2017-2018高中物理 第二章 交變電流章末總結(jié)學(xué)案 粵教版選修3-2

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1、 第二章 交變電流 章末總結(jié) 一、交變電流“四值”的計(jì)算和應(yīng)用 1．峰值：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的交變電流的最大值，Em＝nBSω. 2．瞬時(shí)值：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，從中性面開始計(jì)時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝nBSωsinωt. 3．有效值：反映交變電流產(chǎn)生熱效應(yīng)的平均效果，正(或余)弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系是E＝. 4．平均值：指在一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電壓(電流)的平均值，其數(shù)值由法拉第電磁感應(yīng)定律求出，即＝n. 例1　圖1為一個(gè)小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其矩形線圈的長度為L1，寬度為L2，共有n匝，總電阻為r，與線圈

2、兩端相接觸的集流環(huán)上接有一個(gè)阻值為R的定值電阻，線圈以角速度ω在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞與磁場(chǎng)方向垂直的對(duì)稱軸OO′勻速運(yùn)動(dòng)，沿轉(zhuǎn)軸OO′方向看去，線圈沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，t＝0時(shí)刻線圈平面與磁感線垂直． 圖1 (1)求線圈經(jīng)過圖示位置時(shí)，通過電阻R的感應(yīng)電流的方向． (2)寫出線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式． (3)求線圈從t＝0時(shí)所處的位置開始到轉(zhuǎn)過90°的過程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)． (4)求線圈從t＝0時(shí)所處的位置開始轉(zhuǎn)過60°時(shí)電路中的瞬時(shí)電流． (5)求線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量． 答案　(1)自下而上　(2)e＝nBL1L2ωsinωt (3)

3、　(4)　(5) 解析　(1)根據(jù)右手定則可判斷，線圈中的電流方向是d→c→b→a，故通過電阻R的電流是自下而上． (2)從中性面開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，且最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em＝nBL1L2ω，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝nBL1L2ωsinωt. (3)由法拉第電磁感應(yīng)定律有 ＝n＝＝. (4)由歐姆定律有 i＝＝＝. (5)電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝， 電流的有效值I＝， 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q＝I2RT＝. 二、含變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析 解答這類問題首先是分清變量和不變量，然后結(jié)合變壓器的基本規(guī)律和歐姆定律分析相關(guān)量的變化情況． (1)理

4、想變壓器將電能由原線圈傳給副線圈時(shí)總是“量出而入”即輸出功率決定輸入功率． (2)可以把理想變壓器的副線圈看做給用戶供電的無阻電源，可以參照直流電路動(dòng)態(tài)分析的方法，分析負(fù)載電路的動(dòng)態(tài)變化． 例2　如圖2所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表．下列說法正確的是(　　) 圖2 A．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，R1消耗的功率變大 B．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表V示數(shù)變大 C．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表A1示數(shù)變大 D．若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大 答案　B 解析　當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)

5、，接入電路的阻值變大，變壓器副線圈兩端電壓不變，副線圈中的電流減小，則R1消耗的功率及其兩端電壓均變小，故電壓表的示數(shù)變大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向上滑動(dòng)時(shí)，副線圈中的電流減小，則原線圈中的電流也減小，電流表A1示數(shù)變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；若閉合開關(guān)S，副線圈電路中總電阻減小，副線圈中的電流變大，R1兩端電壓變大，R2兩端電壓減小，電流表A2示數(shù)減小，原線圈中的電流變大，電流表A1示數(shù)變大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 三、遠(yuǎn)距離輸電線路的分析與計(jì)算 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)物理符號(hào)，

6、利用輸電電流I＝，輸電線上損失電壓U損＝IR線，輸電線損失功率P損＝I2R線＝2R線及其相關(guān)知識(shí)解答． (2)分別在“三個(gè)回路”以及“兩個(gè)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(shí)分析電壓關(guān)系和功率關(guān)系． 例3　交流發(fā)電機(jī)兩端電壓是220V，輸出功率為4400W，輸電導(dǎo)線總電阻為2Ω.試求： (1)用戶得到的電壓和功率各多大？輸電損失功率多大？ (2)若發(fā)電機(jī)輸出端用1∶10的升壓變壓器升壓后，經(jīng)同樣輸電導(dǎo)線輸送，再用10∶1的降壓變壓器降壓后供給用戶，則用戶得到的電壓和功率又是多大？ 答案　(1)180

7、V　3600W　800W　　 (2)219.6V 4392W 解析　(1)如圖，由P＝IU得： I＝＝A＝20A 由U＝U用＋I(xiàn)R得：用戶得到的電壓為 U用＝U－IR＝220V－20×2V＝180V 由P＝P用＋I(xiàn)2R得：用戶得到的功率為 P用＝P－I2R＝4400W－202×2W＝3600W 輸電損失功率為P損＝I2R＝202×2W＝800W (2)輸電線路示意圖如圖所示 根據(jù)理想變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)成正比可得：＝， 解得U2＝＝V＝2200V 因理想變壓器不改變功率，即P2＝P，所以 I2＝＝2A U3＝U2－I2R＝2200V－2×2V＝2196V 由＝得：降壓變壓器副線圈兩端電壓 U4＝＝V＝219.6V 用戶得到的功率等于發(fā)電機(jī)的輸出功率減去輸電線上損失的功率，即P4＝P3＝P2－IR＝P－IR＝4392W. 5