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1、一. 教学内容: 专题一 交变电流教学过程一. 交流电: 1. 交流电:大小和方向随时间作周期性变化的电流。 如:¥ 2. 正弦交流电的产生:矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场轴匀速转动。 (1)电动势的产生: , 任意时刻t,线圈从中性面转过角度=t 说明:交流电的峰值与线圈转轴位置和线圈形状都无关。 交流电瞬时表达式是正弦或余弦,取决于计时零点线圈所处位置。- (2)外电路闭合,R外,r (3)线圈转动一圈,交流电变化一个周期,电流方向变化两次。(每经过中性面时,e=0,i=0,电流方向将发生改变) 3. 描述交流电变化规律: 4. 描述交流电物理量: . (5)有效值:根据交流电热效应利用
2、等效原理规定:让交流电和恒定电流通过同样阻值的电阻,在相等时间内产生的热量Q相等,则恒定电流的值为交流电有效值。 式交流电,依据定义Q交=Q直求有效值。 (2)通常所说交流电值均指交流电的有效值。 秒电流方向改变100次) 交流电器的铭牌上标明U额、I额是有效值,交流电表(电压表、电流表)读数也是有效值。 (3)计算通过电量,用平均值,计算交流产生热量,电功率用有效值。Q=I2Rt,P=I2R 二. 变压器 1. 主要构造:输入线圈(原、初级)、输出线圈(副、次级)、闭合铁芯、 符号: 2. 工作原理:原线圈输入交流电U1,在铁芯中产生变化的磁通量,这样原线圈产生自感,副线圈产生电磁感应,反过
3、来,副线圈在铁芯中产生变化的磁通量,引起原线圈的电磁感 3. (1)理想变压器:传输交流电能时,自身不消耗电能。P2=P1。 原、副线圈没有电阻,不产生焦耳热,不计铜损。 不计铁芯内电磁感应,即不计铁损。? 注:¥三. 远距离输电 1. 输电原理:输电线总电阻R线,输送电功率P,输电电压U。 2. 高压输电原理:已知P输,输电电压U,输电线电阻R线,n1,n2,n3,n4。/ 【典型例题】 例1. 如图所示,N=100匝的正方形线圈,边长L=10cm,电阻r=1,在匀强磁场中,B=,以n=100/(r/s)的转速匀速转动,线圈通过滑环和电刷与R=9的电阻组成闭合回路(伏特表是恒热电表),求:
4、(1)从中性面开始计时,写出线圈中产生电动势e的表达式。【 (2)伏特表的示数。 (3)当线圈和中性面夹角=30时,安培力的力矩M安= (4)1min内,外力所做的功WF= 解析:(1)线圈转动的角速度为,电动势最大值为Em,则 (2)伏特表的示数为U$ (3)转过=30角时,安培力的力矩M安 (4)1min内外力的功为WF ! 例2. 如图所示,(a)图为电热毯的电路示意图,电热毯接在u=311sint(V)的电源上,电热毯被加热到一定程度后,由于装置P的作用,使加在电热丝ab两端的电压变为如图(b)所示的波形,从而进入保温状态,若电热丝电阻保持不变,此时图(a)中交流电压表读出交流电的有效
5、值是( )图(a) A. 156V B. 220V C. 311V D. 110V 解析:图(b)所示波形虽然是正弦波的一半,但在一个周期中,只有半个周期有电流做功产生焦耳热,另外半个周期电流为零不做功。因此整个周期内有效值也不能是正弦交流电最大值与有效值的关系,仍然应该从有效值定义出发求出一个周期内的有效值。图(b) 图(b)所示电压波形在一个周期内,交流电在电阻R上所产生的焦耳热为:| 设直流电压U在R上经一个周期T产生焦耳热 答案:A 例3. 如图所示为一理想变压器,K为单刀双掷开关,T为滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的电压,I1为原线圈中的电流强度,则( ) A. 保持U1
6、及T的位置不变,K由a合到b时,I1将增大 B. 保持T的位置及U1不变,K由b合到a时,R消耗的功率减小 C. 保持U1不变,K合在a处,使T上滑,I1将增大 D. 保持T的位置不变,K合在a处,若U1增大,I1将增大 解析:选项A正确。 K由b合到a时,与上述情况相反,副线圈电压U2将减小,R消耗的功率将减小,选项B正确。 错误。 所以本题的正确选项为ABD。 答案:ABD 重难点处理这类问题的关键是要分清变量和不变量,弄清理想变压器中各量间的联系和相互制约关系。在理想变压器中,U2由U1和匝数比决定;I2由U2和负载电阻决定;I1由I2和匝数比决定。 例4. 在绕制变压器时,某人误将两个
