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2020年高考物理 專(zhuān)題12 交流電學(xué)案

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2020年高考物理 專(zhuān)題12 交流電學(xué)案

專(zhuān)題12 交流電 超重點(diǎn)1:交變電流的產(chǎn)生和描述一、交變電流、交變電流的圖象1交變電流(1)定義:大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流(2)按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流2正弦式交變電流的產(chǎn)生和圖象(1)產(chǎn)生:在勻強(qiáng)磁場(chǎng)里,線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(2)圖象:用以描述交變電流隨時(shí)間變化的規(guī)律,如果線(xiàn)圈從中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí),其圖象為正弦曲線(xiàn)如圖甲、乙、丙所示二、正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值1周期和頻率(1)周期(T):交變電流完成一次周期性變化(線(xiàn)圈轉(zhuǎn)一周)所需的時(shí)間,單位是秒(s),公式T.(2)頻率(f):交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)單位是赫茲(Hz)(3)周期和頻率的關(guān)系:T或f.2正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)式(線(xiàn)圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí))(1)電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間變化的規(guī)律:eEmsin_t.(2)負(fù)載兩端的電壓u隨時(shí)間變化的規(guī)律:uUmsin_t.(3)電流i隨時(shí)間變化的規(guī)律:iImsin_t.其中等于線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,EmnBS.3交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值(1)瞬時(shí)值:交變電流某一時(shí)刻的值,是時(shí)間的函數(shù)(2)峰值:交變電流(電流、電壓或電動(dòng)勢(shì))所能達(dá)到的最大的值,也叫最大值(3)有效值:跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值叫作交變電流的有效值對(duì)正弦式交變電流,其有效值和峰值的關(guān)系為:E,U,I.考點(diǎn)一正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律 1交流電產(chǎn)生過(guò)程中的兩個(gè)特殊位置圖示概念中性面位置與中性面垂直的位置特點(diǎn)BS BS BS,最大0,最小en0,最小ennBS,最大感應(yīng)電流為零,方向改變感應(yīng)電流最大,方向不變2.正弦式交變電流的變化規(guī)律磁通量:mcos t電動(dòng)勢(shì):eEm sin t電流:iImsin t 題組突破訓(xùn)練1.矩形線(xiàn)圈的面積為S,匝數(shù)為n,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)轉(zhuǎn)到線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)垂直的圖示位置時(shí)()A線(xiàn)圈中的電動(dòng)勢(shì)為nBSB線(xiàn)圈中的電動(dòng)勢(shì)為0C穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為0D穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量變化率最大【答案】B2一矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線(xiàn)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖甲所示則下列說(shuō)法正確的是()At0時(shí)刻,線(xiàn)圈平面與中性面垂直Bt0.01 s時(shí)刻,的變化率最大Ct0.02 s時(shí)刻,交流電動(dòng)勢(shì)達(dá)到最大D該線(xiàn)圈相應(yīng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示【答案】B【解析】由題圖甲可知,t0時(shí),通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大,線(xiàn)圈處于中性面位置t0.01 s時(shí)刻,磁通量為零,但磁通量變化率最大,所以A錯(cuò)誤,B正確t0.02 