备战2020高考物理专题11 交变电流

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1、备战 20202020 高考物理最全知识点分专题归纳总结 专题 11 11 交变电流 第一节第一节 交变电流的产生和描述交变电流的产生和描述 【基本概念、规律】【基本概念、规律】 一、交变电流的产生和变化规律 1交变电流 大小和方向随时间做周期性变化的电流 2正弦交流电 (1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 (2)中性面 定义：与磁场方向垂直的平面 特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动 势为零线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次 (3)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其 图象为正弦曲线 二、

2、描述交变电流的物理量 1交变电流的周期和频率的关系：T1 f. 2峰值和有效值 (1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的最大值 (2)有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它 们产生的热量相等，则这个恒定电流 I、恒定电压 U 就是这个交变电流的有效值 (3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 I Im 2，U Um 2，E Em 2. 3平均值： E n t BL v . 【重要考点归纳】【重要考点归纳】 考点一考点一 交变电流的变化规律交变电流的变化规律 1正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 函数 图象 磁通量 mcos t BScos

3、t 电动势 eEmsin t nBSsin t 电压 uUmsin t REm Rrsin t 电流 iImsin t Em Rrsin t 2.两个特殊位置的特点 (1)线圈平面与中性面重合时，SB， 最大， t 0，e0，i0，电流方向将发生改 变 (2)线圈平面与中性面垂直时，SB，0， t 最大，e 最大，i 最大，电流方向不改 变 3.解决交变电流图象问题的三点注意 (1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规 律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关 (2)注意峰值公式 EmnBS 中的 S 为有效面积 (3)在解决有关交变电流的图象问题时，

4、应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来， 再根据特殊位置求特征解 考点二考点二 交流电有效值的求解交流电有效值的求解 1正弦式交流电有效值的求解 利用 I Im 2，U Um 2，E Em 2计算 2非正弦式交流电有效值的求解 交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效 值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算注意“三同”：即“相同电阻”，“相 同时间”内产生“相同热量”计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期 考点三考点三 交变电流的交变电流的“四值四值”的比较的比较 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值

5、eEmsin t 计算线圈某一时刻的受力情况 峰值 最大的瞬时值 EmnBS Im Em Rr 确定用电器的耐压值， 电容器的 击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效 的恒定电流值 EEm 2 UUm 2 I Im 2 (1)计算与电流热效应相关的量 (如功率、热量) (2)交流电表的测量值 (3)电器设备标注的额定电压、 额 定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 交变电流图象中图线与时 间轴所夹面积与时间的比 值 E t I E Rr 计算通过电路截面的电荷量 1.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 (1)求出角速度 ，2 T 2f. (2)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公

6、式 EmnBS 求出相应峰值 (3)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式 线圈从中性面位置开始转动，则 it 图象为正弦函数图象，函数式为 iImsin t. 线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为iImcos t 第二节第二节 变压器变压器 远距离输电远距离输电 【基本概念、规律】【基本概念、规律】 一、变压器原理 1工作原理：电磁感应的互感现象 2理想变压器的基本关系式 (1)功率关系：P入P出 (2)电压关系：U1 U2 n1 n2，若 n1n2，为降压变压器；若 n1n2，为升压变压器 (3)电流关系：只有一个副线圈时，I1 I2 n2 n1； 有多个副线

7、圈时，U1I1U2I2U3I3UnIn. 二、远距离输电 1输电线路(如图所示) 2输送电流 (1)IP U. (2)I UU R . 3电压损失 (1)UUU. (2)UIR. 4功率损失 (1)PPP. (2)PI2R P U 2RU 2 R . 【重要考点归纳】【重要考点归纳】 考点一考点一 理想变压器原、副线圈关系的应用理想变压器原、副线圈关系的应用 1基本关系 (1)P入P出，(有多个副线圈时，P1P2P3) (2)U1 U2 n1 n2，有多个副线圈时，仍然成立 (3)I1 I2 n2 n1，电流与匝数成反比(只适合一个副线圈) n1I1n2I2n3I3(多个副线圈) (4)原、副

