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1、精品教案可编辑第 2 章 交变电流自我校对 垂直匀强磁场正弦Emsin tNBSEm2Im2Um21f无关增大?减小精品教案可编辑?U2n2U3n3?n2n1?电流_交流电的“四值”1.最大值最大值是指交流电在变化过程中电动势、电压、电流所能达到的最大值，它反映的是交变电流大小的变化范围，常用大写字母加下标m 或 max 来表示，如Emax、Umax、Imax.当线圈平面与磁感应强度B的方向平行时，交变电流的电动势最大设线圈的匝数为N，面积为S，绕垂直于磁场的转轴转动的角速度为，则EmaxNBS，Emax的大小与线圈的形状、旋转的转轴位置无关，在考虑电容器的耐压程度时，应注意交变电流的最大值2
2、有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，即在同一时间内，能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值，叫做该交变电流的有效值，它反映的是交变电流通过用电器把电精品教案可编辑能转化为其他形式能的本领强弱，常用一大写字母来表示，如E、U、I.正弦交流电的有效值与最大值之间的关系是EEm2、UUm2、IIm2.各种交变电流电气设备上铭牌标注的，交变电表所测的，以及在叙述中没有特别说明的交变电流的值，都是指有效值 在计算交变电流通过导体产生的热量、电功率以及确定电阻丝的熔断电流时，只能用交变电流的有效值总之，在研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有效值，交变电路中电流表、电压表的读数也都
3、是有效值3瞬时值瞬时值是指交流电在变化过程中某一时刻电动势、电压、电流的值，它反映的是某一时刻交变电流某物理量的大小，常用小写字母来表示，如e、u、i.在求发电机某一时刻的电动势、电流、输出功率，用电器某一时刻电压、电流、消耗功率时常用瞬时值4平均值交变电流的平均值是交变电流图像中波形与横轴所围的面积跟时间的比值，常用大写字母上加一横线来表示，如E、U、I.求一段时间内通过导体横截面的电量时要用平均值qI t，平均电动势ENt，平均电流IER.(多选)如图 2-1 所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S，线圈导线
4、的总电阻为R.t0 时刻线圈平面与纸面重合，且cd边正在向纸面外转动则()图 2-1精品教案可编辑At时刻线圈中电流瞬时值表达式iBSRcos tB线圈中电流的有效值IBSRC线圈中电流的有效值I2BS2RD线圈中消耗的电功率PB2S222R【解析】回路中感应电动势的最大值EmBS，电流的最大值ImEmRBSR，t0时线圈处于中性面位置，故瞬时值表达式iBSRsin t.电流有效值IIm22BS2R，PI2RB22S22R，故 A、B 错误，C、D 正确【答案】CD理想变压器的分析1.两个基本公式(1)U1U2n1n2，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比(2)P入P出，即无论有
5、几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和2需要特别引起注意的问题(1)只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有U1I1U2I2，I1I2n2n1.(2)变压器的输入功率由输出功率决定，往往用到：P1U1I1n2U1n12/R，即在输入电压确定以后，输入功率和原线圈电压与副线圈匝数的平方成正比，与原线圈匝数的平方成反比，与副线圈电路的电阻值成反比式中的R表示负载电阻的阻值，而不是“负载”“负精品教案可编辑载”表示副线圈所接的用电器的实际功率实际上，R越大，负载越小；R越小，负载越大 这一点在审题时要特别注意(3)当副线圈中有两个以上线圈同时工作时，U1U2U3n1n2n3，但电流不
6、可有I1I2n2n1，此情况必须用原、副线圈功率相等来求电流3变压器动态问题(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定时，输出电压U2由输入电压U1决定，即U2n2U1/n1，可简述为“原制约副”(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比(n1/n2)一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1n2I2/n1，可简述为“副制约原”(3)负载制约：变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2P负 1P负 2；变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2决定，即I2P2/U2；总功率P总P线P2.动态分析问题的思路程序可表示为：(多选)如图
7、2-2 所示，理想变压器原线圈的匝数n1 1 100 匝，副线圈的匝数n2110 匝，R0、R1、R2均为定值电阻，且R0R1R2，电流表、电压表均为理想电表原线圈接u 220sin 314t(V)的交流电源，起初开关S 处于断开状态下列说法中正确的是()图 2-2精品教案可编辑A电压表的示数为22 VB当开关S 闭合后，电压表的示数变小C当开关S 闭合后，电流表的示数变大D当开关S 闭合后，变压器的输出功率增大【解析】变压器的输入电压的有效值为2202V，则副线圈两端的电压为222V，根据串联分压原理，电压表的示数为112V，A 错；当开关S 闭合后，输出功率增大，电压表的示数变小，原线圈输
8、入功率增大，电流表的示数变大，故B、C、D 对【答案】BCD理想变压器的两个关系1基本关系：(1)P入P出(2)U1U2n1n2，有多个副线圈时，仍然成立(3)I1I2n2n1，电流与匝数成反比，只对一个副线圈的变压器适用有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系(4)原、副线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同2制约关系：(1)电压制约：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定(2)功率制约：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定(3)电流制约：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定高压输电1.解题思路在远距离输送电能的过程中，由能量的转化和守恒
