浙江省2018-2019版高中物理 第五章 交變電流章末整合提升學(xué)案 新人教版選修3-2.doc
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第五章 交變電流 章末整合提升 突破一 交變電流四值的計(jì)算與應(yīng)用 交變電流“四值”的比較 物理量 物理含義 重要關(guān)系 適用情況及說明 瞬時值 交變電流某一時刻的值 e=Emsin ωt i=Imsin ωt 計(jì)算線圈某時刻的受力情況 峰值 最大的瞬時值 Em=nBSω Im= 討論電容器的擊穿電壓 有效值 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值 E= U= I= 適用于正(余) 弦式交變電流 (1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等) (2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值 (3)保險絲的熔斷電流為有效值 平均值 交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值 =Bl = = 計(jì)算通過電路截面的電荷量 【例1】 (2017溫州高二檢測)如圖1所示為交流發(fā)電機(jī)示意圖,矩形線圈的匝數(shù)N=50 匝,每匝線圈的邊長lab=0.4 m,Lbc=0.2 m,矩形線圈所在處的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T,線圈總電阻r=1 Ω,外接電阻R=9 Ω,線圈以n= r/s的轉(zhuǎn)速在磁場中勻速轉(zhuǎn)動。求: 圖1 (1)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值; (2)若線圈從通過中性面時開始計(jì)時,寫出回路中電流隨時間變化的關(guān)系式; (3)交流電壓表和電流表的讀數(shù); (4)此交流發(fā)電機(jī)的總功率和輸出功率。 解析 (1)設(shè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動的角度為ω, 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值 Em=NBSω,而ω=2πn 代入數(shù)據(jù)得Em=160 V,ω=200 rad/s (2)線圈中產(chǎn)生的交變電流的最大值 Im==16 A 線圈從通過中性面時開始計(jì)時,交變電流的表達(dá)式為正弦函數(shù)i=Imsin ωt=16sin 200t A (3)電流表的讀數(shù)為交變電流的有效值, 即I==8 A 電壓表的讀數(shù)為U=IR=72 V (4)發(fā)電機(jī)的總功率P總=IE 而E==80 V 代入數(shù)值得P總=1 280 W 發(fā)電機(jī)的輸出功率等于外電路電阻消耗的功率,即 P出=PR=IU=872 W=1 152 W。 答案 (1)160 V (2)i=16sin 200t A (3)72 V 8 A (4)1 280 W 1 152 W 【跟蹤訓(xùn)練1】 如圖2所示,單匝矩形圈放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,以恒定的角速度ω繞ab邊轉(zhuǎn)動,磁場方向垂直于紙面向里,線圈所圍面積為S,線圈導(dǎo)線的總電阻為R。t=0時刻線圈平面與紙面重合,且cd邊正在向紙面外轉(zhuǎn)動。則下列說法正確的是( ) 圖2 A.t時刻線圈中電流瞬時值表達(dá)式i=cos ωt B.線圈中電流的有效值I= C.線圈中電流的有效值I= D.線圈中消耗的電功率P= 解析 回路中感應(yīng)電動勢的最大值Em=BSω, 電流的最大值Im==, t=0時線圈處于中性面位置, 故瞬時值表達(dá)式i=sin ωt, 電流有效值I==, P=I2R=,故選項(xiàng)A、B錯誤,C、D正確。 答案 CD 突破二 交流電圖象的應(yīng)用 交流電的圖象反映了交變電動勢(電流)隨時間的變化特征,對正弦式交流電來說,我們可以從圖象中獲取如下信息: 1.交流電的周期(T) 一個完整的正弦波對應(yīng)的時間段,知道了周期便可以算出線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω=。 2.交流電的最大值(Em、Im) 圖象上的峰值,知道了最大值,便可計(jì)算出交變電動勢(交變電流)的有效值。 3.任意時刻交流電的瞬時值 圖象上每個“點(diǎn)”表示某一時刻交流電的瞬時值。 【例2】 如圖3所示是某正弦式交變電壓的波形圖,由圖可確定該電壓的( ) 圖3 A.周期是0.01 s B.最大值是311 V C.有效值是220 V D.表達(dá)式為u=220sin πt(V) 解析 由題圖知:最大值Um=311 V,且為正弦式交變電流,有效值U==220 V,周期T=0.02 s,表達(dá)式為 u=311sin 100πt(V),故選項(xiàng)B、C正確。 答案 BC 【跟蹤訓(xùn)練2】 (2017杭州高二檢測)一矩形線圈,在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁感線的對稱軸轉(zhuǎn)動,形成如圖4所示的交變電動勢圖象,根據(jù)圖象提供的信息,以下說法正確的是( ) 圖4 A.