7、线圈分别绕在了如图所示形状铁芯的左右两臂,当通以交流电时,每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一个半通过中间的臂。已知线圈1、2的匝数比N1:N2=2:1,在不接负载的情况下( ) A. 当线圈1输入电压220V时,线圈2输出电压为110V B. 当线圈1输入电压220V时,线圈2输出电压为55V C. 当线圈2输入电压110V时,线圈1输出电压为220V D. 当线圈2输入电压110V时,线圈1输出电压为110V 解析:已知线圈1与线圈2匝数之比为N1:N2=2:1,当线圈1中通过交流电时产生的磁场,其磁通量只有一半通过线圈2,则线圈2中每匝产生的电动势的数值只有线圈1中电压值的
8、一半。 设线圈1中每匝电压为U0,则有 ) 当线圈2输入110V时,同理解得U1=110V 正确答案:B、D。 例5. (1997年高考)如图(甲)、(乙)所示两电路中,当a、b两端与e、f两端分别加上220伏的交流电压时,测得c、d间与g、h间的电压均为110伏。若分别在c、d间与g、h两端加上110伏的交流电压,则a、b间与e、f间的电压分别为( ) A. 220伏,220伏 B. 220伏,110伏# C. 110伏,110伏 D. 220伏,0 解析:电路(甲)是变压器,当在原线圈中加上220V的交流电压时,在原线圈中有交流电流通过,从而在铁心中产生交变磁场。由于铁心闭合,通过铁心任一
9、横截面的磁通量为110V,可断定c、d间的线圈匝数为a、b间线圈匝数的一半,若在c、d间加110V交流电压,则铁心中的磁通量仍等于,每匝线圈中的磁通量变化率仍为,所以在a、b间可测得交流电压为220V。 电路(乙)是分压器,当在e、f两端间加上220V交流电压,在滑动变阻器R上都有电流通过,现测得g、h间电压为110V,则此时电阻e、g之间的电压也为110V,若改在g、h两点间有电流通过,而e、g两点没有电流。因此此时电阻上有e、g两点间的交流电压为零,而g、h两点间的交流电压为110V,故此在e、f间测得的交流电压只有110V。 说明:本题主要是考查变压器与分压器两种电路的工作原理不相同的规
10、律,变压器工作原理是电磁感应;分压器的工作原理是欧姆定律与电阻串并联。 例6. 有条河流,流量Q2m3s-1,落差h5m,现利用其发电,若发电机总效率为50,输出电压为240V,输电线总电阻R30,允许损失功率为发电机输出功率的6。为满足用电的需要,使用户获得220V电压,则该输电线路所使用的理想升压、降压变压器的匝数比各是多少能使多少盏“220V 100W”的电灯正常发光 解析:按题意画出远距离输电的示意图如下图所示,电源端的输出功率:* 输电线上的功率损失P损I2R,所以输电线中电流为 则升压变压器B1的原线圈电压U1U出240V | 据题意知,U2220V,所以降压变压器的匝数比为 因为
11、理想变压器没有能量损失,所以可正常发光的电灯盏数为 重难点(1)为便于分析,应先画出输电线路简图,弄清楚电路的结构后再着手求解。 (2)变压器B1的输出电流和输电线上的电压损失、功率损失是联系两个变压器的纽带,解题时要抓住这个“纲”,纲举才会目张。;【模拟试题】 1. (全国I黑蒙桂理综,20)(6分)处在匀强磁场中的矩形线圈abcd,以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻,线圈平面与纸面重合(如图所示),线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由方向的感应电流为正,则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是( ) 2. (北京理综,18)(6分)正弦交变电源与