s時(shí),交流電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為0,C、D均錯(cuò)誤3圖甲是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一矩形線(xiàn)圈abcd可繞線(xiàn)圈平面內(nèi)垂直于磁感線(xiàn)的軸OO轉(zhuǎn)動(dòng),由線(xiàn)圈引出的導(dǎo)線(xiàn)ae和df分別與兩個(gè)跟線(xiàn)圈一起繞OO轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接,金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸,這樣矩形線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路圖乙是線(xiàn)圈的主視圖,導(dǎo)線(xiàn)ab和cd分別用它們的橫截面來(lái)表示已知ab長(zhǎng)度為L(zhǎng)1,bc長(zhǎng)度為L(zhǎng)2,線(xiàn)圈以恒定角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(只考慮單匝線(xiàn)圈)(1)線(xiàn)圈平面處于中性面位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1的表達(dá)式;(2)線(xiàn)圈平面處于與中性面成0夾角位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),如圖丙所示,試寫(xiě)出t時(shí)刻整個(gè)線(xiàn)圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2的表達(dá)式【答案】(1)見(jiàn)解析(2)e2BL1L2sin(t0)(2)當(dāng)t0時(shí),線(xiàn)圈平面與中性面的夾角為0,則t時(shí)刻時(shí),線(xiàn)圈平面與中性面的夾角為t0故此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e22BL1vsin(t0)BL1L2sin(t0)考點(diǎn)二交變電流有效值的計(jì)算 1公式法:利用E、U、I計(jì)算,此方法只適用于正弦式交變電流2定義法(1)設(shè)阻值、定時(shí)間:設(shè)將交變電流加在阻值為R的電阻上,時(shí)間取tT.(2)求熱量:QQ1Q2.(分段法)(3)求解有效值:根據(jù)QI2Rtt代入求解有效值注意:若圖象部分是正弦(或余弦)式交變電流,其中的(但必須是從零至最大值或從最大值至零)和周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系I、U求解題組突破訓(xùn)練1(多選)電阻R1、R2與交流電源按照?qǐng)D甲所示方式連接,R110 ,R220 .合上開(kāi)關(guān)S后,通過(guò)電阻R2的正弦式交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖乙所示則()A通過(guò)R1的電流有效值是1.2 ABR1兩端的電壓有效值是6 VC通過(guò)R2的電流有效值是1.2 ADR2兩端的電壓最大值是12 V【答案】BD2通過(guò)一阻值R100 的電阻的交變電流如圖所示,其周期為1 s電阻兩端電壓的有效值為()A12 VB4 VC15 VD8 V【答案】B【解析】電流產(chǎn)生的熱量與其方向無(wú)關(guān),在一個(gè)周期內(nèi)電流根據(jù)大小可分為兩段,I10.1 A的時(shí)長(zhǎng)t10.8 s,I20.2 A的時(shí)長(zhǎng)t20.2 s根據(jù)有效值的定義有IRt1IRt2·T,其中T1 s,解得U4 V,B正確3如圖所示是一交變電流的i­t圖象,則該交變電流的有效值為()A4 AB2 AC. A D. A【答案】D考點(diǎn)三交變電流的“四值”及應(yīng)用 交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系應(yīng)用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值eEmsin t,uUmsin t,iImsin t計(jì)算線(xiàn)圈某時(shí)刻的受力情況最大值最大的瞬時(shí)值EmnBSEmnm,Im當(dāng)考慮某些電學(xué)元件(電容器、晶體管等)的擊穿電壓時(shí),指的是交流電壓的最大值有效值根據(jù)電流的熱效應(yīng)(電流通過(guò)電阻產(chǎn)生的熱)進(jìn)行定義對(duì)正弦、余弦式交變電流E,U,I(1)通常所說(shuō)的交變電流的電壓、電流強(qiáng)度,交流電表的讀數(shù),保險(xiǎn)絲的熔斷電流值,電器設(shè)備銘牌上所標(biāo)的電壓、電流值,都是指交變電流的有效值(2)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)用有效值平均值交變電流圖象中圖線(xiàn)與t軸所圍成的面積與時(shí)間的比值BLn計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量 典例如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T,邊長(zhǎng)L10 cm的正方形線(xiàn)圈共100 匝,線(xiàn)圈總電阻r1 ,線(xiàn)圈繞垂直于磁感線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度2 rad/s,外電路中的電阻R4 ,求:(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值(2)由圖示位置(線(xiàn)圈平面與磁感線(xiàn)平行)轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(3)交流電壓表的示數(shù)(4)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的總熱量(5)在周期內(nèi)通過(guò)電阻R的電荷量【答案】(1)3.14 V(2)1.57 V(3)1.78 V(4)0.99 J(5)0.087 C(3)交流電壓表的示數(shù)為外電路兩端電壓的有效值,即UR×4 V1.78 V(4)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的總熱量為QT0.99 J(5)在周期內(nèi)產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢(shì)為NN100× V2.6 V,故通過(guò)電阻R的電荷量為q××× C0.087 C. 