2021-2022版高中物理-第五章-交变电流-阶段提升课学案-新人教版选修3-2.doc

2021-2022版高中物理 第五章 交变电流 阶段提升课学案 新人教版选修3-22021-2022版高中物理 第五章 交变电流 阶段提升课学案 新人教版选修3-2年级：姓名：- 9 -第五章 交变电流知识体系思维导图考点整合素养提升考点交变电流四值的计算和应用(难度)1.峰值:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动所产生的交流电,最大值Em=nBS。在考虑电容器的耐压值时应根据交流电的最大值。2.有效值:正弦式交流电的有效值E=、I=,非正弦式交流电的有效值应根据有效值的定义计算。求电功、电功率,确定保险丝的熔断电流,要用到有效值;没有特殊说明时,交流电的电流、电压、电动势指有效值,交流电表的测量值是有效值,交流电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值。3.瞬时值:当线圈平面处于中性面时开始计时,电动势的瞬时值表达式为e=Emsint。瞬时值对应某一时刻的电压、电流值。4.平均值:平均值需用=n和=进行计算,求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值,q=t=n。1.(多选)在匀强磁场中,一矩形金属框(电阻不计)绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图甲所示,产生的交变电动势的图象如图乙所示,将此电源连接到丙图理想变压器的原线圈上,变压器的原副线圈匝数比为21,副线圈的电阻R=110 ,则()A.t=0.005 s时金属框在中性面位置B.因为原线圈电阻不计,所以原线圈两端电压为零C.电流表的示数为1.0 AD.通过电阻R的电流方向每秒改变100次【解析】选C、D。t=0.005 s时金属框的磁通量变化率最大,感应电动势最大,故A错误;根据=可知,副线圈有电压,原线圈就有电压,故B错误;原线圈两端电压为U1= V,根据=可知:U2=110 V,I=1.0 A,故C正确;根据图乙可知,交流电的周期为0.02 s,即每秒电流方向改变100次,所以通过电阻R的电流方向每秒改变100次,故D正确。2.一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方Q正等于 ()A.1B.1C.12D.21【解析】选D。由题图可知,方波交流电电压的有效值为u0,正弦交流电电压的有效值为,设该电阻的阻值为R,则Q方=T,Q正=T=T,即Q方Q正=21,选项D正确,A、B、C错误。【补偿训练】图为一个小型旋转电枢式交流发电机结构示意图,其矩形线圈的长度为L1,宽度为L2,共有n匝,总电阻为r,与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻,线圈以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO匀速转动,沿转轴OO方向看去,线圈沿逆时针方向转动,t=0时刻线圈平面与磁感线垂直。(1)求线圈经过图示位置时,通过电阻R的感应电流的方向。(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式。(3)求线圈从t=0时所处的位置开始到转过90的过程中的平均感应电动势。(4)求线圈从t=0时所处的位置开始转过60时电路中的瞬时电流。(5)求线圈转动一个周期内电阻R上产生的热量。【解析】(1)根据右手定则可判断,线圈中的电流方向是dcba,故通过电阻R的电流方向是自下而上。(2)从中性面开始计时,感应电动势随时间按正弦规律变化,且最大感应电动势Em=nBL1L2,所以感应电动势的瞬时值表达式e=nBL1L2sin t。(3)由法拉第电磁感应定律有=n=。(4)由闭合电路欧姆定律有i=。(5)电动势的有效值E=,电流的有效值I=,线圈转动一个周期内电阻R上产生的热量Q=I2RT=。答案:(1)自下而上(2)e=nBL1L2sin t(3)(4)(5)考 点 1 与理想变压器有关的问题角度1理想变压器的基本量关系(难度)1.一个原理:根据电磁感应的原理改变交变电流的电压。2.三个关系:(1)功率:P入=P出。(2)电压:=(3)电流:只有一个副线圈时=。3.四个决定:(1)原线圈电压U1由提供原线圈电压的电源决定。(2)副线圈电压U2由原线圈电压及匝数比决定,与副线圈所接负载无关。(3)副线圈电流I2由副线圈电压和副线圈所接负载决定。(4)原线圈电流I1由副线圈中的电流决定。