12、电阻R、交流电压表按照图1所示的方式连接,交流电压表的示数是10V。图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象。则( ) A. 通过R的电流随时间t变化的规律是 B. 通过R的电流随时间t变化的规律是 C. R两端的电压随时间t变化的规律是 D. R两端的电压随时间t变化的规律是 3. 当交流发电机的线圈平面与磁感线成60角时,电流瞬时值为,则该电流的有效值是( ) A. B. C. D. 4. 一闭合矩形线圈abcd绕固定轴OO匀速转动,OO位于线圈平面内垂直于匀强磁场的磁感线,如图甲所示,通过线圈内的磁通量随时间的变化规律如图乙所示,下列说法正确的是( ) A. 时刻通过线圈的磁通量变化率
13、最大: B. 时刻线圈中感应电流方向改变 C. 时刻线圈中感应电流方向改变 D. 时刻线圈中感应电动势最小 5. (南京)一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,周期为T,从中性面开始计时,当时,感应电动势的瞬时值为2V,则此交变电动势的有效值为( ) A. B. C. D. 6. 一个电热器接在10V的直流电源上,在时间t内产生的热量为Q,今将该电热器接在一交流电源上,它在2t内产生的热量为Q,则这一交流电源的交流电压的最大值和有效值分别是( ) A. 最大值是V,有效值是10V B. 最大值是10V,有效值是V C. 最大值是V,有效值是5V D. 最大值是20V,有效值是V 7
14、. (西城)有一理想变压器,原、副线圈的匝数比为4:1,原线圈接在一个交流电源上,交流电的变化规律如图所示,副线圈所接的负载电阻是。则( ) A. 原线圈交流电的频率为50Hz B. 副线圈输出电压为55V C. 流过副线圈的电流是5A D. 变压器输入、输出功率之比为4:1 8. (天津)如图所示,理想变压器原线圈接在正弦交变电压,副线圈通过输电线连接两只相同的灯泡L1、L2,输电线的等效电阻为R,在图示状态下,形状S是断开的,当开关S闭合时,下列说法正确的是( ) A. 副线圈两端的输出电压减小 B. 等效电阻R两端的电压减小 C. 通过灯泡L1的电流减小 D. 原线圈中的电流减小 9.
15、(南京)如图所示,T为理想变压器,A1、A2为理想交流电流表,V1、V2为理想交流电压表,R1、R2、R3为电阻,原线圈两端接电压一定的正弦交流电,当开关S闭合时,各交流电表的示数变化情况应是( )( A. 电压表V1读数变小 B. 电压表V2读数变大 C. 电流表A1读数变大 D. 电流表A2读数变小 10. 如图所示,已知,变压器没有功率损耗,在原线圈上加上交流电压,则上的发热功率是_W。若,发热功率与R2一样,则流过原线圈的电流I1和流过R3的电流I3之比为_。 11. (04江苏,13)如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220V的市电上,向额定电压为104V的霓虹灯供
16、电,使它正常发光。为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,使副线圈电路中电流超过12mA时,熔丝就熔断。 (1)熔丝的熔断电流是多大 (2)当副线圈电路中电流为10mA时,变压器的输入功率是多大 12. (西城区)如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中绕OO轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直。线圈匝数,电阻,长,宽,角速度,磁场的磁感强度B=,线圈两端外接电阻的用电器和一个交流电流表。求: (1)线圈中产生的最大感应电动势; (2)电流表的读数; (3)用电器上消耗的电功率。 13. 如图所示,匀强磁场的磁感应强度,边长L10cm的正方形线圈abcd共100匝,线圈电阻,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,角速度,外电路电阻。求: (1)转动过程中感应电动势的最大值; (2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过角时的瞬时感应电动势; (3)由图示位置转过角的过程产生的平均感应电动势; (4)交流电压表的示数; (5)转动一周外力做的功。【试题答案】 1. C 2. A 3. C 4. C 5. A 6. B 7. ABC 8. C 9. C 10. ,3:4 11. (1) (2) 12. (1) (2) (3) 13. (1);(2);(3);(4);(5)