《金太阳考案》一轮复习第10单元-交变电流-传感器.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,ppt第10单,元,主编,ppt,第,1,单,元,主编,物理,13KA,物理,-XKB-R-QG,1/177,第1讲交变电流产生和描述,知识建构,模块建构,技能建构,2/177,【考纲要求】,【考情总结】,【备考提议】,模块建构,知识建构,技能建构,3/177,1.交变电流.交变电流图象,2.正弦交变电流函数表示式、峰值和有效值,3.理想变压器,4.远距离输电,5.试验:传感器使用,1.从考查力度来看,本单元是每年高考必考内容,考查重点是交变电流产生和改变规律、变压器、远距离输电等.2.从考查内容来看,本单元每个考点在近几年高考中均被考查到,题目标难度不大,但学生易犯错.,3.从题型上看,以选择题为主,考查各知识点综合应用.,1.复习本单元时,要重视以下考点:交变电流产生及改变规律.交变电流瞬时值、峰值、有效值计算.变压器相关规律,以及变压器与远距离输电综合问题2.题型重视选择题,同时也不能忽略计算题.,3.传感器常在试验中被考查到,要掌握传感器工作原理和使用方法.,模块建构,知识建构,技能建构,4/177,一、交变电流产生和改变规律,模块建构,知识建构,技能建构,5/177,1.交变电流:大小和方向都随时间做,周期性改变,电流.如图(,a,)、,(,b,)、(,c,)、(,d,)所表示都属于交变电流.其中按,正弦规律,改变交变电,流叫正弦式交变电流.如图(,a,)所表示.,模块建构,知识建构,技能建构,6/177,(1)两个特殊位置,线圈平面与中性面重合时,磁感线与线圈平面垂直,磁通量,最大,但磁通量改变率,=,0,感应电动势为,零,感应电流为零,电流,方向在此位置前后发生改变.,线圈平面与中性面垂直时,磁感线与线圈平面平行,磁通量,为,零,但磁通量改变率,最大,感应电动势,最大,感应电流,最大,电流,方向,不变,.,2.正弦式交变电流改变规律,模块建构,知识建构,技能建构,7/177,(2)改变规律,若从线圈转到,中性面,时开始计时,则感应电动势与感应电流表,达式分别为:,e,=,E,m,sin,t,i,=,I,m,sin,t,.,若从线圈转到,与中性面垂直,位置开始计时,则感应电动势与感应,电流表示式分别为:,e,=,E,m,cos,t,i,=,I,m,cos,t,.,二、描述交变电流物理量,模块建构,知识建构,技能建构,8/177,1.周期、频率、角速度,交变电流周期、频率、角速度都是表征交变电流,改变快慢,物理量.,(1)周期,T,:交变电流完成一次周期性改变所需时间.,(2)频率,f,:交变电流在1 s内完成周期性改变次数.,(3)三者关系:,T,=,=,=2,f,.,我国工农业生产和生活用交变电流周期为,0.02,s,频率为,50,Hz.,模块建构,知识建构,技能建构,9/177,物理量,物理意义,主要关系,选取情况及说明,瞬时值,交变电流某一时刻值,e,=,E,m,sin,t,i,=,I,m,sin,t,计算线圈某时刻受力情况,峰值,最大瞬时值,E,m,=,nBS,E,m,=,n,m,I,m,=,讨论电容器、二极管击穿电压,2.交变电流“四值”,模块建构,知识建构,技能建构,模块建构,知识建构,技能建构,10/177,有效值,跟交变电流热效应等效恒定电流值,对正弦式电流,E,m,=,E,U,m,=,U,I,m,=,I,1.计算与电流热效应相关量(如功、功率、热量等),2.电气设备“铭牌”上所标一般为有效值,3.电表示数为有效值,4.保险丝熔断电流为有效值,模块建构,知识建构,技能建构,11/177,平均值,交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间比值,=,BL,=,n,=,计算经过电路截面电荷量,q=t=,模块建构,知识建构,技能建构,12/177,(2)若图象部分是正弦交变电流,其中,T,和,T,部分有效值可直接,应用,I,=,U,=,关系.,注意:(1)由感应电动势最大值公式,E,m,=,nBS,得,E,m,仅由,n,、,B,、,S,、,四个物理量所决定,与轴详细位置和线圈形状都无关.,模块建构,知识建构,技能建构,13/177,1.(山东泰安模拟)一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感,线轴匀速转动,穿过线圈磁通量随时间改变图象如图甲所表示,则以下说法正确是,(),A.,t,=0时刻,线圈平面与中性面垂直,B.,t,=0.01 s时刻,改变率最大,C.,t,=0.02 s时刻,交流电动势到达最大值,D.