角度2动态变化分析(难度)(1)匝数比不变,负载电阻变化的情况,如图甲所示。U1不变,根据=,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻R如何变化,U2不变。当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化。I2变化引起P2变化,P1=P2,故P1发生变化。(2)负载电阻不变,匝数比变化的情况,如图乙所示。U1不变,发生变化,故U2变化。R不变,U2变化,故I2发生变化。根据P2=,可知P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化。用一理想变压器给负载供电,变压器输入端的电压不变,如图所示。开始时开关S是断开的。现将开关S闭合,则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是()A.V1、V2的示数不变,A1的示数增大,A2的示数减小,P入增大B.V1、V2的示数不变,A1、A2的示数增大,P入增大C.V1、V2的示数不变,A1、A2的示数减小,P入减小D.V1的示数不变,V2的示数增大,A1的示数减小,A2的示数增大,P入减小【解析】选B。电压表V1的示数由输入电压决定,电压表V2的示数由输入电压U1(大小等于电压表V1的示数)和匝数比决定,电流表A2的示数由输出电压U2(大小等于电压表V2的示数)和负载电阻R负决定;电流表A1的示数即I1由变压器的匝数比和输出电流I2决定;P入随P出而变化,由P出决定。因输入电压不变,所以电压表V1的示数不变。根据公式U2=,可知U2也不变,即电压表V2的示数不变。又根据I2=知,S闭合后R负减小,故I2增大,电流表A2的示数增大。输入电流I1随输出电流I2增大而增大,故电流表A1的示数增大。因P出=U2I2,故P出增大,P入等于P出,故P入也增大。可见本题的正确选项为B。【加固训练】一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31,在原、副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()A.U=66 V,k=B.U=22 V,k=C.U=66 V,k=D.U=22 V,k=【解析】选A。设原线圈中电流为I,由=知副线圈中的电流I2=3I,由题意知副线圈中电阻两端的电压U=3IR,则原线圈回路中R两端的电压UR=IR=,原线圈两端的电压U1=3U,由闭合电路中电压关系可知U1+UR=220 V,即+3U=220 V,U=66 V,原线圈回路中电阻消耗的功率P1=I2R,副线圈回路中电阻消耗的功率P2=(3I)2R,=k=,选项A正确。考 点 2 远距离输电线路的计算和分析 (难度)1.熟知一个流程:2.理清三个回路:回路1:发电机回路。该电路中,通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机;线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机;线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机。回路2:输送电路。I2=I3=IR,U2=U3+UR,P2=PR+P3。回路3:输出电路。I4=I用,U4=U用,P4=P用。3.抓住两个关系:(1)理想升压变压器联系着回路1和回路2,两回路中重要的关系式有=, I1n1=I2n2,P1=P2。(2)理想降压变压器联系着回路2和回路3,两回路中重要的关系式有=, I3n3=I4n4,P3=P4。4.掌握两种损耗:(1)电压损耗:输电线上的电阻导致的电压损耗,U=U2-U3=IRR。(2)功率损耗:输电线上电阻发热导致的功率损耗,P=P2-P3=R。输电线上的能量损耗是热损耗,计算功率损耗时用公式P=R或P=。某交流发电机给灯泡供电,产生正弦式交变电流的图象如图所示,下列说法中正确的是()A.交变电流的频率为0.02 HzB.交变电流的瞬时值表达式为i=5cos50t AC.在t=0.01 s时,穿过交流发电机线圈的磁通量最大D.若发电机线圈电阻为0.4 ,则其产生的热功率为5 W【解析】选D。由题图知,交流电的周期为0.02 s,故频率为50 Hz,A错;转动的角速度=100 rad/s,故电流瞬时值表达式为i=5cos100t A,B错;t=0.01 s时,电流最大,此时穿过线圈的磁通量应为0,C错;交流电电流的有效值I= A,故P=I2R=0.4 W=5 W,故D对。