題組突破訓(xùn)練1.小型手搖發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈共N匝,每匝可簡(jiǎn)化為矩形線(xiàn)圈abcd,磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直于線(xiàn)圈中心軸OO,線(xiàn)圈繞OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示矩形線(xiàn)圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為e0,不計(jì)線(xiàn)圈電阻,則發(fā)電機(jī)輸出電壓()A峰值是e0B峰值是2e0C有效值是Ne0 D有效值是Ne0【答案】D2一交流電壓為u100sin(100t)V,由此表達(dá)式可知()A用電壓表測(cè)該電壓其示數(shù)為50 VB該交流電壓的周期為0.02 sC將該電壓加在“100 V,100 W”的燈泡兩端,燈泡的實(shí)際功率小于100 WDt s時(shí),該交流電壓的瞬時(shí)值為50 V【答案】B【解析】電壓有效值為100 V,故用電壓表測(cè)該電壓其示數(shù)為100 V,A項(xiàng)錯(cuò)誤;100 rad/s,則周期T0.02 s,B項(xiàng)正確;該電壓加在“100 V,100 W”的燈泡兩端,燈泡恰好正常工作,C項(xiàng)錯(cuò);t s代入瞬時(shí)值表達(dá)式得電壓的瞬時(shí)值為100 V,D項(xiàng)錯(cuò)3(多選)(2020·山西五校聯(lián)考)如圖甲所示,一臺(tái)線(xiàn)圈內(nèi)阻為2 的小型發(fā)電機(jī)外接一只電阻為10 的燈泡,發(fā)電機(jī)內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 T,線(xiàn)圈的面積為0.01 m2,發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)燈泡的電流i隨時(shí)間t變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示下列說(shuō)法正確的是()At0.05 s時(shí),穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零Bt0.05 s時(shí),理想交流電壓表的示數(shù)為30 VC發(fā)電機(jī)內(nèi)線(xiàn)圈的匝數(shù)為240D發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為9 J【答案】AB超重點(diǎn)2:變壓器電能的輸送一、理想變壓器1構(gòu)造和原理(1)構(gòu)造:如圖所示,變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線(xiàn)圈組成的 (2)原理:電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象2基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系:P入P出(2)電壓關(guān)系:.有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí).(3)電流關(guān)系:只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí).由P入P出及PUI推出有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí),U1I1U2I2U3I3UnIn.3幾種常用的變壓器(1)自耦變壓器調(diào)壓變壓器,如圖A、B所示(2)二、遠(yuǎn)距離輸電1輸電過(guò)程(如圖所示):2電壓損失(1)UUU.(2)UIR.3功率損失(1)PPP.(2)PI2·R.4輸送電流(1)I.(2)I.考點(diǎn)一理想變壓器的原理和基本關(guān)系 1理想變壓器的工作原理2理想變壓器的基本關(guān)系基本關(guān)系功率關(guān)系P入P出電壓關(guān)系原、副線(xiàn)圈的電壓比等于匝數(shù)比:電流關(guān)系只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí),電流和匝數(shù)成反比:頻率關(guān)系原、副線(xiàn)圈中電流的頻率相等制約關(guān)系電壓原線(xiàn)圈電壓U1和匝數(shù)比決定副線(xiàn)圈電壓U2功率副線(xiàn)圈的輸出功率P出決定原線(xiàn)圈的輸入功率P入電流副線(xiàn)圈電流I2和匝數(shù)比決定原線(xiàn)圈電流I1 