该线圈对应产生交流电动势图象如图乙所表示,模块建构,知识建构,技能建构,14/177,【解析】由,-,t,图知,t,=0时,最大,即线圈处于中性面位置,此时,e,=,0,故A、D两项错误;由图知,T,=0.04 s,在,t,=0.01 s时,=0,最大,e,最,大,则B项正确;在,t,=0.02 s时,最大,=0,e,=0,则C项错误.,【答案】B,模块建构,知识建构,技能建构,15/177,2.(北京海淀区模拟)先后用不一样交流电源给同一盏灯泡供,电.第一次灯泡两端电压随时间按正弦规律改变(如图甲所表示);第,二次灯泡两端电压改变规律如图乙所表示.若甲、乙图中,U,0,、,T,所,表示电压、周期是相同,则以下说法正确是,(),A.第一次灯泡两端电压有效值是,B.第二次灯泡两端电压有效值是,C.第一、第二次灯泡电功率之比是29,模块建构,知识建构,技能建构,16/177,D.第一、第二次灯泡电功率之比是15,【解析】甲电源有效值,U,=,U,0,A错;乙电源:,T,=,+,U,=,U,0,B错;,P,=,则两次功率之比,=,=,.即只有D正确.,【答案】D,模块建构,知识建构,技能建构,17/177,3.(浙江湖州模拟)在如图甲所表示电路中,电阻,R,阻值为50,若在,a,、,b,间加上如图乙所表示交流电压,则以下说法,错误,是,(),A.交流电压有效值为100 V,B.电流表示数为2 A,模块建构,知识建构,技能建构,18/177,C.产生该交变电流线圈在磁场中转动角速度为3.14 rad/s,D.假如产生该交变电流线圈转速提升一倍,则电流表示数也,增大一倍,【解析】交变电压有效值,U,=,=100 V,电流表示数为有效值,则,I,=,=2 A,选项A、B正确.,=,=314 rad/s,C错误.,I,=,=,故,I,D正确.,【答案】C,模块建构,知识建构,技能建构,19/177,4.(辽宁本溪模拟)如图所表示,单匝闭合线框在匀强磁场中,绕,垂直于磁场方向轴,OO,匀速转动,在转动过程中,穿过线框最大,磁通量为,m,线框中最大感应电动势为,E,m,以下说法中正确是,(),A.在穿过线框磁通量为,时刻,线框中感应电动势为,B.在穿过线框磁通量为,时刻,线框中感应电动势为,C.线框每转动一周,线框中感应电流方向改变一次,D.线框转动角速度为,【解析】闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向轴匀速转,动,若从中性面开始计时,穿过线框磁通量,按余弦规律改变,线,模块建构,知识建构,技能建构,20/177,框中产生感应电动势按正弦规律改变,在穿过线框磁通量为,时刻,线框中感应电动势大于,A错误;在穿过线框磁通,量为,时刻,线框感应电动势等于,B正确;线框每转动一周,线框中感应电流方向改变两次,C错误;由,E,m,=,BS,=,m,解得线框,转动角速度,=,D正确.,【答案】BD,模块建构,知识建构,技能建构,21/177,一、交变电流产生和改变规律,模块建构,知识建构,技能建构,22/177,例1一个面积为,S,单匝矩形线圈,abcd,在匀强磁场中以其一,条边,ab,为转轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直.线圈中产生感应电,动势,e,与时间,t,关系图象如图甲所表示.感应电动势最大值和周期,能够从图中读出,则:,甲,模块建构,知识建构,技能建构,23/177,(2)画出,t,=0时刻线圈平面与磁感线间相对位置关系.,(1)磁感应强度,B,多大?,(3)在,t,=,时,线圈平面与磁感线方向间夹角多大?,模块建构,知识建构,技能建构,24/177,【名师点金】解答本题时可按以下思绪分析:,由图象知,E,m,和,T,由,E,m,求,B,由,E,m,确定,B,与,S,关系,由瞬时式确,定夹角关系,【规范全解】(1)由,e,-,t,图象可直接读得,E,m,和,T,由,E,m,=,BS,和,=,得,B,=,.,模块建构,知识建构,技能建构,25/177,(2),t,=0时线圈中感应电动势为最大值,故该时刻线圈与磁场位置关,系如图乙所表示.,乙,模块建构,知识建构,技能建构,26/177,(3)由图象可知,e,=,E,m,cos,t,=,E,m,cos(,t,