2024-2025學(xué)年高中物理第五章交變電流本章優(yōu)化總結(jié)學(xué)案新人教版選修3-2

PAGEPAGE1第五章交變電流本章優(yōu)化總結(jié)專題一交變電流四值的計(jì)算和應(yīng)用1．最大值：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的溝通電，最大值Em＝nBSω.在考慮電容器的耐壓值時(shí)應(yīng)依據(jù)溝通電的最大值．2．有效值：正弦式溝通電的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2))，非正弦式溝通電的有效值應(yīng)依據(jù)有效值的定義計(jì)算．求電功、電功率，確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流，要用到有效值；沒(méi)有特別說(shuō)明時(shí)，溝通電的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)指有效值，溝通電表的測(cè)量值是有效值，溝通用電設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓、額定電流是有效值．3．瞬時(shí)值：當(dāng)線圈平面處于中性面時(shí)起先計(jì)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝Emsinωt.瞬時(shí)值對(duì)應(yīng)某一時(shí)刻的電壓、電流值．4．平均值：平均值需用eq\o(E,\s\up6(－))＝neq\f(ΔΦ,Δt)和eq\o(I,\s\up6(－))＝eq\f(eq\o(E,\s\up6(－)),R)進(jìn)行計(jì)算，求一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量時(shí)要用平均值，q＝eq\o(I,\s\up6(－))·Δt＝neq\f(ΔΦ,R).如圖所示，N＝50匝的矩形線圈abcd，ab邊長(zhǎng)l1＝20cm，ad邊長(zhǎng)l2＝25cm，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過(guò)線圈中線的OO′軸以n＝3000r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈電阻r＝1Ω，外電路電阻R＝9Ω，t＝0時(shí)線圈平面與磁感線平行，ab邊正轉(zhuǎn)出紙外、cd邊轉(zhuǎn)入紙里．求：(1)t＝0時(shí)感應(yīng)電流的方向；(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做的功；(4)從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中流過(guò)電阻R的電荷量．[解析](1)依據(jù)右手定則，線圈感應(yīng)電流方向?yàn)閍dcba.(2)線圈的角速度ω＝2πn＝100πrad/s圖示位置的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，其大小為Em＝NBl1l2ω代入數(shù)據(jù)得Em≈314V感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝Emcosωt＝314cos100πtV.(3)電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期T＝eq\f(2π,ω)＝0.02s線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，外力做功大小等于電功的大小，即W＝I2(R＋r)T＝eq\f(E2,R＋r)·T代入數(shù)據(jù)得W≈98.6J.(4)從t＝0起轉(zhuǎn)過(guò)90°過(guò)程中，Δt內(nèi)流過(guò)R的電荷量q＝eq\f(NΔΦ,（R＋r）Δt)Δt＝eq\f(NBΔS,R＋r)＝eq\f(NBl1l2,R＋r)代入數(shù)據(jù)得q＝0.1C.[答案](1)感應(yīng)電流方向沿adcba(2)e＝314cos100πtV(3)98.6J(4)0.1Ceq\a\vs4\al()瞬時(shí)值、有效值的應(yīng)用(1)探討交變電流某一時(shí)刻的電流、電壓或某一時(shí)刻線圈受到的安培力時(shí)，只能用瞬時(shí)值．(2)不僅熱量的計(jì)算用有效值，與熱效應(yīng)有關(guān)的計(jì)算，如保險(xiǎn)絲的熔斷電流都必需用有效值．(多選)(2024·浙江金華一中段考)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬框(電阻不計(jì))繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示，將此電源連接到丙圖志向變壓器的原線圈上，變壓器的原副線圈匝數(shù)比為2∶1，副線圈的電阻R＝110Ω，則()A．t＝0.005s時(shí)金屬框在中性面位置B．