題組突破訓(xùn)練1(多選)關(guān)于理想變壓器的工作原理,以下說(shuō)法正確的是()A通過(guò)正弦式交變電流的原線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通量不變B穿過(guò)原、副線(xiàn)圈的磁通量在任何時(shí)候都相等C穿過(guò)副線(xiàn)圈磁通量的變化使得副線(xiàn)圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D原線(xiàn)圈中的電流通過(guò)鐵芯流到了副線(xiàn)圈【答案】BC【解析】由于是交變電流,交變電流的磁場(chǎng)不斷變化,磁通量也在變化,A錯(cuò)誤;因理想變壓器無(wú)漏磁,故B正確;由變壓器工作原理知C正確;原線(xiàn)圈中的電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能又轉(zhuǎn)化為電能,故D錯(cuò)誤2如圖所示,一理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為12;副線(xiàn)圈電路中接有燈泡,燈泡的額定電壓為220 V,額定功率為22 W;原線(xiàn)圈電路中接有電壓表和電流表現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān),燈泡正常發(fā)光若用U和I分別表示此時(shí)電壓表和電流表的讀數(shù),則()AU110 V,I0.2 ABU110 V,I0.05 ACU110 V,I0.2 ADU110 V,I0.2 A【答案】A3如圖所示,接在理想變壓器回路中的四個(gè)規(guī)格相同的燈泡都正常發(fā)光,那么,理想變壓器的匝數(shù)比n1n2n3為()A111B321C621 D221【答案】B【解析】燈泡正常發(fā)光,可得UAUBUCUD,所以U22U3,由理想變壓器的電壓關(guān)系得,可得n22n3.燈泡都正常發(fā)光,則功率相等,即PAPBPCPD.由PI2R得IAIBICID,即I1I2I3由理想變壓器的功率關(guān)系得U1I1U2I2U3I3,即n1I1n2I2n3I3,可得n1n2n32n3n33n3.所以n1n2n3321.考點(diǎn)二理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析 1理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析常見(jiàn)的兩種情況(1)匝數(shù)比不變,負(fù)載變?nèi)鐖D所示:U1不變,根據(jù),不論負(fù)載電阻R如何變化,U2不變當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí),I2變化,由于,故I1發(fā)生變化I2變化引起P2U2I2變化,P1P2,故P1發(fā)生變化 (2)負(fù)載電阻不變,匝數(shù)比變?nèi)鐖D所示:U1不變,發(fā)生變化,根據(jù),U2變化R不變,U2變化,故I2發(fā)生變化根據(jù)P2,P2發(fā)生變化,再根據(jù)P1P2,故P1變化根據(jù)P1U1I1,U1不變,故I1發(fā)生變化2分析變壓器的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題的注意事項(xiàng)(1)要明確變壓器的各基本物理量之間的制約關(guān)系(2)要明確“不變量”和“變化量”,從主動(dòng)變化量開(kāi)始,根據(jù)制約關(guān)系從前到后或從后到前逐一分析各物理量的變化情況真題拓展探究典例(2020·高考全國(guó)卷)一含有理想變壓器的電路如圖所示,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3 、1 和4 ,A為理想交流電流表,U為正弦交流電壓源,輸出電壓的有效值恒定當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),電流表的示數(shù)為I;當(dāng)S閉合時(shí),電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比為()A2B3C4 D5【答案】B拓展1匝數(shù)比不變、負(fù)載變化類(lèi)的分析1如圖所示,理想變壓器原線(xiàn)圈接在交流電源上,圖中各電表均為理想電表下列說(shuō)法正確的是()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(kāi)關(guān)S,則電流表A1示數(shù)變大,A2示數(shù)變大【答案】B【解析】副線(xiàn)圈兩端電壓U2U1,因?yàn)閁1與匝數(shù)比不變,故U2不變當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P向上滑動(dòng)時(shí),R接入電路的阻值增大,電路的總電阻增大,據(jù)I知流經(jīng)副線(xiàn)圈干路電流減小,故UR1減小,R1消耗的功率減小,電壓表V示數(shù)U并U2UR1增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;因流經(jīng)副線(xiàn)圈干路電流I2減小,由I1I2知,電流表A1示數(shù)減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若閉合開(kāi)關(guān)S,流經(jīng)副線(xiàn)圈干路電流相應(yīng)變大,電流表A1示數(shù)變大,同時(shí)電壓表V示數(shù)U并U2UR1減小,據(jù)I2知電流表A2示數(shù)變小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤拓展2匝數(shù)比變化,負(fù)載不變類(lèi)的分析2.(多選)如圖所示,電路中的變壓器為理想變壓器,S為單刀雙擲開(kāi)關(guān),U1為加在原線(xiàn)圈兩端的交變電壓,I1、I2分別為原、副線(xiàn)圈中的電流下列說(shuō)法中正確的是()A保持U1不變,S由b切換到a,則R上消耗的功率減小B保持U1不變,S由a切換到b,則I2減小C保持U1不變,S由b切換到a,則I1增大D保持U1不變,S由a切換到b,則變壓器的輸入功率增大【答案】BC拓展3匝數(shù)變化、負(fù)載變化類(lèi)的分析3.