),当,t,=,时,有,e,=,E,m,cos(,)=,E,m,cos,即线圈平面与磁感线方向间夹角=,=30,.,【答案】(1),(2)如图乙所表示(3)30,方法概述,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向轴匀速转动能产生正弦式,交变电流,其最大值和瞬时值都与轴位置无关,E,m,=,nBS,e,=,E,m,sin,(,t,+,0,),其中,0,为,t,=0时线圈与中性面夹角,(,t,+,0,)为,t,时刻线圈与,中性面夹角.,模块建构,知识建构,技能建构,27/177,变式训练1如图甲所表示,一矩形线圈,abcd,放置在匀强磁场中,并沿,过,ab,、,cd,中点轴,OO,以角速度,逆时针匀速转动.若以线圈平面与,磁场夹角,=45,时(如图乙所表示)为计时起点,并要求当电流自,a,流向,b,时电流方向为正.则以下四幅图中正确是,(),模块建构,知识建构,技能建构,模块建构,知识建构,技能建构,28/177,【规范全解】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向轴匀速,转动时,产生电流按正弦规律改变,因为,t,=0时,线圈转动方向如,图乙,由右手定则判断可得,此时,ad,中电流方向为由,a,到,d,线圈中电流,方向为,a,d,c,b,a,与要求电流正方向相反,电流为负值.又因,为此时,ad,、,bc,两边切割磁感线速度方向与磁场方向成45,角,由,E,=,2,Blv,可得,E,=2,Blv,=,E,m,即此时电动势为最大值,倍,电流,当然也是最大值,倍,由图乙还能观察到,线圈在接下来45,转,动过程中,ad,、,bc,两边切割速度越来越小,所以感应电动势应减小,感应电流也应减小,综合上述三点可知D项正确.,【答案】D,模块建构,知识建构,技能建构,29/177,例2一个电阻为,r,、边长为,L,正方形线圈,abcd,共,N,匝,线圈在,磁感应强度为,B,匀强磁场中绕垂直于磁感线轴,OO,以如图所表示,角速度,匀速运动,外电路电阻为,R,.,二、正弦交变电流“四值”,模块建构,知识建构,技能建构,30/177,(2)求线圈转动过程中感应电动势最大值.,(1)在图中标出此刻线圈感应电流方向.,(3)线圈平面与磁感线夹角为60,时感应电动势为多大?,(4)设发电机由柴油机带动,其它能量损失不计,线圈转一周,柴油机,做多少功?,(5)从图示位置开始,线圈转过60,过程中经过,R,电量是多少?,(6)图中电流表和电压表示数各是多少?,模块建构,知识建构,技能建构,31/177,【名师点金】由磁场分布情况和线圈转动情况可确定瞬时值表示,式,电压表和电流表示数为电路中电压和电流有效值,而电荷量,计算则需用该时间内平均值.,模块建构,知识建构,技能建构,32/177,(2),E,m,=,NBS,=,NBL,2,.,【规范全解】(1)由右手定则可判定电流方向沿,dcba,.,(3)线圈平面与,B,成60,角时瞬时感应电动势,e,=,E,m,cos 60,=,NBL,2,.,模块建构,知识建构,技能建构,33/177,(4)电动势有效值,E,=,电流有效值,I,=,柴油机做功转化为电能,线圈转一周柴油机,做功,W,=,EIt,=,t,=,=.,模块建构,知识建构,技能建构,34/177,(5)因为,I,平均,=,=,故电量,q,=,I,平均,t,=,=,.,模块建构,知识建构,技能建构,35/177,(6)电流表显示干路电流有效值,则读数为,I,=,=,电压表显示路端电压有效值,则读数为,U,=,IR,=,.,【答案】(1)沿,dcba,(2),NBL,2,(3),NBL,2,(4),(5),(6),模块建构,知识建构,技能建构,36/177,方法概述,用交流电源给外电路供电,在求解功率或电热问题时候,同学们,很轻易把平均值与有效值混同,而求电荷量时又会乱用有效值,因,此“四值”要分明:求电荷量用平均值,焦耳值、功率计算用有效,值.,模块建构,知识建构,技能建构,37/177,变式训练2图示是一个交流发电机示意图,线框,abcd,处于匀强磁,场中,此时线框平面与磁场方向平行.