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為 rad/s B.電動勢的有效值為14.1 V C.t=1.010-2s時,線圈平面和磁場方向的夾角為30 D.t=1.510-2 s時,穿過線圈平面的磁通量最大 解析 角速度ω== rad/s,A正確;電動勢的有效值E==14.1 V,B正確;電動勢的瞬時值e=20sin t V,從計(jì)時開始到t=1.010-2 s,線圈平面開始轉(zhuǎn)過的角度θ=ωt=1.010-2=,故線圈平面和磁場方向的夾角為30,C正確;t=1.510-2s時,線圈平面與磁場平行,磁通量最小,D錯誤。 答案 ABC 突破三 變壓器動態(tài)分析 處理此類問題的關(guān)鍵是分清變量和不變量,弄清理想變壓器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系,大致有兩種情況: (1)負(fù)載不變,原、副線圈匝數(shù)比改變; (2)原、副線圈匝數(shù)比不變,負(fù)載改變。 動態(tài)分析該類問題的思路可表示為: 【例3】 如圖5所示,M是一個小型理想變壓器,原、副線圈匝數(shù)之比n1:n2=10∶1,接線柱a、b接一正弦式交流電源,電壓u=220 sin (100 πt) V。變壓器右側(cè)部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖,其中R2為熱敏電阻(電阻隨溫度的升高而減小),R1為一定值電阻。下列說法正確的是( ) 圖5 A.當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時,電阻R1的功率變小 B.當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時,電壓表V2的示數(shù)變大 C.當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時,電流表A的示數(shù)變小 D.電壓表V1的示數(shù)為22 V 解析 根據(jù)題意,輸入電壓的有效值U1=220 V,再根據(jù)變壓比公式可知,副線圈的輸出電壓U2=22 V,因?yàn)檩斎腚妷簺Q定輸出電壓,所以當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時,副線圈電壓不變,仍是22 V,即電壓表V1的示數(shù)仍是22 V,選項(xiàng)D正確;當(dāng)R2所在處出現(xiàn)火情時,R2的阻值隨溫度升高而減小,副線圈電路的總電阻減小,輸出電流I2增大,電阻R1的功率P=IR1變大,R2兩端的電壓U=U2-I2R1變小,即電壓表V2的示數(shù)變小,輸入電流I1=I2變大,所以電流表A的示數(shù)變大,選項(xiàng)A、B、C錯誤。 答案 D 【跟蹤訓(xùn)練3】 如圖6所示,理想變壓器的副線圈通過輸電線接兩個相同的燈泡L1和L2,輸電線的等效電阻為R,開始時開關(guān)S斷開,當(dāng)S閉合時,下列說法中正確的是( ) 圖6 A.副線圈的輸出電壓減小 B.通過燈泡L1的電流減小 C.原線圈中的輸入電流增大 D.變壓器的輸入功率增大 解析 理想變壓器不計(jì)原、副線圈的直流電阻,副線圈兩端的電壓UMN不受負(fù)載電阻的影響,保持不變,故選項(xiàng)A錯誤;當(dāng)開關(guān)S閉合時,副線圈回路的總電阻減小,故副線圈回路中的電流I2增大,所以等效電阻R兩端的電壓增大,導(dǎo)致燈泡L1兩端的電壓減小,通過燈泡L1的電流減小,故選項(xiàng)B正確;因?yàn)閁MN不變,I2增大,變壓器的輸出功率增大,輸入功率也隨之增大,原線圈中的電流I1增大,故選項(xiàng)C、D正確。 答案 BCD 突破四 電能的遠(yuǎn)距離輸送 解決遠(yuǎn)距離輸電問題要注意以下兩點(diǎn): 1.首先畫出輸電線路示意圖,包括發(fā)電機(jī)、升壓變壓器、輸電線、降壓變壓器、負(fù)載等,在圖中標(biāo)出相應(yīng)物理量符號,利用輸電電流I=,輸電線上損失電壓ΔU=IR線,輸電線損失功率ΔP=I2R線=()2R線及其相關(guān)知識解答。 2.分別在“三個回路”以及“兩個變壓器”上找各物理量之間的關(guān)系,特別注意以升壓變壓器的副線圈、輸電線、降壓變壓器的原線圈組成的回路,在此回路中利用電路知識分析電壓關(guān)系和功率關(guān)系。 【例4】 輸電線的電阻共計(jì)1 Ω,輸送的電功率是100 kW,用400 V的低壓送電,輸電線上發(fā)熱損失的功率是多少千瓦?改用10 kV的高壓送電,發(fā)熱功率損失又是多少千瓦? 解析 輸送電功率100 kW,用400 V低壓送電,輸電線上電流 I1== A=250 A 輸電線上損失功率 P1=Ir=62.5 kW 若用10 kV高壓送電,輸電線上電流 I2== A=10 A 輸電線上損失功率P2=Ir=1021 W=0.1 kW。 答案 62.5 kW 0.1 kW- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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