【物理】2019届一轮复习人教版交变电流学案(1)

【物理】2019届一轮复习人教版交变电流学案(1)

‎ ‎ ‎3年高考2年模拟1年原创精品高考系列 专题12 交变电流 ‎ ‎【2019年高考考点定位】‎ 正弦交流电的有效值、极值、瞬时值的表达式以及它们之间的关系，非正弦交流电的有效值的计算仍会是本考点的着力点，备考中扎实掌握这些基础知识。以互感为原理的变压器是考察的常见形式，原副线圈的电压电流电功率关系，特别是接入二极管和传感器的情况下，整个电路的动态变化是一个热点。‎ ‎【考点pk】名师考点透析 考点一、交流电的产生及描述 ‎【名师点睛】‎ ‎1．正弦交流电：在匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的转轴匀速转动，线框中产生的交流电即按照正弦规律变化即正弦交流电。正弦交流电的电动势最大值，其中是线框的匝数，是匀强磁场的磁感应强度，是线框面积，是线框绕转轴转动的角速度。若从线框经过中性面即线框与磁场垂直开始计时，则电动势瞬时值，而磁通量瞬时值则为，即当电动势按照正弦规律随时间变化时，磁通量按照余弦规律随时间变化。‎ ‎2．正弦交流电的四值：正弦交流电的最大值即，，瞬时值（从中性面开始计时），。平均值常用来计算通过电路的电荷量，，即，那么通过电路的电荷量。有效值是根据热效应来定义的，如果交流电在一段时间内产生的热量与电压为电流为的直流电产生的热量相等，那么该交流电的有效电压就是有效电流就是。对正弦交流电而言，有效电压，有效电流,电路中所有电表的示数都是有效值，电功率电热的计算都是有效值，而电容器的击穿电压等则是指的最大值。 ^: 中 教 ]‎ 考点二、变压器和远距离输电 ‎【名师点睛】‎ ‎1．理想变压器：变压器有原副线圈和铁芯组成，其原理是原副线圈互感，要求原线圈必须输入交流电，这样才能产生电磁感应在副线圈感应出交流电，原副线圈磁通量变化率相同，所以有，‎ ‎，即原副线圈电压表等于匝数比。根据能量守恒有即，所以原副线圈电流和匝数成反比即。若有多个副线圈则，，电流关系则变为[www^. s t e p ]‎ ‎2．变压器动态分析：，，‎ ‎3．远距离输电简化电路如下 ‎[ :中 国 教育出版 ]‎ 远距离输电主要经过升压变压器和降压变压器，电路分析的顺序从输入端开始：，，，电功率分析从用户端开始：，电流的分析同样从用户端开始：，，。远距离输电时主要问题在于输电线电阻导致的电压损失，即输电线电阻。损失的电功率，要减少输电线上损失的电功率，就要减少输电线上面的电流，根据输电功率一定，采用增大输电电压来减小输电电流从而减少输电线的能量损失。‎ ‎【试题演练】‎ ‎1．两矩形线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化关系分别如图中甲、乙所示，则下列说法正确的是（ ）[ : 中 国教 育 出版 ]‎ A. 两交变电流的频率之比f甲：f乙=1：2‎ B. 两交变电流的电动势有效值之比E甲：E乙=3：1‎ C. t=1s时，两线圈中的磁通量的变化率均为零[来 源 : step.^com ]‎ D. t=1s时，两线圈均处在与中性面垂直的位置上 ‎【答案】 C ‎2．如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接在负载电阻，原副线圈匝数之比为20:1，交流电流表，电压表均为理想电表，下列说法正确的是 A. 交流电压表的读数为15.6V B. 交流电流表的读数为0.1A[中国 教 育出^版 ]‎ C. 副线圈输出交流电的周期为50s[来 源 :中国教育出版 ]‎ D. 原线圈的输入功率为 ‎【答案】 B ^step ]‎ ‎【解析】由题意知，原线圈电压有效值为220V，原、副线圈匝数之比为20:1，由，得，电压表的读数为有效值，即，故A错误；副线圈的电流为，由，得，故B正确；由，可知，由，解得： ，理想变压器不改变周期，故C错误．原线圈中的输入功率为，故D错误；选B.‎ ‎【点睛】根据瞬时值的表达式可以求得输出电压的有效值、周期和频率等，再根据电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，根据P=UI求出输入功率.‎ ‎3．（多选）如图所示的理想变压器电路中，原副线圈的匝数比为2∶1，原、副线圈的电路中均有一阻值为R的定值电阻，副线圈电路中定值电阻和滑动变阻器串联， a、b端接电压恒定的正弦交流电，在滑动变阻器滑片P 向右移动的过程中 ‎[中国 教育 出版^ ]‎ A. 原线圈电路中定值电阻R消耗的功率在减小 B. 副线圈电路中定值电阻R消耗的功率在增大 C. 原、副线圈电路中定值电阻R消耗的功率之比恒定为1∶4‎ D. 原、副线圈电路中定值电阻R两端的电压之比恒定为2∶1‎ ‎【答案】 BC ‎【点睛】滑动变阻器滑片P向右移动的过程中，总电阻减小，原副线圈的电流强度均增大，根据电功率的计算公式结合欧姆定律、变压器原理进行分析.‎ ‎ ‎ ‎【三年高考】 16、17、18年高考真题及其解析 ‎1．