人教版 (新课标)选修3选修3-2第五章 交变电流1 交变电流课堂检测

这是一份人教版 (新课标)选修3选修3-2第五章 交变电流1 交变电流课堂检测
专题六 电路与电磁感应第2讲 交流电路的分析与计算【核心要点突破】知识链接一、正弦交变电流的规律1.电动势2.电流3.电压4.关系5.有效值二、理想变压器的工作原理及应用1.输出功率决定输入功率，理想变压器的输入功率和输出功率相等，即= 。2.变压比:，3.电流关系: ，深化整合一、 对交变电流的四值比较1．交流电的最大值： εm＝BωS 当为N匝时 (1) ω是匀速转动的角速度，其单位一定为弧度／秒，nad/s (2) 最大值对应的位置与中性面垂直,即线框面与磁感应强度B在同一直线上． (3) 最大值对应图12－3中的t1、t3时刻，每周中出现两次．2．瞬时值 交变电流某一时刻的值，瞬时值是时间的函数，不同时刻，瞬时值不同e=εmsinωt， i＝Imsinωt代入时间即可求出．过写瞬时值时，不要忘记写单位，如εm=220V,ω=100π,则e=220sin100πtV,不可忘记写伏,电流同样如此．3．有效值：为了度量交流电做功情况人们引入有效值，它是根据电流的热效应而定的．就是分别用交流电，直流电通过相同阻值的电阻，在相同时间内产生的热量相同，则直流电的值为交流电的有效值．(1) 有效值跟最大值的关系εm=U有效，Im=I有效 (2)伏特表与安培表读数为有效值． (3) 用电器铭牌上标明的电压、电流值是指有效值．4.平均值：交变电流的平均值是交变电流图象中波形与横轴(t轴)所围的面积跟时间的比值．其数值可以用计算．【典例训练1】 (2009·江苏高考)如图6-2-6所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，原线圈两端的交变电压为u=20sin100πt V.氖泡在两端电压达到100 V时开始发光，下列说法中正确的有（ ）A.开关接通后，氖泡的发光频率为100 HzB.开关接通后，电压表的示数为100 VC.开关断开后，电压表的示数变大D.开关断开后，变压器的输出功率不变二、理想变压器的动态分析1、 原线圈电压U1由提供原线圈电压的电源决定，2、 输入电压决定输出电压，即随着的变化而变化，因为，所以只要不变化，不论负载如何变化，不变。3、 输出电流决定输入电流。在输入电压不变的情况下，不变。若负载电阻R增大，则由公式得：输出电流减小，由 = 知输入电流亦随着减小；反之，若负载电阻R减小，则输出电流增大，输入电流亦随着增大。4、 输出功率决定输入功率，理想变压器的输入功率和输出功率相等，即= 。在输入电压不变的情况下，不变。当用电负荷增加，输出功率增大，输入功率也随着增大；反之，当用电负荷减小，则输出功率减小，输入功率也随着减小。（1）变压器空载时,无电流、无功率输出,所以输入功率也为零，（2）当副线圈短路时,I2无限大,I1也无限大将烧坏变压器，5、动态分析问题的思路程序可表示为：U1P1【典例训练2】（2010·全国Ⅱ理综·T19） 图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头。现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止。用表示流过原线圈的电流，表示流过灯泡的电流，表示灯泡两端的电压，表示灯泡消耗的电功率（这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是【命题立意】本题涉及到理想变压器、欧姆定律、白炽灯的伏安特性曲线等知识，考查了考生理论联系实际的能力，是高考的热点。【思路点拨】解答本题时,可参照以下解题步骤:关键点(1)根据题意结合理想变压器的知识推导出一些物理量的表达式.(2)注意白炽灯的电阻随温度的增大而增大.【规范解答】选B、C，根据可得：，P从副线圈最底端开始匀速上滑，说明副线圈砸数在均匀增大，即（k为单位时间内增加的砸数），则，而、为定值，故C正确；在副线圈电路中，根据欧姆定律有：，则，可知流过灯泡的电流增大，白炽灯通过电流越大，温度越高，则电阻越大，故B正确；根据，可得，而不变、增大、增大，则增大，故A错误；灯泡消耗的电功率，可知D错误。【高考真题探究】1.（2010·广东物理卷·T19）图7是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的A．周期是0.01s B．最大值是311V C．有效值是220V D．表达式为U=220sin100πt（V） 【命题立意】本题主要考查交流电的规律及其图像，交流电的最大值、有效值、瞬时值。【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：交流电压的图像横轴、纵轴的意义及函数表达式正弦交流电有效值与最大值的关系 【规范解答】选BC。由图知：最大值Um=311V，有效值，周期T=0.02s ，表达式，BC选项正确。2.（2010·福建理综·T13）中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原采用500kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为A.P/4 B.P/2 C.2P D.4P【命题立意】本题以特高压输电这一工业生产技术为背景,体现节能减排的环保意识，高考复习应关注联系生产生活实际的物理问题，主要考查远程高压输电工程的知识，具有实际意义。【思路点拨】由保持输送电功率和输电线电阻都不变，据P=UI得输电线电流I，再据P线=I2R线【规范解答】选A。