已知,ab,=,bc,=10 cm,B,=1 T,线圈,匝数,N,=100,线圈总电阻,r,=5,灯泡电阻,R,=5,线圈以,n,=600 r/min,转速匀速转动,求:,模块建构,知识建构,技能建构,38/177,(2)从图示位置开始经过,s时感应电动势瞬时值.,(1)电流表和电压表示数.,模块建构,知识建构,技能建构,39/177,(3)从图示位置开始转过30,角过程中经过灯泡电荷量.,【规范全解】(1)图示位置时,线圈感应电动势最大,为:,E,m,=,NBS,=,NBS,=62.8 V,有效值,E,=,=44.4 V,由分压原理可知,电压表示数为22.2 V,由闭合电路欧姆定律可得,电流表示数为:,I,=,=4.44 A.,模块建构,知识建构,技能建构,40/177,(2)感应电动势瞬时值表示式为:,e,=,E,m,cos,t,=62.8cos 20,t,V,t,=,s时,感应电动势瞬时值,e,=31.4 V.,模块建构,知识建构,技能建构,41/177,(3)线圈转过30,角时,=,2,-,1,=,BS,sin 30,经过灯泡电荷量为:,q,=,t,=,N,=0.05 C.,【答案】(1)4.44 A22.2 V(2)31.4 V(3)0.05 C,模块建构,知识建构,技能建构,42/177,高考真题1(高考天津理综卷)在匀强磁场中,一矩形金属线,框绕与磁感线垂直转轴匀速转动,如图甲所表示,产生交变电动势,图象如图乙所表示,则,(),A.,t,=0.005 s时线框磁通量改变率为零,B.,t,=0.01 s时线框平面与中性面重合,模块建构,知识建构,技能建构,43/177,C.线框产生交变电动势有效值为311 V,D.线框产生交变电动势频率为100 Hz,【命题分析】本题考查交变电流产生及改变规律,难度中等.相关,交变电流图象问题,在每年高考中几乎都会考查到,题型普通为选,择题.,【解析提醒】首先依据图象得出最大值、周期、0时刻线圈位置,等,再利用这些信息得出瞬时值表示式和频率、有效值等物理量.,模块建构,知识建构,技能建构,44/177,【规范全解】由图象可知,t,=0.005 s时感应电动势最大,利使用方法拉第,电磁感应定律公式能够判断感应电动势最大,磁通量改变率也最大,A错误;,t,=0.01 s时感应电动势为零,此时线圈平面与中性面重合,B正,确;线框产生交变电动势有效值,E,=,=,V=220 V,C错误;线框,产生交变电动势频率,f,=,=,Hz=50 Hz,D错误.,【答案】B,模块建构,知识建构,技能建构,45/177,考向预测1如图甲所表示,为一个可调压自耦变压器结构示意图,线圈均匀绕在圆环形铁芯上,若,AB,间输入如图乙所表示交变电压,转,动滑动触头,P,到如图甲所表示位置,在,BC,间接一个理想交流电压表,(图甲中未画出),则,(),A.,AB,间输入交流电电压瞬时值表示式为,u,=220,sin(100,t,),V,模块建构,知识建构,技能建构,46/177,B.该交流电频率为100 Hz,C.,t,=1,10,-,2,s时电压表读数为零,D.,BC,间输出电功率为零,【解析】由乙图可读出交流电最大值为,U,m,=220,V,周期,T,=2,1,0,-,2,s,=,=100 rad/s.则交流电电压瞬时值,u,=,U,m,sin,t,=220,sin,(100,t,)V,A正确;由,f,=,=50 Hz,知B错误;因电压表测交流电电压,时,读数为交流电有效值,不能读出瞬时值,所以读数为220 V,则C,错误;因为,BC,间接理想电压表,R,V,无穷大,则,P,=,=0,D正确.,【答案】AD,模块建构,知识建构,技能建构,47/177,高考真题2(高考四川理综卷)如图所表示,在匀强磁场中匀速,转动矩形线圈周期为,T,转轴,O,1,O,2,垂直于磁场方向,线圈电阻为2,.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60,时感应电,流为1 A.那么,(),A.线圈消耗电功率为4 W,B.线圈中感应电流有效值为2 A,C.任意时刻线圈中感应电动势为,e,=4cos,t,D.任意时刻穿过线圈磁通量为,=,sin,t,模块建构,知识建构,技能建构,48/177,【命题分析】本题考查交变电流产生及改变规律、交变电流,有效值计算,难度中等,这类题在高考中几乎每年都会被考查到,题,型普通为选择题,有时会出现填空或计算题.,【解析提醒】交变电流产生及改变规律与转轴在线圈上位置,无关,线圈中产生是正弦交流电,依据题目中已知信息可先确定电,流表示式,再计算有效值和电功率.,模块建构,知识建构,技能建构,49/177,【规范全解】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场轴匀速转动,将产,生交变电流.