1,將一金屬或半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場(chǎng)B中，在薄片的兩個(gè)側(cè)面、間通以電流時(shí)，另外兩側(cè)、間產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中的移動(dòng)電荷受洛倫茲力的作用向一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累,于是、間建立起電場(chǎng)ＥＨ，同時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差ＵＨ。當(dāng)電荷所受的電場(chǎng)力與洛倫茲力處處相等時(shí)，和達(dá)到穩(wěn)定值，的大小與和以及霍爾元件厚度之間滿足關(guān)系式，其中比例系數(shù)稱為霍爾系數(shù),僅與材料性質(zhì)有關(guān)。設(shè)半導(dǎo)體薄片的寬度（、間距）為，請(qǐng)寫(xiě)出和的關(guān)系式;若半導(dǎo)體材料是電子導(dǎo)電的，請(qǐng)判斷圖１中、哪端的電勢(shì)高；已知半導(dǎo)體薄片內(nèi)單位體積中導(dǎo)電的電子數(shù)為ｎ，電子的電