鲁科版高中物理选择性必修第二册第3章章末综合提升课件+学案+测评含答案

主题1　交变电流“四值”的辨析及应用

【典例1】　如图所示为交流发电机示意图，矩形线圈的匝数N＝50匝，每匝线圈的边长lab＝0.4 m，lbc＝0.2 m，矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B＝0.2 T，线圈总电阻r＝1 Ω，外接电阻R＝9 Ω。线圈以n＝ r/s的转速在磁场中匀速转动。求：

(1)线圈中产生的感应电动势的最大值；

(2)若线圈从通过中性面时开始计时，写出回路中电流随时间变化的关系式；

(3)交流电压表和电流表的读数；

(4)此交流发电机的总功率和输出功率。

[解析]　(1)Em＝NBSω＝NBlablbcω＝50×0.2×0.4×0.2××2π V＝160 V。

(2)ω＝2πn＝200 rad/s

Im＝＝16 A

i＝16sin 200t(A)。

(3)电流表的读数I＝Im＝8 A

电压表的读数U＝IR＝72 V。

(4)发电机的总功率P＝IE，E＝Em

所以P＝8××160 W＝1 280 W

发电机的输出功率等于外电路电阻消耗的电功率。即

PR＝IU＝8×72 W＝1 152 W。

[答案]　(1)160 V　(2)i＝16sin 200t(A)　(3)72 V　8 A　(4)1 280 W　1 152 W

主题2　理想变压器的分析思路

1．电压思路：变压器原、副线圈的电压之比为＝；当变压器有多个副线圈时＝＝…。

2．功率思路：理想变压器的输入、输出功率关系为P入＝P出，即P1＝P2；当变压器有多个副线圈时：P1＝P2＋P3…。

3．电流思路(方法上同功率思路)：由I＝知，对只有一个副线圈的变压器有＝；当变压器有多个副线圈时：n1I1＝n2I2＋n3I3…。

4．制约思路(变压器动态问题)

(1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定时，输入电压U1决定输出电压U2，即U2＝。

(2)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比一定，且输入电压U1确定时，副线圈中的电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝。

(3)负载制约

①变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2决定，I2＝。

②变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2＝P负1＋P负2…。

5．原理思路

变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中相等，即＝。此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于恒定电流。

【典例2】　(多选)如图所示，变压器输入电压恒定，输出端两个灯泡并联，R为滑动变阻器，P为滑动变阻器的滑动触头。开始时，开关S断开，不计导线的电阻，则下列说法正确的是(　　)

A．P向左滑动，灯泡L1变暗，变压器的输入功率增大，电压表V1示数增大

B．P向右滑动，灯泡L1变亮，变压器的输入功率增大，电压表V1示数不变

C．闭合开关S，灯泡L1变亮，变压器的输入功率增大，电压表V2示数增大

D．闭合开关S，灯泡L1变暗，变压器的输入功率增大，电压表V2示数减小

BD　[变压器输入电压恒定，输出电压不变，故电压表V1的示数不变。P向左滑动，输出端总电阻增大，输出电流减小，灯泡L1变暗，所以输入电流减小，输入功率减小，选项A错误；P向右滑动，输出端总电阻减小，输出电流增大，灯泡L1变亮，所以输入电流增大，输入功率增大，选项B正确；闭合开关S，输出端总电阻减小，输出电流增大，故输入电流增大，输入功率增大，R两端的电压增大，电压表V2的示数减小，灯泡L1变暗，选项C错误，D正确。]

主题3　远距离输电问题

1．输电示意图：如图所示，远距离输电的示意图包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和用户电阻。可设两个变压器的原、副线圈的匝数分别为n1、n2、n3、n4，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。

2．正确理解几个基本关系

(1)功率关系：P1＝P2，P2＝P损＋P3，P3＝P4。

(2)电压关系：＝，U2＝U线＋U3，＝。

(3)电流关系：＝，I2＝I线＝I3，＝。

(4)输电电流：I线＝＝＝。

(5)输电导线上损耗的电功率P损＝P2－P3＝IR线＝＝U线I线。

(6)输电导线上的电压损失U线＝I线·R线＝U2－U3。

【典例3】　某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9 kW，输出电压为500 V，输电线的总电阻为10 Ω，线路损耗的功率为输出功率的4%。求：

(1)村民和村办小企业需要220 V电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)

(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？

[解析]　建立如图所示的远距离输电模型，要求变压器原、副线圈的匝数比，先要知道原、副线圈两端的电压之比。本题可以线路上损耗的功率为突破口，先求出输电线上的电流I线，再根据输出功率求出U2，然后再求出U3。

(1)由线路损耗的功率P线＝IR线可得

I线＝＝ A＝6 A

又因为P输出＝U2I线

所以U2＝＝ V＝1 500 V

U3＝U2－I线R线＝(1 500－6×10) V＝1 440 V。

根据理想变压器规律得＝＝＝

＝＝＝。

所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11。

(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图所示)，

由P输出＝UI′线

可得I′线＝＝ A＝18 A

所以线路损耗的功率P线＝I′R线＝182×10 W＝3 240 W

用户得到的电压U用户＝U－I′线R线＝(500－18×10)V＝320 V

用户得到的功率P用户＝P输出－P线＝(9 000－3 240) W＝5 760 W。

[答案]　(1)1∶3　72∶11　(2)320 V　5 760 W