因为是从与中性面垂直位置开始计时,所以电流按余,弦规律改变,即,i,=,I,m,cos,t,当,t,=60,时,i,=1 A,所以,I,m,=2 A,电流有效,值为,A,选项B错误;线圈电功率,P,=,I,2,R,=4 W,选项A正确;电动势,峰值,E,m,=,I,m,R,=4 V,所以感应电动势瞬时值表示式,e,=4cos,t,选项,C正确;又因为,E,m,=,BS,=,m,所以任意时刻穿过线圈磁通量,=,sin,t,选项D错误.,【答案】AC,模块建构,知识建构,技能建构,50/177,考向预测2如图所表示单匝矩形线圈放置在磁感应强度为,B,匀强,磁场中,以恒定角速度,绕,ab,边转动,磁场方向垂直于纸面向里,线,圈所围面积为,S,线圈导线总电阻为,R,.,t,=0时刻线圈平面与纸面重,合.且,cd,边正在向纸面外转动,则,(),A.线圈中,t,时刻电流瞬时值表示式,i,=,cos,t,B.线圈中电流有效值,I,=,C.线圈中电流有效值,I,=,D.线圈消耗电功率,P,=,模块建构,知识建构,技能建构,51/177,=,P,=,I,2,R,=,故A、B、D错误,C正确.,【答案】C,【解析】回路中感应电动势最大值,E,m,=,BS,电流最大值,I,m,=,=,t,=0时为中性面,故瞬时值表示式,i,=,sin,t,.电流有效值,I,=,模块建构,知识建构,技能建构,52/177,第2讲变压器电能输送,知识建构,技能建构,53/177,1.基本结构:闭合铁芯和线圈,如图所表示.,一、理想变压器,知识建构,技能建构,54/177,2.理想变压器原理:穿过原、副线圈磁通量,=,BS,和磁通量变,化率,相同,结果原、副线圈中交变电流,T,、,f,都,相同,感应电,动势与它们各自线圈匝数成正比.,3.变压器主要规律,(1)在磁损不计情况下,电压关系:,=,.,当,n,1,n,2,时,有,U,1,U,2,叫做,降压器,;当,n,1,n,2,则,U,1,U,2,叫做,升压器,.,知识建构,技能建构,55/177,(3)电流关系:只有一组副线圈,则,=,;有几组副线圈,则,I,1,U,1,=,I,2,U,2,+,I,3,U,3,+,.,二、远距离输电,(2)在能损不计情况下,输出功率,等于,输入功率.,知识建构,技能建构,56/177,1.输电线上功率损失,由导线上发烧损失功率公式,P,损,=,I,2,R,可知,减小输电线上电流是,减小发烧损失可行方法.在输送功率一定情况下,由,P,送,=,UI,及,P,损,=,I,2,R,可知,能够采取,提升输送电压,方法减小输送电流,从而到达,减小导线上发烧损失目标.,知识建构,技能建构,57/177,2.输送过程示意图及基本关系,(1)输电过程电压关系,知识建构,技能建构,58/177,(2)输电过程功率关系,P,出,=,P,损,+,P,用,知识建构,技能建构,59/177,1.(山东济南模拟)如图所表示,理想变压器原、副线圈分别接,着定值电阻,R,1,、,R,2,且,R,1,=,R,2,原、副线圈匝数比,n,1,n,2,=21,交流电,源电压为,U,则,(),A.,R,1,两端电压为,B.,R,1,两端电压为,C.,R,2,两端电压为,D.,R,2,两端电压为,知识建构,技能建构,60/177,确.,【答案】AC,【解析】输入交流电源电压,U,应等于原线圈两端电压加上,R,1,两,端电压,即,U,=,U,1,+,则经过原线圈电流,I,1,=,=,而,I,2,=,=,.,又因为,=,=,R,1,=,R,2,=,所以代入可求得,=,=,A、C正,知识建构,技能建构,61/177,2.(河北衡水模拟)如图所表示为理想变压器原线圈所接正弦交,流电源两端电压,-,时间图象.原、副线圈匝数比,n,1,n,2,=101,串联,在原线圈电路中交流电流表示数为1 A,则,(),A.变压器原线圈所接交流电压有效值为220 V,B.变压器输出端所接电压表示数为22,V,C.变压器输出端交变电流频率为50 Hz,知识建构,技能建构,62/177,D.变压器输出功率为220,W,【解析】由交流电有效值与最大值关系可得,U,=,=220 V,A,正确;变压器输出电压,U,2,=,U,=22 V,电压表示数即为有效值,为22,V,B错误;由图可知,交变电流周期,T,=0.02 s,则频率,f,=50 Hz,且变,压器工作时交变电流频率不变,C正确;变压器输出功率等于,输入功率,P,=,IU,=220 W,D错误.,【答案】AC,知识建构,技能建构,63/177,3.