如圖所示,理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為101,b是原線(xiàn)圈的中心接頭,電壓表V和電流表A均為理想電表,除滑動(dòng)變阻器電阻R、定值電阻R0以外的其余電阻不計(jì),從某時(shí)刻開(kāi)始在原線(xiàn)圈c、d兩端加上交變電壓,其瞬時(shí)值表達(dá)式為u1220sin 100t V下列說(shuō)法中正確的是()At s時(shí)刻,c、d兩點(diǎn)間的電壓瞬時(shí)值為110 VB當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接時(shí),電壓表的示數(shù)為22 VC單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接,在滑動(dòng)變阻器滑片P向上移動(dòng)的過(guò)程中,電壓表和電流表的示數(shù)均變小D當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)由a扳向b時(shí),電壓表和電流表的示數(shù)均變大【答案】D【解析】由c、d兩點(diǎn)間的電壓瞬時(shí)值表達(dá)式u1220sin 100t V,可知當(dāng)t s時(shí),u1220sin V110 V,選項(xiàng)A錯(cuò)誤由得U2220× V22 V,故電壓表示數(shù)小于22 V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤單刀雙擲開(kāi)關(guān)與a連接,滑片P向上移動(dòng)時(shí),電壓表示數(shù)變大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)由a扳向b時(shí),原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比由101變成51,且原線(xiàn)圈兩端電壓不變,可知輸出電壓增大,兩電表示數(shù)均變大,選項(xiàng)D正確考點(diǎn)三遠(yuǎn)距離輸電 1降低輸電損耗的兩個(gè)途徑(1)減小輸電線(xiàn)的電阻:由電阻定律R可知,在輸電距離一定的情況下,為了減小電阻,應(yīng)采用電阻率小的材料,也可以增加導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積(2)減小輸電導(dǎo)線(xiàn)中的輸電電流:由PUI可知,當(dāng)輸送功率一定時(shí),提高輸電電壓,可以減小輸電電流2遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的“三二一”(1)理清三個(gè)回路(2)抓住兩個(gè)聯(lián)系理想的升壓變壓器聯(lián)系了回路1和回路2,由變壓器原理可得:線(xiàn)圈1(匝數(shù)為n1)和線(xiàn)圈2(匝數(shù)為n2)中各個(gè)量間的關(guān)系是,P1P2.理想的降壓變壓器聯(lián)系了回路2和回路3,由變壓器原理可得:線(xiàn)圈3(匝數(shù)為n3)和線(xiàn)圈4(匝數(shù)為n4)中各個(gè)量間的關(guān)系是,P3P4.(3)掌握一個(gè)守恒:能量守恒關(guān)系式P1P損P3.題組突破訓(xùn)練1高壓輸電電壓為U,輸電線(xiàn)電阻為r,則下列說(shuō)法正確的是()A若發(fā)電機(jī)輸出功率不變,使輸出電壓變大,則輸電線(xiàn)損失功率變小B輸電線(xiàn)上損失的功率為P,故導(dǎo)線(xiàn)電阻越大,損失的功率越小C通過(guò)輸電線(xiàn)的電流為I,故輸電電壓越高,電流越大,損失的功率越大D以上說(shuō)法都不對(duì)【答案】A【解析】PI2r()2r,P與U2成反比,故A正確;選項(xiàng)B、C混淆了輸送電壓U和損失電壓U,故B、C、D錯(cuò)誤2電損的計(jì)算圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,兩變壓器均為理想變壓器,升壓變壓器T的原、副線(xiàn)圈匝數(shù)分別為n1、n2,在T的原線(xiàn)圈兩端接入一電壓uUmsin t的交流電源,若輸送電功率為P,輸電線(xiàn)的總電阻為2r,不考慮其他因素的影響,則輸電線(xiàn)上損失的電功率為()A()B()C4()2()2r D4()2()2r【答案】C3(多選)如圖所示,某小型發(fā)電站發(fā)電機(jī)輸出的交流電壓為500 V,輸出的電功率為50 kW,用電阻為3 的輸電線(xiàn)向遠(yuǎn)處送電,要求輸電線(xiàn)上損失的功率為輸電功率的0.6%,則發(fā)電站要安裝一升壓變壓器,到達(dá)用戶(hù)再用降壓變壓器變?yōu)?20 V供用戶(hù)使用(兩個(gè)變壓器均為理想變壓器)對(duì)整個(gè)送電過(guò)程,下列說(shuō)法正確的是()A輸電線(xiàn)上損失的功率為300 WB升壓變壓器的匝數(shù)比為1100C輸電線(xiàn)上的電流為10 AD降壓變壓器的輸入電壓為4 970 V【答案】ACD【解析】根據(jù)P損0.6%PIR,得輸電線(xiàn)上損失的功率為P損300 W,輸電線(xiàn)上的電流為I210 A,選項(xiàng)A、C正確;升壓變壓器原線(xiàn)圈的輸入電流為I1 A100 A,則升壓變壓器的匝數(shù)之比為,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;升壓變壓器的輸出電壓為U2U15 000 V,輸電線(xiàn)上損失的電壓為UI2R10×3 V30 V,則降壓變壓器的輸入電壓為U3U2U5 000 V30 V4 970 V,選項(xiàng)D正確題組突破訓(xùn)練一、 選擇題1一電器中的變壓器可視為理想變壓器,它將220 V交變電壓改變?yōu)?10 