新高考物理一轮复习专题一0三交变电流教学课件

这是一份新高考物理一轮复习专题一0三交变电流教学课件，共44页。
2.正弦式交变电流的产生
如图所示,在匀强磁场里,线圈从中性面开始绕垂直于磁感线方向的轴OO'匀速转动时, 就会在线圈内产生随时间按正弦规律变化的感应电动势:e=Em sin ωt。 3.描述交变电流周期性的物理量(1)周期(T):交变电流完成一次周期性变化所需要的时间。(2)频率(f):交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。
(3)周期和频率的关系:T= 或f= 。 4.正弦式交变电流产生过程中的两个特殊位置
5.正弦式交变电流的变化规律(从中性面开始计时)
二、正弦式交变电流四值的理解与计算
知识拓展    其他交变电流有效值的计算(1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻” 上产生“相同热量”,列式求解。(2)分段计算热量并求和得出一个周期内产生的总热量Q。(3)利用公式Q=I2Rt和Q= t可分别求得电流有效值和电压有效值。(4)若交变电流图像部分是正弦(或余弦)函数图像,则其中的 周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和 周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I= 、U= 分析。
例1　如图为交流发电机的示意图,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路 的连接。两磁极之间的磁场视为匀强磁场且磁感应强度大小为B,单匝线圈ABCD所 围的面积为S、电阻为r,定值电阻的阻值为R,其余电阻不计,交流电压表为理想电表。 线圈以角速度ω绕OO'轴逆时针匀速转动,如果以图示位置为计时起点,则 (　    ) 
A.图示时刻电压表示数为BSω B.通过电阻R的电流瞬时值表达式为i=  sin ωtC.线圈从图示位置转过90°的过程中,通过电阻R的电流平均值为 D.线圈从图示位置转过90°的过程中,电阻R上产生的焦耳热为 
  解析    电压表示数为电阻R两端电压的有效值,U= = ,A错误。图示位置为垂直于中性面位置,线圈产生感应电动势的瞬时值表达式e=Em cs ωt=BSω cs ωt,通过电阻R的电流瞬时值表达式i=  cs ωt,B错误。线圈从图示位置转过90°的过程中,产生的感应电动势平均值为 = = = ,则通过电阻R的电流平均值 = = ,C正确。线圈从图示位置转过90°的过程中,电阻R上产生的焦耳热Q=I2R·Δt,其中I= ,Δt= ,联立解得Q= ,D错误。
补充设问　计算线圈从图示位置转过90°的过程中,流过电阻R的电荷量q。
设问解析　由电流的定义式可得q= Δt,平均电流 = ,平均感应电动势 = ,联立解得q= = 。若为N匝线圈,q=N = 。
三、电感器和电容器对交变电流的影响1.电感器对交变电流的影响(1)感抗:电感器对交变电流的阻碍作用的大小。(2)感抗的影响因素:线圈自感系数越大,交变电流频率越高,感抗越大。(3)电感器的作用:通直流、阻交流,通低频、阻高频。2.电容器对交变电流的影响(1)容抗:电容器对交变电流的阻碍作用的大小。(2)容抗的影响因素:电容越大,交变电流频率越高,容抗越小。(3)电容器的作用:通交流、隔直流,通高频、阻低频。
考点二　理想变压器　远距离输电
一、理想变压器1.构造与原理(1)构造:如图所示,变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的。 
(2)工作原理:电磁感应中的互感现象。
2.理想变压器的基本关系
例2　如图甲所示,交流电源通过一理想变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如 图乙所示的交变电压时,额定功率为25 W的小灯泡恰好正常发光,已知正常工作时灯 泡的电阻为100 Ω,图中电压表为理想电表。下列说法正确的是 (　    )  
A.变压器输入电压的瞬时值表达式为u=220  sin 10πt(V)B.变压器原、副线圈的匝数比为22∶5C.电压表的示数为220 V D.变压器的输入功率为110 W
  解析    由题图乙可知ω= =100π rad/s,原线圈两端电压的最大值为220  V,则变压器输入电压的瞬时值表达式为u=220  sin 100πt(V),故A错误。变压器输入电压的有效值U1=220 V,电压表示数等于灯泡的额定电压,根据P= ,解得U灯= =50 V,则U2=U灯=50 V,则变压器原、副线圈的匝数比 = = ,故B正确,C错误。理想变压器的输入功率与输出功率相等,即理想变压器的输入功率为25 W,故D错误。
3.两种特殊的变压器(1)自耦变压器自耦变压器(又称调压器)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,它可以降压(如图1)也可以升压(如图2),变压器的基本关系对自耦变压 器均适用。 
二、远距离输电1.远距离输电基本电路图 2.远距离输电的基本关系(1)功率关系:P1=P2,P3=P4,P2=P损+P3。(2)电压、电流关系: = = , = = ,U2=ΔU+U3,I2=I线=I3。
(3)输电电流:I线= = = 。(4)输电线上损耗的电功率:P损=I线ΔU= R线= R线。3.减少输电线上电能损耗的方法(1)减小输电线的电阻。由R线=ρ 知,可加大输电线的横截面积、采用电阻率小的材料做输电线。(2)减小输电线中的电流。在输电功率一定的情况下,根据P2=U2I线知,要减小电流,必须 提高输电电压。当输电功率及输电线的电阻一定时,由P损= R线知,输电电压增大
到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减小到原来的 。