由P=UI可知由500kV的超高压输电变为1000kV特高压输电时，输电线电流为原来的1/2，再据P线=I2R线可得输电线上损耗的电功率将变为P/4，故选A。3.（2010·江苏物理卷·T7）在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有A．升压变压器的输出电压增大B．降压变压器的输出电压增大C．输电线上损耗的功率增大D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大【命题立意】本题通过远距离输电为背景，考查电能的输送，通常考查电压的变化引起其它变化，功率的变化引起其它变化等相关知识，有新意。本题难度中等。【思路点拨】注意本题升压变压器的输入电压不变，然后分析输入功率变化引起输电线路上电流、电压的变化，利用变压比确定变压器输出电压变化。【规范解答】选CD。由题意可知升压变压器的输入电压不变，则输出电压不变，A错误；在电能输出过程中有：，,，因P变大，I变大，所以U线变大，所以降压变压器初级电压U3变小，则降压变压器的输出电压变小，B错误；由，因P变大，所以P线变大，C正确；根据，因P变大，所以比值变大，D正确。4.（2010·山东理综·T19）一理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头。下列说法正确的是 A．副线圈输出电压的频率为50Hz B．副线圈输出电压的有效值为31V C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小 D．P向右移动时，变压器的输出功率增加【命题立意】本题以理想变压器为背景,结合交变电流图象、闭合电路问题，主要考查交变电流的最大值与有效值、理想变压器的规律、闭合电路的欧姆定律、电路的动态分析等知识点。 【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：用理想变压器的规律解题电路分析图像信息 【规范解答】选AD.由图象可知原线圈输入电压的最大值：，，则原线圈输入电压的有效值：，，选项A正确。由可得：,B错误。P向右移动时，副线圈的电阻减小，副线圈输出电压不变，所以副线圈的电流增大，原线圈的电流也增大，而匝数比不变，所以原、副线圈的电流比不变，C错误。P向右移动时，副线圈的电阻减小，副线圈输出电压不变，所以变压器的输出功率增加，D正确。【类题拓展】 变压器的两个基本关系理想变压器的两个基本公式是：⑴ ，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。⑵，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有。5.（2010·天津理综·T7）为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1，A2，导线电阻不计，如图所示。当开关S闭合后 A. A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B. A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C. V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D. V2示数不变，V1与V2示数的比值不变 【命题立意】本题主要考查理想变压器的有关知识，特别是关于变压器的动态分析问题，主要考查了学生的综合分析问题。 【思路点拨】解答本题时注意了解电路的结构，并正确使用原，副线圈的功率，电压，电流的决定关系。 【规范解答】选AD. 电源电压有效值不变，所以V1示数不变，原副线圈的电压之比等于匝数之比，匝数之比不变，故V2示数不变， V1与V2示数的比值也不变，所以C错误，D正确；当开关S闭合后，副线圈电路中的电阻减小，因为电压不变，所以副线圈电路中的电流增大；A2的示数增大；原副线圈的电流之比等于匝数反比，匝数之比不变， A1与A2示数的比值不变，所以A正确，B 错误。6.（2010·浙江理综·T17）某水电站，用总电阻为2.5的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3106KW。现用500kV电压输电，则下列说法正确的是A. 输电线上输送的电流大小为2105AB. 输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC. 若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108KWD. 输电线上损失的功率为P＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻【命题立意】本题以实际高压输电问题为载体,体现理论联系实际的思想，主要考查在高压输电中的电能和电压的损失。【思路点拨】实际高压输电中电能和电压主要损失在线路电阻中。【规范解答】选B，输出电功率P=3106KW，电压输电U=500kV，则输电线上输送的电流大小，所以A错；输电线上由电阻造成的损失电压，所以B正确；输电线上损失的功率，所以D错误；若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率，所以C错误。【专题模拟演练】一、选择题1. 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势e-t图象如图1所示.则在（ ）A.t1、t3时刻线圈通过中性面B.t2、t4时刻线圈中磁通量最大C.t1、t3时刻线圈中磁通量变化率最大D.t2、t4时刻线圈平面与中性面垂直2.