V已知變壓器原線(xiàn)圈匝數(shù)為800,則副線(xiàn)圈匝數(shù)為()A200B400C1 600 D3 200【答案】B【解析】根據(jù)變壓器的變壓規(guī)律得,n2n1×800400,選項(xiàng)B正確2(2020·河北唐山模擬)一含有理想變壓器的電路如圖所示,變壓器原副線(xiàn)圈匝數(shù)比n1n221,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別是4 、2 和3 ,U為有效值恒定的正弦交流電源當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),理想電流表的示數(shù)為I,當(dāng)S閉合時(shí),電流表的示數(shù)為()A.I B.IC.I D2I【答案】D3遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示,升壓變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)分別為n1、n2,電壓分別為U1、U2,電流分別為I1、I2,輸電線(xiàn)上的電阻為R.變壓器為理想變壓器,則下列關(guān)系式中正確的是()A. BI2CI1U1IR DI1U1I2U2【答案】D【解析】根據(jù)變壓器電流與匝數(shù)關(guān)系知,A錯(cuò)誤U2不是電阻R兩端的電壓,故I2,B錯(cuò)誤IR僅是輸電線(xiàn)上損失的功率,而I1U1是升壓變壓器的輸入功率,二者并不相等,C錯(cuò)誤根據(jù)功率關(guān)系知I1U1I2U2,D正確4.如圖所示,接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電,如果將原、副線(xiàn)圈減少相同匝數(shù),其他條件不變,則()A小燈泡變亮B小燈泡變暗C原、副線(xiàn)圈兩端電壓的比值不變D通過(guò)原、副線(xiàn)圈電流的比值不變【答案】B5由閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)關(guān)系可知,圖甲中,A、B兩點(diǎn)間接直流穩(wěn)壓電源,UAB100 V,R140 ,滑動(dòng)變阻器總電阻R20 ,滑片處于變阻器正中位置;圖乙中,自耦變壓器輸入端a、b接交流穩(wěn)壓電源,其電壓有效值Uab100 V,滑片處于線(xiàn)圈正中位置,R240 .若R1和R2的發(fā)熱功率分別為P1和P2,則P1和P2的關(guān)系為()AP1P2 B.C. D.【答案】C【解析】由閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)關(guān)系可知,圖甲中,R1兩端的電壓為U180 V,圖乙中,R2兩端的電壓為U2200 V,所以,選項(xiàng)C正確6一矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生交變電流的電動(dòng)勢(shì)為e220sin 100t V,對(duì)于這個(gè)交變電流的說(shuō)法正確的是()A此交變電流的頻率為100 Hz,周期為0.01 sB此交變電流電動(dòng)勢(shì)的有效值為220 VC耐壓為220 V的電容器能夠在該交變電路中使用Dt0時(shí),線(xiàn)圈平面與中性面垂直,此時(shí)磁通量為零【答案】B7.用220 V的正弦交變電流通過(guò)理想變壓器對(duì)一負(fù)載供電,變壓器輸出電壓是110 V,通過(guò)負(fù)載的電流圖象如圖所示,則()A變壓器輸入功率約為3.9 WB輸出電壓的最大值是110 VC變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比是12D負(fù)載電流的函數(shù)表達(dá)式i0.05sin(100t) A【答案】A【解析】由圖象知,副線(xiàn)圈電流的有效值I20.05× A,副線(xiàn)圈的輸出功率是P2U2×I2110×0.05× W3.9 W,A對(duì);輸出電壓的有效值是110 V,B錯(cuò);根據(jù)理想變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系得,C錯(cuò);從圖象可以看出,交變電流的周期是0.02 s,角速度是100 rad/s,負(fù)載電流的函數(shù)表達(dá)式i0.05sin 100t A,D錯(cuò)8一個(gè)小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上,消耗電功率為P;若把它接在某個(gè)正弦交流電源上,其消耗的電功率為.如果電熱器電阻不變,則此交流電源輸出電壓的最大值為()A5 VB5 VC10 V D10 V【答案】C9圖示電路中,變壓器為理想變壓器,a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端,R0為定值電阻,R為滑動(dòng)變阻器現(xiàn)將變阻器的滑片從一個(gè)位置滑動(dòng)到另一位置,觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A,電流表A2的示數(shù)增大了0.8 A,則下列說(shuō)法正確的是()A電壓表V1示數(shù)增大B電壓表V2、V3示數(shù)均增大C該變壓器起升壓作用D變阻器滑片是沿cd的方向滑動(dòng)【答案】D【解析】由于原、副線(xiàn)圈的端電壓不變,電流表A2的示數(shù)增大,根據(jù)歐姆定律可知負(fù)載的總電阻減小,所以滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小,變阻器的滑片應(yīng)沿cd方向滑動(dòng),D正確由于變壓器原線(xiàn)圈的電壓不變,因此電壓表V1、V2示數(shù)均不變,A、B錯(cuò)誤因理想變壓器I1n1I2n2,可得I1n1I2n2,代入數(shù)據(jù)得n14n2,即變壓器是降壓變壓器,起降壓作用,C錯(cuò)誤 