采用220 kV高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为（ ）‎ A. 55 kV B. 110 kV C. 440 kV D. 880 kV ‎【 】2018年全国普通高等 校招生统一考试物理（江苏卷）‎ ‎【答案】 C 点睛：本意以远距离输电为背景考查输电线路的电能损失，解题时要根据输送电功率不变，利用输电线路损失的功率P损=I2R解题。‎ ‎2．教 用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机（内阻可忽略）通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的，则 A. R消耗的功率变为 B. 电压表V的读数为 C. 电流表A的读数变为2I s t ^ep ]‎ D. 通过R的交变电流频率不变 ‎【 】2018年全国普通高等 校招生同一考试理 综合物理试题（天津卷）‎ ‎【答案】 B 变为，A错误B正确；副线圈中的电流为，即变为原来的，根据可知原线圈中的电流也变为原来的，C错误；转速减小为原来的，则频率变为原来的，D错误．‎ ‎【点睛】本题考查了交流电最大值，有效值，频率，变压器等；需要知道交流电路中电表的示数为有效值，在理想变压器中，恒有，副线圈消耗的功率决定了原线圈的输入功率．‎ ‎3．一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变电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值为u0，周期为T，如图所示。则Q方: Q正等于 ‎[w ww. step . com ]‎ A. B. C. 1:2 D. 2:1‎ ‎【 】2018年全国普通高等 校招生统一考试物理（全国III卷）‎ ‎【答案】 D ‎【解析】试题分析 本题考查交变电流的图线、正弦交变电流的有效值、焦耳定律及其相关的知识点。‎ 解析 根据题述，正弦交变电流的电压有效值为，而方波交流电的有效值为u0，‎ 根据焦耳定律和欧姆定律，Q=I2RT=T，可知在一个周期T内产生的热量与电压有效值的二次方成正比，Q方∶Q正= u02∶（）2=2∶1，选项D正确。‎ 点睛 此题将正弦交变电流和方波 交变电流、有效值、焦耳定律有机融合。解答此题常见错误是：一是把方波交变电流视为正弦交变电流；二是认为在一个周期T内产生的热量与电压有效值，导致错选B；三是比值颠倒，导致错选C。‎ ‎4．（多选）如图（a），在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R，R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电流i，i的变化如图（b）所示，规定从Q到P为电流的正方向。导线框R中的感应电动势[来 源 :中教^ ]‎ A. 在时为零[中 国教育出 版 ]‎ B. 在时改变方向[ww w. s t ep.^ com]‎ C. 在时最大，且沿顺时针方向 D. 在时最大，且沿顺时针方向 ‎【 】2018年全国普通高等 校招生统一考试物理（全国III卷）‎ ‎【答案】 AC[w ww. s^ t ep.co m]‎ 生的感应电动势最大，由楞次定律可判断出感应电动势的方向为顺时针方向，选项C正确；由楞次定律可判断出在t=T时感应电动势的方向为逆时针方向，选项D错误。[中 国教^育出版 ]‎ 点睛 此题以交变电流图象给出解题信息，考查电磁感应及其相关知识点。解答此题常见错误主要有四方面：一是由于题目以交变电流图象给出解题信息，导致一些同 看到题后，不知如何入手；二是不能正确运用法拉第电磁感应定律分析判断；三是不能正确运用楞次定律分析判断，陷入误区。‎ ‎[中国 ^教 育 出 版 ]‎ ‎1．【2017·天津卷】在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2 Ω，则 A．t=0时，线圈平面平行于磁感线[来 源: 中 教 ]‎ B．t=1 s时，线圈中的电流改变方向 C．t=1.5 s时，线圈中的感应电动势最大[来 源:中国教育 出^版 ]‎ D．一个周期内，线圈产生的热量为 ‎【答案】AD ‎【考点定位】交变电流的规律和“四值问题”‎ ‎【名师点睛】本题要正确理解正弦交变电流的规律和法拉第电磁感应定律。[ : 中 国教 育 出版 ]‎ ‎2．【2017·北京卷】如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有R=55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是 A．原线圈的输入功率为220W B．电流表的读数为1 A[来^ 源: step ]‎ C．电压表的读数为110V D．副线圈输出交流电的周期为50 s ‎【答案】B[中国 教^ 育出 版 ]‎ ‎【解析】电表的读数均为有效值，原线圈两端电压有效值为220 V，由理想变压器原、副线圈两端电压与线圈匝数成正比，可知副线圈两端电压有效值为110 V，C错误；流过电阻R的电流为2 A，可知负载消耗的功率为220 W，根据能量守恒可知，原线圈的输入功率为220 W，A错误；由P=UI可知，电流表的读数为1 A，B正确，由交变电压瞬时值表达式可知，ω=100π rad/s，周期T=0.02 s，D错误。