(吉林长春模拟)用电高峰期,电灯往往会变暗,其原理可简,化为以下物理问题.如图所表示,理想变压器副线圈上,经过输电线连,接两只相同灯泡L,1,和L,2,输电线等效电阻为,R,原线圈输入有效值,恒定交流电压,当开关S闭合时,以下说法正确是,(),A.原线圈中电流减小,B.,R,两端电压增大,C.副线圈输出电压减小,知识建构,技能建构,64/177,D.原线圈输入功率减小,【解析】因为变压器原、副线圈匝数不变,原线圈输入有效值,恒定交流电压,则副线圈两端输出电压也是不变,当S闭合,并联了一个灯泡,电路电阻减小,流过,R,电流增加,则,R,两端电,压增加,原线圈中电流也增加,原线圈输入功率增大.,【答案】B,知识建构,技能建构,65/177,4.(安徽淮北模拟)如图所表示,一理想变压器原线圈匝数,n,1,=1,000匝,副线圈匝数,n,2,=200匝,电阻,R,=88.原线圈接入一电压,u,=220,sin 100,t,(V)交流电源,电压表和电流表对电路影响可忽略不计,则,(),A.,t,=1 s时刻,电压表示数为0,B.电流表示数为2.5 A,C.变压器输入功率为22 W,知识建构,技能建构,66/177,D.副线圈交变电流频率是100 Hz,【解析】电压表示数应该为有效值,由,=,可得:,U,2,=44 V,A错误;,I,2,=,=0.5 A,故,I,1,=,I,2,=0.1 A,即电流表示数为0.1 A,B错误;对于理想,变压器,电源输入功率与输出功率相等,由,P,=,UI,可知C正确;依据,f,=,=,Hz=50 Hz可知D错误.,【答案】C,知识建构,技能建构,67/177,一、理想变压器及其原、副线圈基本量关系,知识建构,技能建构,68/177,例1如图所表示,理想变压器,B,原线圈跟副线圈匝数比,n,1,n,2,=21,交流电源电压,U,=311sin 100,t,V,F,为熔断电流,I,0,=1.0 A保险,丝,负载,R,为一可变电阻.,知识建构,技能建构,69/177,(2)要使保险丝不被熔断,电阻,R,阻值应大于多少?变压器输出,电功率不能超出多少?,【名师点金】依据保险丝熔断电流大小,利用变压器原、副线圈,电流、电压关系计算出电阻,R,临界阻值.,(1)当电阻,R,=100 时,保险丝能否被熔断?,知识建构,技能建构,70/177,【规范全解】原线圈电压有效值,U,1,=,V=220 V,由,=,得副线圈两端电压,U,2,=,U,1,=,220 V=110 V.,知识建构,技能建构,71/177,(1)当,R,=100 时,副线圈中电流,I,2,=,=,A=1.10 A,由,U,1,I,1,=,U,2,I,2,得原线圈中电流,I,1,=,I,2,=,1.10 A=0.55 A,因为,I,1,I,0,(熔断电流),故保险丝不会熔断.,知识建构,技能建构,72/177,(2)设电阻,R,取某一值,R,0,时,原线圈中电流,I,1,刚好抵达熔断电流,I,0,即,I,1,=1.0 A,则副线圈中电流,I,2,=,I,1,=,I,1,=2,1.0 A=2.0 A,可变电阻阻值:,R,0,=,=,=55,此时变压器输出功率为,P,2,=,I,2,U,2,=2.0,110 W=220 W,可见,要使保险丝,F,不被熔断,电阻,R,阻值不能小于55,输出电,功率不能大于220 W.,知识建构,技能建构,73/177,【答案】(1)保险丝不会熔断(2)电阻,R,阻值不能小于55 电,功率不能大于220 W,知识建构,技能建构,74/177,功率关系,原线圈输入功率等于副线圈输出功率,电压关系,原、副线圈电压比等于匝数比,与负载情况、副线圈个数多少无关,电流关系,只有一个副线圈,电流和匝数成反比多个副线圈,由输入功率和输出功率相等确定电流关系,频率关系,原、副线圈中交流电频率相等,方法概述,理想变压器原、副线圈基本量关系,知识建构,技能建构,75/177,电压,副线圈电压,U,2,由原线圈,电压,U,1,和匝数比决定,功率,原线圈输入功率P1由副线圈输出功率P2,决定,电流,原线圈电流,I,1,由副线圈,电流,I,2,和匝数比决定,知识建构,技能建构,76/177,例2如图所表示,理想变压器输入端,PQ,接稳定交流电源,经过,单刀双掷开关S可改变变压器初级线圈匝数(图中电压表及电流,表皆为理想电表),则以下说法中正确是,(),A.当滑片,c,向,b,端移动时,变压器输入功率变大,B.