10(2020·山東濟(jì)南五校聯(lián)考)如圖所示為某發(fā)電站電能輸送示意圖已知發(fā)電機(jī)的輸出電壓、輸電線(xiàn)的電阻及理想升壓、降壓變壓器匝數(shù)均不變?nèi)粲脩?hù)電阻R0減小,下列說(shuō)法正確的是()A發(fā)電機(jī)的輸出功率減小B輸電線(xiàn)上的功率損失減小C用戶(hù)得到的電壓減小 D輸電線(xiàn)輸電電壓減小【答案】C11(多選)(2020·江蘇四市模擬)如圖甲所示為風(fēng)力發(fā)電的簡(jiǎn)易模型圖,在風(fēng)力的作用下,風(fēng)葉帶動(dòng)與其固定在一起的永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成正比某一風(fēng)速時(shí),線(xiàn)圈中產(chǎn)生的正弦式電流如圖乙所示,則()A電流的表達(dá)式i0.6sin 10t(A)B磁鐵的轉(zhuǎn)速為10 r/sC風(fēng)速加倍時(shí)電流的表達(dá)式i1.2sin 10t(A)D風(fēng)速加倍時(shí)線(xiàn)圈中電流的有效值為 A【答案】AD【解析】通過(guò)乙圖可知Im0.6 A,T0.2 s,10 rad/s,故電流的表達(dá)式為i0.6sin 10t(A),A正確;磁體的轉(zhuǎn)速為n5 r/s,B錯(cuò)誤;風(fēng)速加倍時(shí),根據(jù)EmnBS可知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加倍,形成的電流加倍,故電流表達(dá)式變?yōu)閕1.2sin 20t(A),C錯(cuò)誤;風(fēng)速加倍時(shí),Im1.2 A,有效值IA,D正確12(多選)如圖所示,圖乙中理想變壓器的原線(xiàn)圈接圖甲所示的交變電流理想變壓器原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為203,定值電阻的阻值為11 ,滑動(dòng)變阻器的總阻值為22 .下列說(shuō)法中正確的是()A副線(xiàn)圈輸出電壓的頻率為50 HzB滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí),電阻R兩端的電壓不變C滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最右端時(shí),通過(guò)電阻R的電流為8.45 AD滑動(dòng)變阻器的滑片P滑到最左端時(shí),理想變壓器的輸入功率為132 W【答案】AD13(多選)(2020·江西省贛中南五校模擬)如圖所示,有一矩形線(xiàn)圈的面積為S,匝數(shù)為N,內(nèi)阻不計(jì),繞OO軸在水平方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)矩形線(xiàn)圈通過(guò)滑環(huán)接一理想變壓器,滑動(dòng)觸頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓,副線(xiàn)圈接有可調(diào)電阻R,下列判斷正確的是()A矩形線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為eNBScos tB矩形線(xiàn)圈從圖示位置經(jīng)過(guò)時(shí)間內(nèi),通過(guò)電流表的電荷量為零C當(dāng)P位置不動(dòng),R增大時(shí),電壓表讀數(shù)也增大D當(dāng)P位置向上移動(dòng),R不變時(shí),電流表讀數(shù)變大【答案】AD【解析】矩形線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值EmNBS,由圖示線(xiàn)圈位置可知開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大,則瞬時(shí)值表達(dá)式為eNBScos t,A正確線(xiàn)圈從圖示位置經(jīng)過(guò)時(shí)間,磁通量變化量0,由qN可知,通過(guò)電流表的電荷量不為零,B錯(cuò)誤電壓表的示數(shù)U1不變,C錯(cuò)誤由得U2,當(dāng)P位置向上移動(dòng)時(shí),n1變小,則U2變大,又R不變,再由P可知副線(xiàn)圈消耗的功率P2變大,則可知原線(xiàn)圈的輸入功率P1P2變大,再由I1,P1變大,U1不變可知I1變大,D正確二、非選擇題(共4小題,52分)14(8分)如圖所示,圖甲為熱敏電阻的R-t圖象,圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個(gè)簡(jiǎn)單恒溫箱溫控電路,繼電器的電阻為100 .當(dāng)線(xiàn)圈的電流大于或等于20 mA時(shí),繼電器的銜鐵被吸合為繼電器線(xiàn)圈供電的電池的電動(dòng)勢(shì)E9.0 V,內(nèi)阻不計(jì)圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源(1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在_(選填“A、B端”或“C、D端”)(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在50 ,可變電阻R的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為_(kāi).【答案】(1)A、B端(2)26015圖甲為一理想變壓器,ab為原線(xiàn)圈,ce為副線(xiàn)圈,d為副線(xiàn)圈引出的一個(gè)接頭,原線(xiàn)圈輸入正弦式交變電壓的uabt圖象如圖乙所示若只在ce間接一只Rce400 的電阻,或只在de間接一只Rde225 的電阻,兩種情況下電阻消耗的功率均為80 W.