因?yàn)樵€圈電阻不計(jì)，所以原線圈兩端電壓為零C．電流表的示數(shù)為1.0AD．通過(guò)電阻R的電流方向每秒變更100次解析：選CD.t＝0.005s時(shí)金屬框的磁通量變更率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，故A錯(cuò)誤；依據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，副線圈有電壓，原線圈就有電壓，故B錯(cuò)誤；原線圈兩端電壓為U1＝eq\f(311,\r(2))V，依據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知：U2＝110V，依據(jù)I＝eq\f(U2,R)＝1.0A，故C正確；依據(jù)圖乙可知，溝通電的周期為0.02s，即每秒電流方向變更100次，所以通過(guò)電阻R的電流方向每秒變更100次，故D正確.專題二志向變壓器的應(yīng)用1．基本關(guān)系(1)P入＝P出．(2)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，有多個(gè)副線圈時(shí)，仍舊成立．(3)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，電流與匝數(shù)成反比，只對(duì)一個(gè)副線圈的變壓器適用．有多個(gè)副線圈時(shí)，由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系．(4)原、副線圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量變更率也相同，頻率也就相同．2．制約關(guān)系(1)電壓制約：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比確定．(2)功率制約：原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2確定．(3)電流制約：原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比確定．(2024·黑龍江大慶中學(xué)月考)如圖甲所示，志向變壓器的原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝10∶1，原線圈輸入的溝通電壓如圖乙所示，副線圈電路接有滑動(dòng)變阻器R和額定電壓為12V、工作時(shí)內(nèi)阻為2Ω的電動(dòng)機(jī)M.閉合開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)正常工作，電流表示數(shù)為1A．則下列推斷錯(cuò)誤的是()A．副線圈兩端電壓為22VB．電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為12WC．通過(guò)電動(dòng)機(jī)的溝通電頻率為50HzD．突然卡住電動(dòng)機(jī)，原線圈輸入功率變大[解析]原線圈電壓的有效值為220V，因此副線圈兩端電壓為22V，故A項(xiàng)正確；電動(dòng)機(jī)的輸出功率為輸入功率減去內(nèi)阻消耗功率，P＝UI－I2r＝12－2＝10W，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；通過(guò)電動(dòng)機(jī)溝通電頻率f＝eq\f(1,T)＝eq\f(1,0.02)＝50Hz，故C項(xiàng)正確；電動(dòng)機(jī)突然卡住，電動(dòng)機(jī)就相當(dāng)于一個(gè)電阻，副線圈中電壓不變，電流增大，總功率增大，則原線圈的輸入功率增大，故D項(xiàng)正確．[答案]Beq\a\vs4\al()解答變壓器問(wèn)題離不開(kāi)志向變壓器的三個(gè)關(guān)系，即功率關(guān)系、電壓關(guān)系、電流關(guān)系．細(xì)致分析題目中的已知條件，找到突破口，再結(jié)合三個(gè)關(guān)系求解．(多選)(2024·河南八市質(zhì)檢)志向變壓器原線圈a匝數(shù)n1＝200匝，副線圈b匝數(shù)n2＝100匝，線圈a接在u＝44eq\r(2)sin314t(V)溝通電源上，“12V6W”的燈泡恰好正常發(fā)光．電阻R2＝16Ω，電壓表V為志向電表．下列推斷正確的是()A．交變電流的頻率為100HzB．穿過(guò)鐵芯的磁通量的最大變更率為eq\f(\r(2),5)Wb/sC．電壓表V的示數(shù)為22VD．R1消耗的功率是1W解析：選BD.由u＝44eq\r(2)sin314tV，知f＝eq\f(1,T)＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，A錯(cuò)誤；燈泡正常發(fā)光，由P＝UI得燈泡中的電流I2＝eq\f(6W,12V)＝0.5A，電壓表的示數(shù)U2＝12V＋0.5×16V＝20V，C錯(cuò)誤；穿過(guò)鐵芯的磁通量的最大變更率為eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(20\r(2),1