8、线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同 2制约关系 (1)电压：副线圈电压 U2由原线圈电压 U1和匝数比决定 (2)功率：原线圈的输入功率 P1由副线圈的输出功率 P2决定 (3)电流：原线圈电流 I1由副线圈电流 I2和匝数比决定 3.关于理想变压器的四点说明： (1)变压器不能改变直流电压 (2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率 (3)理想变压器本身不消耗能量 (4)理想变压器基本关系中的 U1、U2、I1、I2均为有效值 考点二考点二 理想变压器的动态分析理想变压器的动态分析 1.匝数比不变的情况(如图所示) (1)U1不变，根据U1 U

9、2 n1 n2可以得出不论负载电阻 R 如何变化，U2不变 (2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据I1 I2 n2 n1可以判断 I1 的变化情况 (3)I2变化引起 P2变化，根据 P1P2，可以判断 P1的变化 2.负载电阻不变的情况(如图所示) (1)U1不变，n1 n2发生变化，U2变化 (2)R 不变，U2变化，I2发生变化 (3)根据 P2U 2 2 R 和 P1P2，可以判断 P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化 3.变压器动态分析的思路流程 考点三考点三 关于远距离输电问题的分析关于远距离输电问题的分析 1远距离输电的处理思路 对高压输电问题，应按“发电机升压

10、变压器远距离输电线降压变压器用电器” 这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”一步一步进行分析 2远距离高压输电的几个基本关系(以下图为例)： (1)功率关系：P1P2，P3P4，P2P损P3. (2)电压、电流关系：U1 U2 n1 n2 I2 I1， U3 U4 n3 n4 I4 I3 U2UU3，I2I3I线 (3)输电电流：I线P2 U2 P3 U3 U2U3 R线 . (4)输电线上损耗的电功率： P损I线UI2 线 R线 P2 U2 2R 线 3.解决远距离输电问题应注意下列几点 (1)画出输电电路图 (2)注意升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流相等 (3)输电线

11、长度等于距离的 2 倍 (4)计算线路功率损失一般用 P损I2R线 【思想方法与技巧】【思想方法与技巧】 特殊变压器问题的求解特殊变压器问题的求解 一、自耦变压器 高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器(又称 调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时， 它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用 二、互感器 分为：电压互感器和电流互感器，比较如下： 电压互感器 电流互感器 原理图 原线圈的连接 并联在高压电路中 串联在大电流电路中 副线圈的连接 连接电压表 连接电流表 互感器的作用 将高电压变为低电压 将大电流

12、变为小电流 利用的公式 U1 U2 n1 n2 I1n1I2n2 三、多副线圈变压器 对于副线圈有两个及以上的理想变压器， 电压与匝数成正比是成立的， 而电流与匝数成 反比的规律不成立 但在任何情况下， 电流关系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的 输出功率即 P入P出进行求解 实验十一实验十一 传感器的简单使用传感器的简单使用 一、实验目的 1了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性 2学会传感器的简单使用 二、实验原理 闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察 三、实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、温度计、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生 电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线

13、等 四、实验步骤 1研究热敏电阻的热敏特性 (1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如实验原理图甲所示) (2)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中 2研究光敏电阻的光敏特性 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器连接好(如实验原理图乙所示)，其中多用 电表置于“100”挡 (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据 (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电 阻阻值的情况，并记录 (4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录 一、数据处理 1热敏电阻的热敏特性 (1)

14、画图象 在右图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线 (2)得结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大 2光敏电阻的光敏特性 (1)探规律 根据记录数据定性分析光敏电阻的阻值与光照强度的关系 (2)得结论 光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小； 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 二、误差分析 本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数 三、注意事项 1 在做热敏实验时， 加开水后要等一会儿再测其阻值， 以使电阻温度与水的温度相同， 并同时读出水温 2光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上 小孔改变射到光敏电阻上的光的多少 3欧姆表每次换挡后都要重新调零