当滑片,c,向,a,端移动时,电流表,示数将减小,电压表,示数,不变,二、理想变压器动态问题分析,知识建构,技能建构,77/177,C.当滑片,c,向,b,端移动时,电流表,示数将变大,电压表,示数,也变大,D.滑片,c,不动,将开关S由1掷向2时,三个电表,、,、,示数,都变大,【名师点金】滑片,c,移动,是改变负载电阻大小,从而改变副线圈,电流、功率,进而改变原线圈电流;开关S由1掷向2,是降低原线圈,匝数,从而改变其它各物理量.,知识建构,技能建构,78/177,【规范全解】,c,向,b,端移动时,R,变大,输出功率,P,2,=,又因,U,2,不变,则,P,2,减小,所以输入功率减小,A项错误.,【答案】D,知识建构,技能建构,79/177,1.匝数比不变情况,如图甲所表示.,甲,方法概述,知识建构,技能建构,80/177,(1),U,1,不变,依据,=,输入电压,U,1,决定输出电压,U,2,不论负载电阻,R,怎样改变,U,2,也不变.,(2)当负载电阻发生改变时,I,2,改变,输出电流,I,2,决定输入电流,I,1,故,I,1,发,生改变.,(3),I,2,改变引发,P,2,改变,P,1,=,P,2,故,P,1,发生改变.,知识建构,技能建构,81/177,2.负载电阻不变情况如图乙所表示.,乙,知识建构,技能建构,82/177,(2),R,不变,U,2,改变,故,I,2,发生改变.,(1),U,1,不变,发生改变,故,U,2,改变.,(3)依据,P,2,=,P,2,发生改变,再依据,P,1,=,P,2,故,P,1,改变,P,1,=,U,1,I,1,U,1,不变,故,I,1,发生改变.,知识建构,技能建构,83/177,3.分析动态问题思绪可表示为:,U,1,U,2,I,2,I,1,P,1,.,变式训练1一理想变压器原、副线圈匝数比为101,原线圈输,入电压改变规律如图甲所表示,副线圈所接电路如图乙所表示,P,为滑,动变阻器触头.以下说法正确是,(),A.副线圈输出电压频率为50 Hz,知识建构,技能建构,84/177,B.副线圈输出电压有效值为31 V,C.,P,向右移动时,原、副线圈电流比减小,D.,P,向右移动时,变压器输出功率增加,知识建构,技能建构,85/177,【规范全解】由图象可知原线圈输入电压最大值:,U,m,=310 V,T,=2,10,-,2,s,则原线圈输入电压有效值:,U,1,=,=220 V,f,=,=,Hz=50,Hz,选项A正确;由,=,可得:,U,2,=,U,1,=22 V,B错误;,P,向右移动时,副,线圈所接电路电阻减小,又副线圈输出电压不变,所以副线圈电,流增大,原线圈电流也增大,而匝数比不变,所以原、副线圈电流,比不变,又副线圈输出电压不变,则变压器输出功率增加,D正确,C,错误.,【答案】AD,知识建构,技能建构,86/177,例3某小型发电站发电机输出交流电压为500 V,输出电功,率为50 kW,假如用电阻为3 输电线向远处用户送电,这时用户获,得电压和电功率是多少?假如,要求输电线上损失电功率是输送,功率0.6%,则发电站要安装一个升压变压器,抵达用户前再用降压,变压器变为220 V供用户使用,不考虑变压器能量损失,这两个变,压器原、副线圈匝数比各是多少?,三、远距离输电问题,知识建构,技能建构,87/177,【名师点金】先画出输电线路图,然后以变压器为界,分成几个独立,闭合电路,应用欧姆定律和串、并联电路特点及电功、电功率,等相关公式分析各自电流、电压和功率关系,各独立回路之间可,经过变压器,=,=,及理想变压器,P,入,=,P,出,等联络起来.,知识建构,技能建构,88/177,【规范全解】用500 V电压送电时示意图如图甲所表示,50 kW电,功率在输电线上电流为:,I,0,=,=,A=100 A,用户取得电压为:,U,1,=,U,0,-,I,0,R,=(500,-,100,3)V=200 V,用户取得功率,P,1,=,I,0,U,1,=2,10,4,W,改用高压输送时,示意图如图乙所表示,要求,P,损,=0.6%,P,即,P,损,=50,10,3,0.6%W=300 W,甲,知识建构,技能建构,89/177,乙,【答案】200 V2,10,4,W11049722,知识建构,技能建构,90/177,(1)解经过升压、降压变压器进行远距离送电问题关键是分清各,部分输入、输出各个物理量及其相互关系.,方法概述,(2)输电导线将升压变压器与降压变压器连接起来,即升压变压器副,线圈中电流、输电线上电流与降压变压器原线圈中电流三,者相等.,(3)电压是由发电站控制,送电单位经过控制用户使用,同时用户,也能够经过电流或功率影响送电单位电能输送.,知识建构,技能建构,91/177,(4)还需注意以下几点:,因为输电距离不变,所以输电线长度一定.