9、可知，发电机的总功率应等于线路上精品教案可编辑损失的热功率和用户得到的功率之和(不考虑变压器上的能量损失)2远距离高压输电的几个基本关系(1)功率关系P1P2，P3P4，P2P3P线P1U1I1，P2U2I2，P3U3I3，P4U4I4P线I22RU2U32RP2U22RP3U32RP损(2)电流、电压关系U1U2n1n2I2I1，U3U4n3n4I4I3U3U2U线，I2I线I3U线U2U3I线R.某小型水电站发电机输出的电功率为100 kW，输出电压为250 V，现准备向远处输电，所用输电线的总电阻为8，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%，用户获得220 V 的电压 求
10、应选用匝数比为多大的升压变压器和降压变压器？(理想变压器)【解析】画出高压输电线路图如图所示设升压变压器原线圈电流为I1，电压为U1，有U1 250 VI1PU1100 103250A400 A精品教案可编辑升压变压器副线圈电流为I2，当输电线上损失功率为输送功率的5%时，有PI22r线5%PI25%Pr线0.05 100 1038A25 A因此升压变压器的匝数比n1n2I2I125400116降压变压器副线圈中的电流为I4，用户得到的功率PPP95%P又PU4I4所以I495%PU40.95 100 103220A 431.8 A而降压变压器原线圈电流I3I225 A所以，降压变压器匝数比n
11、3n4I4I3431.82517310.【答案】11617310求解远距离输电问题的一般思路(1)求解远距离输电的关键是熟悉输电线路图，并画出示意图，把需要的物理量都标在图中的相应位置上(2)分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系(3)在远距离输电问题中，也要时刻注意能量守恒这一线索，即发电机的总功率应等于线路上损失的热功率和用户得到的功率之和(在不考虑变压器自身的能量损失的条件下)精品教案可编辑1.(2015全国卷)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31，在原、副
12、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2-3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()AU66 V，k19BU22 V，k19CU 66 V，k13DU22 V，k13图 2-3【解析】设原、副线圈中的电流分别为I1，I2，则I1I2n2n113，故kI21RI22R19.设原线圈两端的电压为U1，则U1Un1n231，故U13U，而原线圈上电阻分担的电压为13U，故U33U220 V，解得U66 V 选项 A 正确【答案】A2(2015四川高考)小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abc
13、d，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图 2-4 所示矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()精品教案可编辑图 2-4【导学号：31310134】A峰值是e0B峰值是2e0C有效值是22Ne0D有效值是2Ne0【解析】因每匝矩形线圈ab边和cd边产生的电动势的最大值都是e0，每匝中ab和cd串联，故每匝线圈产生的电动势的最大值为2e0.N匝线圈串联，整个线圈中感应电动势的最大值为2Ne0，因线圈中产生的是正弦交流电，则发电机输出电压的有效值E2Ne0，故选项 D 正确【答案】D图 2-53(2015安徽高
14、考)如图 2-5 所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是()A电压表V1示数增大B电压表V2、V3示数均增大精品教案可编辑C该变压器起升压作用D变阻器滑片是沿cd的方向滑动【解析】电压表 V1的示数和a、b间电压的有效值相同，滑片滑动时V1示数不变，选项 A 错误；电压表V2测量的电压为副线圈两端的电压，原、副线圈匝数不变，输入电压不变，故V2示数不变，V3示数为V2示数减去R0两端电压，两线圈中电
15、流增大，易知R0两端电压升高，故V3示数减小，选项B 错误；理想变压器U1I1U2I2，则U1I1U2I2，I2I1，故U2U1，变压器为降压变压器，选项C 错误；因I2增大，故知R减小，变阻器滑片是沿cd的方向滑动，选项D 正确【答案】D4(2015福建高考)图 2-6 为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器 T 的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在 T 的原线圈两端接入一电压uUmsin t的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为()【导学号：31310135】图 2-6A.n1n2U2m4rB.n2n1U2m4rC
16、4n1n22PUm2rD4n2n12PUm2r【解析】升压变压器T 的原线圈两端电压的有效值为U1Um2；由变压关系可得U1U2n1n2，则U2n2Um2n1；因为输送电功率为P，输电线中的电流为I2PU22n1Pn2Um，则输电线上损失的电功率为PI22(2r)4n21P2rn22U2m，故选项 C 正确精品教案可编辑【答案】C5(多选)(2015天津高考)如图 2-7 所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则()图 2-7A保持Q的位置不
17、动，将P向上滑动时，电流表读数变大B保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小C保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大D保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小【解析】保持Q的位置不动，则U2不变，将P向上滑动时，R接入电路的电阻变大，根据I2U2R0R知，I2变小，由I1I2n2n1得I1也变小，即电流表读数变小，选项A 错误，选项B 正确；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，U2变大，则根据P2U22R0R知副线圈输出功率变大，由P1P2知，变压器原线圈输入功率P1变大，而P1I1U，输入电压U一定，I1变大，即电流表读数变大，选项C 正确，选项D 错误【答案】BC我还有这些不足：(1)_(2)_我的课下提升方案：(1)_(2)_精品教案可编辑