例3    (多选)如图所示为远距离高压输电示意图,图中升压变压器的原、副线圈匝数为 n1、n2,原线圈接发电站的电压为U1,电功率为P,升压变压器副线圈两端的电压为U2,输 电导线的总电阻为r,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,下列说法正确的是 (　    ) A.输电线上的电流大小I= 
B.输电线上损失的电压U损=  C.输电线上损失的功率P损= rD.用户得到的电功率P用=P- r
解题指导    解决远距离输电问题一定要理清三个回路:①电源和升压变压器原线圈所 在的回路;②升压变压器副线圈(相当于电源)和输电线以及降压变压器原线圈所在的 回路;③降压变压器副线圈(相当于电源)和用户所在的回路。
  解析    对于理想变压器有 = ,P=U1I1=U2I,联立解得I= ,故A正确;输电线上损失的电压为U损=Ir= ,故B错误;输电线上损失的功率P损=I2r= r,故C正确;用户得到的电功率P用=P-P损=P- ,故D错误。
考点三　电磁振荡　电磁波　传感器
一、电磁振荡1.振荡电流:大小和方向都做周期性迅速变化的电流。2.振荡电路:产生振荡电流的电路。由电感线圈L和电容器C组成的电路,称为LC振荡 电路(如图所示)。 3.电磁振荡的概念:在LC振荡电路中,电容器不断地放电和充电,就会使电容器极板上 的电荷量q、电容器内的电场强度E、电路中的电流i、线圈内的磁感应强度B周期性
地变化,这种现象就是电磁振荡。4.电磁振荡的周期与频率(1)周期:T=2π 。(2)频率:f= 。5.电磁振荡的变化规律(1)振荡电流、上极板电荷量随时间变化的图像 
(2)各物理量随时间的变化情况
6.LC振荡电路充、放电过程的判断方法(1)根据电流流向判断:当电流流向带正电的极板时,电容器极板上的电荷量增加,磁场 能向电场能转化,处于充电过程;反之,当电流流出带正电的极板时,电容器极板上的电 荷量减少,电场能向磁场能转化,处于放电过程。(2)根据物理量的变化趋势判断:当电容器极板上的电荷量q(电压U、场强E)增大或电 流i(磁感应强度B)减小时,处于充电过程;反之,处于放电过程。(3)根据能量判断:电场能增加时处于充电过程,磁场能增加时处于放电过程。
二、电磁场与电磁波1.麦克斯韦电磁场理论
2.电磁波(1)电磁场在空间由近及远地向周围传播,形成电磁波。电磁波是横波。(2)电磁波的传播不需要介质,可在真空中传播,在真空中不同频率的电磁波传播速度 相同(都等于光速)。(3)不同频率的电磁波,在同一介质中传播,其速度是不同的,频率越高,波速越小。(4)v=λf,f是电磁波的频率。
3.电磁波的特性及其应用
三、传感器常见敏感元件(1)光敏电阻①特点:被光照射时电阻发生变化。②作用:把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。(2)热敏电阻①特点:温度变化时电阻随之变化。②作用:把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。(3)霍尔元件
①霍尔电压:UH=k 。②作用:把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量。(4)电阻应变片①作用:把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。②电子秤的工作原理 
微专题22　含变压器电路的动态分析
一、含变压器电路的动态分析方法1.含义:由于变压器的匝数比或电路的负载等变化,引起电路中各物理量的变化的动态 问题的分析。2.理想变压器的制约关系
3.等效电阻的建立在只有一个副线圈的理想变压器电路中,设原线圈、副线圈的匝数之比 =k,负载电阻为R,则变压器和负载电阻整体可以等效为一个新电阻,其阻值R'=k2R。
证明:如图所示,设原线圈两端的电压为U1,通过它的电流为I1,副线圈两端的电压为U2, 通过它的电流为I2,副线圈负载电阻为R,变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。由欧姆 定律可知 =R,设原线圈、副线圈的匝数之比 =k,根据变压器规律可知 = =k, = =k,联立解得 =k2R,可以看成大小为k2R的等效负载电阻直接连在原线圈一侧。4.等效电源的建立理想变压器中与原线圈串联的定值电阻阻值为R0,交流电源输出电压为U,设原线圈、 副线圈的匝数之比 =k,将变压器、定值电阻R0与原交流电源看成一个整体,等效为一个新的电源,则新电源的电动势E'= ,新电源的内阻r'= 。
证明:如图所示,设原线圈两端的电压为U1,通过它的电流为I1,副线圈两端的电压为U2, 通过它的电流为I2,副线圈负载电阻为R,与原线圈串联的定值电阻阻值为R0,变压器 原、副线圈匝数分别为n1、n2。将变压器、定值电阻R0与原交流电源看为一个整体, 等效为一个新的电源,设新电源的电动势为E',新电源等效内阻为r',作出等效后的电路 图。由闭合电路欧姆定律得U2=E'-I2r' ①由串联电路的规律得U1=U-I1R0;设 =k,则 =k, =k,联立各式,得U2= -I2  ②比较①②,得E'= ,r'= 。
二、解题方法1.程序法:此法常用于原线圈无串联电阻情况。U1  U2 I2 P1、P2(或I1)(1)匝数比不变,负载电阻变化情况的分析思路 
 不变,负载电阻R改变①U1不变,根据 = ,输入电压U1决定输出电压U2,可以得出不论负载电阻R如何变化,U2都不变。②当负载电阻发生变化时,I2变化引起P2变化,根据P1=P2,可以判断P1的变化。③I2变化,根据输出电流I2决定输入电流I1,可以判断I1的变化。(2)负载电阻不变,匝数比变化情况的分析思路
①U1不变, 发生变化,U2变化。②R不变,U2变化,I2发生变化。③根据P2= 和P1=P2,可以判断P2变化时,P1发生变化,U1不变,I1发生变化。2.等效替代法建立等效电源或等效电阻分析解题。
例    (多选)如图为模拟远距离输电的部分测试电路。a、b端接电压稳定的正弦式交 变电源,定值电阻阻值分别为R1、R2,且R1