(要考虑双线输电),发电机输出功率通常认为是恒定.,输电导线上电能损失往往要求不能超出某一要求值.,熟记两个基本公式,电压关系:,U,升,=,U,降,+,U,=,U,降,+,IR,线,能量关系:,P,出,=,P,损,+,P,降,=,R,线,+,I,2,U,降,=,I,1,U,升,.,变式训练2某发电站输出功率为1,10,4,kW,输出电压为4 kV,通,过理想变压器升压后向80 km远处供电,已知输电导线电阻率,=2.,4,10,-,8,m,导线横截面积为1.5,10,-,4,m,2,输电线路损失功率为输出,功率4%,求:,知识建构,技能建构,92/177,(2)输电线路上电压损失.,【规范全解】(1)导线电阻,r,=,=2.4,10,-,8,=25.6,输电线路损失功率为输出功率4%,则4%,P,=,I,2,r,代入数据得:,I,=125 A,由理想变压器,P,入,=,P,出,及,P,=,UI,得:,输出电压,U,=,=,V=8,10,4,V.,(1)升压变压器输出电压.,知识建构,技能建构,93/177,(2)输电线路上电压损失,U,=,Ir,=125,25.6 V=3.2,10,3,V.,【答案】(1)80000 V(2)3200 V,知识建构,技能建构,94/177,高考真题1(高考福建理综卷)图甲中理想变压器原、副线,圈匝数之比,n,1,n,2,=51,电阻,R,=20,L,1,、L,2,为规格相同两只小,灯泡,S,1,为单刀双掷开关.原线圈接正弦交变电源,输入电压,u,随时间,t,改变关系如图乙所表示.现将S,1,接1、S,2,闭合,此时L,2,正常发光.以下说,法正确,(),甲乙,A.输入电压,u,表示式,u,=20,sin(50,t,)V,B.只断开S,2,后,L,1,、L,2,均正常发光,知识建构,技能建构,95/177,C.只断开S,2,后,原线圈输入功率增大,D.若S,1,换接到2后,R,消耗电功率为0.8 W,【命题分析】本题考查正弦交变电流改变规律及变压器动态问,题分析,难度中等,将交变电流图象与变压器结合起来是近几年高考,热点.,【解析提醒】首先由图象得出有效值和瞬时值表示式,再依据变压,器原、副线圈各量关系判断电路改变前后各量改变情况.,知识建构,技能建构,96/177,【规范全解】由图乙可知输入电压最大值,u,m,=20,V,=100,输入,电压表示式,u,=20,sin(100,t,)V,选项A错误;只断开S,2,后,L,1,、L,2,电,压均为正常工作电压二分之一,两灯泡均不能正常发光,选项B错误;只,断开S,2,后,副线圈接入电阻变大,输出功率减小,原线圈输入功率也,变小,选项C错误;S,1,换接到2后,由,=,及,P,=,可知,P,=0.8 W,选项D,正确.,【答案】D,知识建构,技能建构,97/177,考向预测1如图甲所表示,理想变压器原、副线圈匝数比为201,R,1,=10,R,2,=20,电容器电容,C,=100 F.已知电阻,R,1,两端正弦交流,电压如图乙所表示,则,(),A.原线圈输入电压最大值为400 V,B.交流电频率为100 Hz,C.电容器所带电荷量恒为2,10,-,3,C,知识建构,技能建构,98/177,D.电阻,R,1,消耗电功率为20 W,【解析】由图乙可知变压器输出电压最大值为20 V,有效值为1,0,V,变压器原、副线圈匝数比为201,所以原线圈输入电压,最大值为400 V,A选项正确;副线圈交流电周期为0.02 s,频率,为50 Hz,原、副线圈交流电频率一致,B选项错误;电容器所带电,荷量随电压改变而改变.C选项错误;,R,1,消耗电功率,P,=,=20 W,D,选项正确.,【答案】AD,知识建构,技能建构,99/177,高考真题2(高考天津理综卷)为探究理想变压器原、副线,圈电压、电流关系,将原线圈接到电压有效值不变正弦交流电,源上,副线圈连接相同灯泡L,1,、L,2,电路中分别接了理想交流电压,表,、,和理想交流电流表,、,导线电阻不计,如图所表示.当开,关S闭合后,(),A.,示数变大,与,示数比值不变,B.,示数变大,与,示数比值变大,知识建构,技能建构,100/177,C.,示数变小,与,示数比值变大,D.,示数不变,与,示数比值不变,【命题分析】本题考查理