(1)請(qǐng)寫(xiě)出原線(xiàn)圈輸入電壓瞬時(shí)值uab的表達(dá)式;(2)求只在ce間接400 電阻時(shí),原線(xiàn)圈中的電流I1;(3)求ce和de間線(xiàn)圈的匝數(shù)比.【答案】(1)uab400sin 200t V(2)0.28 A或 A(3)(3)設(shè)ab間匝數(shù)為n1,則,同理.由題意知,解得,代入數(shù)據(jù)得.16某村在距村莊較遠(yuǎn)的地方修建了一座小型水電站,發(fā)電機(jī)輸出功率為9 kW,輸出電壓為500 V,輸電線(xiàn)的總電阻為10 ,允許線(xiàn)路損耗的功率為輸出功率的4%.求:(1)村民和村辦小企業(yè)需要220 V電壓時(shí),所用升壓變壓器和降壓變壓器的原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比各為多少?(不計(jì)變壓器的損耗)(2)若不用變壓器而由發(fā)電機(jī)直接輸送,村民和村辦小企業(yè)得到的電壓和功率是多少?【答案】(1)137211【解析】(1)輸電電路圖如圖所示,(2)若不用變壓器,則輸電電流I18 AUU0IR320 V,PP輸出I2R5 760 W17.(12分)如圖所示,交流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)的有效值E20 V,內(nèi)阻不計(jì),它通過(guò)一個(gè)R6 的指示燈連接變壓器變壓器輸出端并聯(lián)24只彩色小燈泡,每只燈泡都是“6 V,0.25 W”,燈泡都正常發(fā)光,導(dǎo)線(xiàn)電阻不計(jì)求:(1)降壓變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)比;(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率【答案】(1)31(2)6.67 W【解析】(1)彩色小燈泡額定電流IL A,副線(xiàn)圈總電流I224IL1 A變壓器輸入功率U1I1U2I26 W變壓器原線(xiàn)圈電路中,利用歐姆定律得EU1I1RI1R,代入數(shù)值解得I1A(I13 A應(yīng)舍去,根據(jù)題意是降壓變壓器,I1I21 A),所以.(2)發(fā)電機(jī)的輸出功率PI1E6.67 W.18(16分)如圖所示,發(fā)電機(jī)輸出功率為100 kW,輸出電壓為U1250 V,用戶(hù)需要的電壓為U4220 V,兩變壓器之間輸電線(xiàn)的總電阻為R線(xiàn)10 ,其他電線(xiàn)的電阻不計(jì),若輸電線(xiàn)中因發(fā)熱而損失的功率為總功率的4%,試求:(變壓器是理想的)(1)發(fā)電機(jī)輸出電流和輸電線(xiàn)上的電流大小;(2)在輸電線(xiàn)路中設(shè)置的升、降變壓器原副線(xiàn)圈的匝數(shù)比【答案】(1)400 A20 A(2)【解析】(1)輸電線(xiàn)路的示意圖如圖所示,輸電線(xiàn)損耗功率P線(xiàn)4%P出4 kW又P線(xiàn)IR線(xiàn)輸電線(xiàn)電流I2I320 A原線(xiàn)圈中輸入電流即發(fā)電機(jī)輸出電流I1 A400 A.19(16分)如圖甲所示,長(zhǎng)、寬分別為L(zhǎng)1、L2的矩形金屬線(xiàn)框位于豎直平面內(nèi),其匝數(shù)為n,總電阻為r,可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動(dòng)線(xiàn)框的兩個(gè)末端分別與兩個(gè)彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起,并通過(guò)電刷和定值電阻R相連線(xiàn)框所在空間有水平向右均勻分布的磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示,其中B0、B1和t1均為已知在0t1的時(shí)間內(nèi),線(xiàn)框保持靜止,且線(xiàn)框平面和磁場(chǎng)垂直;t1時(shí)刻后線(xiàn)框在外力的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始繞其豎直中心軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),求:(1)0t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R的電流大??;(2)線(xiàn)框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后,在轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中電流通過(guò)電阻R產(chǎn)生的熱量;(3)線(xiàn)框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后,從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中,通過(guò)電阻R的電荷量【答案】(1)(2)R()2(3)線(xiàn)框轉(zhuǎn)動(dòng)一周所需的時(shí)間t,此過(guò)程中,電阻R產(chǎn)生的熱量QI2RtR()2.(3)線(xiàn)框從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中,平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)n平均感應(yīng)電流通過(guò)電阻R的電荷量qt.

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