‎ ‎【考点定位】正弦式交变电流的“四值”、理想变压器原副线圈电压、电流、功率与匝数的关系 中 国教 育出版 ^]‎ ‎【名师点睛】理想变压器原副线圈两端电压、电流、功率与匝数的关系需注意因果关系，电压由原线圈决定副线圈，电流与功率则由副线圈决定原线圈。‎ ‎3．【2017·江苏卷】某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则 ‎（A）电感L1的作用是通高频 （B）电容C2的作用是通高频 ‎（C）扬声器甲用于输出高频成分 （D）扬声器乙用于输出高频成分 ‎【答案】BD ‎【考点定位】电感、电容对交流电的阻碍作用[来 源: step ]‎ ‎【名师点睛】本题主要考查电感、电容对交流电的阻碍作用，即感抗、容抗的大小与什么因素有关，记住这个问题不难解决．[来^ 源 :中国教育 出版 ]‎ ‎1．【2016·四川卷】如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其它条件不变，则 A．小灯泡变亮 B．小灯泡变暗 C．原、副线圈两段电压的比值不变 D．通过原、副线圈电流的比值不变 ‎【答案】B ‎【解析】根据变压器电压与匝数关系，，因为是降压变压器，则n1>n2，则当原、副线圈减少相同匝数时，由数 知识可知变大，则U2减小，故灯泡变暗，选项AC错误，B正确；根据可知通过原、副线圈电流的比值变小，选项D错误。‎ 考点：变压器 ‎【名师点睛】此题是对变压器原理的考查；首先要记住原副线圈的电压与匝数关系，从题目中知道为降压变压器，原线圈匝数大于副线圈匝数；判断原副线圈减小相同的匝数时原副线圈的匝数比的变化要用到数 知识，这里稍微有点难度.‎ ‎2．【2016·全国新课标Ⅲ卷】如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是 A．原、副线圈匝数比为9:1 B．原、副线圈匝数比为1:9‎ C．此时a和b的电功率之比为9:1 D．此时a和b的电功率之比为1:9‎ ‎【答案】AD ‎[来 源: 中教 ]‎ ‎【考点定位】考查了理想变压器，电功率的计算 ‎【方法技巧】对于变压器需要掌握公式、，以及知道副线圈的电流以及功率决定了原线圈中的电流和功率，理想变压器是理想化模型：一是不计线圈内阻；二是没有出现漏磁现象。当电路中有变压器时，只要将变压器的有效值求出，则就相当于一个新的恒定电源。‎ ‎3．【2016·天津卷】如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是 ‎ ‎[ :中 教^ ]‎ A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大 B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大 C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大 D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大、A2示数变大 ‎【答案】B ‎【考点定位】变压器；电路的动态分析 ‎【名师点睛】此题考查变压器问题的动态分析；要知道变压器副线圈电压是由原线圈电压和匝数比决定的，与副线圈中负载无关；副线圈电路的动态分析基本上和直流电路的动态分析一样，先从局部变化的电阻开始分析，然后分析总电阻，再分析电流，然后再分析各局部的电压和电流。 st ep.c om^ ]‎ ‎4．【2016·全国新课标Ⅰ卷】一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω 、1Ω 和4Ω ，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为 A．2 B．3 C．4 D．5‎ ‎【答案】B ‎【解析】该变压器原、副线圈匝数比为k，当开关S断开时，原线圈两端电压，电流为I1=I，副线圈的电压，根据欧姆定律，当开关S闭合时，原线圈两端电压，电流为I1'  =4I，副线圈的电压，根据欧姆定律综上解得k=3，故A、C、D错误，B正确。 中 ^教 ]‎ ‎【考点定位】变压器、欧姆定律[www . s t e p.co m]‎ ‎【名师点睛】本题主要考查变压器、欧姆定律。解决这类问题的关键是掌握变压器的构造和原理，对于变压器需要掌握公式、，并能熟练运用。此题值得注意的是变压器的原线圈与电阻串联后接入交流电压。‎ ‎5．【2016·江苏卷】一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈．在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中 ‎[w^w w . st ep.co m]‎ A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高 C．U2

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