如图2所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为5∶1，原线圈电压u=311sin100πt(V),电阻R1=20 Ω,R2=24 Ω,电流表和电压表为理想电表.下列说法中正确的是（ ）A.电压表V1的示数约为311 VB.电流表A1的示数约为0.20 AC.电压表V2的示数约为44 VD.电流表A2的示数约为1.4 A3. 如图3所示，两条平行金属导轨竖直放置，其间有与导轨平面垂直的匀强磁场，金属棒ab沿导轨下滑，下滑过程中与导轨接触良好.金属棒、导轨、电流表A1和理想变压器原线圈构成闭合回路.金属棒ab在沿导轨下滑的过程中，电流表A1一直有示数，而电流表A2在某时刻之后示数变成了零，以下说法正确的是（ ）A.电流表A2示数等于零之前，金属棒必是变速运动B.电流表A2示数等于零之后，金属棒必是变速运动C.电流表A2示数等于零之前，金属棒必是匀速运动D.电流表A2示数等于零之后，金属棒必是匀速运动4.如图4所示的理想变压器，原、副线圈的匝数比为5∶1，原线圈接正弦交流电，电压u=10 sinωt(V),输出端接有一个交流电流表、一个阻值为R=10 Ω的定值电阻和一个线圈电阻为r=1 Ω电动机.当输入端接通电源后，电流表读数为0.3 A,电动机带动一重物匀速上升.下列判断中正确的是（ ）A.原线圈中的电流为1.5 AB.定值电阻R的电功率为0.4 WC.电动机的输出功率为0.19 WD.电动机中的电流为0.2 A5.图5所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值u1=220 sin100πt(V),则（ ）A.当t= s时，c、d间的电压瞬时值为110 VB.当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 VC.当单刀双掷开关与a连接时，滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小6. （2010·济南市二模）如图所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1=1000匝，副线圈匝数为n2=200匝，电阻R=8.8Ω，原线圈接入一电压 (V)的交流电源，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，则A．副线圈交变电流的频率是100 HzB． t=1s的时刻，电压表的示数为0C．变压器的输入电功率为220WD．电流表的示数为10A7. （2010·扬州四模） 图甲是某小型家用电器电源部分的主要工作电路图，工作时Ⅰ部分变压器原线圈A、B两端与输出电压为220V的交流电源相连接，通过电路元件的工作最后在Ⅲ部分E、F两端输出6.0V的直流电．当A、B两端输入如图乙所示的交变电压时，在Ⅱ部分的M、N两端输出的电压如图丙所示．Ⅲ部分中的自感线圈L的直流电阻可忽略不计，关于该电路元件及其工作过程，下列说法中正确的是A．Ⅰ部分的变压器是降压变压器B．Ⅱ部分的M、N端输出电压的有效值为C．Ⅲ部分的电容器C的作用是阻碍交流成分，导通直流成分D．Ⅲ部分的自感线圈L的作用是阻碍直流成分，导通交流成分8. （2010·上饶市二模） 如图甲所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间加上如图乙所示的交变电压后，电子不可能做往返运动的电压是：二、计算题9.（16分）如图8所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=4∶1,原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等.a、b两端加一交流电压后，求两电阻消耗的电功率之比和两电阻两端的电压之比.10.（12分）现代家庭电器化程度越来越高，安全用电是一个十分突出的问题.（1）下表提供了一组部分人的人体电阻平均值数据从表中可看出干燥时电阻大约是潮湿时电阻的______倍.（2）电路上有规格为10 A的熔丝（俗称保险丝），如图9中所示，用电器R的功率是1 500 W，这时通过熔丝的实际电流是多少？一个潮湿的人，手脚触电，为什么熔丝不会断（即熔丝不能保障安全）？答案及解析一、选择题1. 【解析】选A、D.由e-t图知，e=Em·cosωt.t1、t3时刻e=0，则=0,但Φ为最大，即通过中性面，故A对、C错.t2、t4时刻e为最大，为最大，但Φ=0，即B错，D对.2. 3. 【解析】选A、D.A2示数等于零后，说明A1所在回路电流恒定不变，故金属棒匀速运动，B错D对.A2示数等于零前，A1所在回路中一定有变化的电流存在，故ab棒必做变速运动，A对C错，故选A、D.4. 【解析】选B、C.由于变压器原、副线圈中电流与匝数成反比，故原线圈中的电流为0.06 A,A错.原线圈电压的有效值为10 V，由电压与匝数成正比，得副线圈两端的电压为2 V，则电阻R的功率P= W=0.4 W,B正确.R中的电流IR= A=0.2 A,则通过电动机的电流IM=I-IR=0.1 A,则电动机的输出功率P出=UIM-IM2r=0.19 W,C正确，D错.5. 6C7.AB8. C二、计算题9. 10. 【解析】（1）将每组干燥时的阻值和潮湿时的阻值相比，从表中可看出干燥时的阻值大约是潮湿时的阻值的40～80倍； （3分）（2）通过电阻R的电流为I1=P/U=1 500 W/220 V=6.82 A, （3分）人的手脚触电时,通过人体的电流为I2=U/R=220 V/8 000 Ω=0.027 5 A （3分）所以熔丝中的总电流为I=6.82 A+0.027 5 A=6.847 5 A