2019年高考物理经典问题的妙解策略专题11交流电

专题专题 1111 交流电交流电 考点分类考点分类见下表 考点内容考点内容 三种特殊的变压器 交变电流瞬时表达式的书写问题 把握三点,解决含二极管的变压器问题 交变电流“四值” 考点分析与常见题型考点分析与常见题型 选择题 选择题、计算题 选择题 选择题 考点一考点一三种特殊的变压器三种特殊的变压器 模型一自耦变压器模型一自耦变压器 高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器又称调压器，它只有一 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，它可以升压也可以降压，变压器的 基本关系对自耦变压器均适用，如图所示． 模型二互感器模型二互感器 分为电压互感器和电流互感器，比较如下 模型三双副线圈变压器模型三双副线圈变压器 计算具有两个或两个以上副线圈的变压器问题时，应注意三个关系 1电压关系 ＝ ＝ ＝ 2电流关系n1I1＝n2I2＋n3I3＋ 3功率关系P1＝P2＋P3＋ 考点二考点二交变电流瞬时表达式的书写问题交变电流瞬时表达式的书写问题 【书写交变电流瞬时值表达式的基本思路】【书写交变电流瞬时值表达式的基本思路】 1.1.确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式E Em m＝＝nBSnBSωω 求出相应峰值求出相应峰值. . 2.2.明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式. . ①若线圈从中性面位置开始转动，则①若线圈从中性面位置开始转动，则i i t t图象为正弦函数图象，函数式为图象为正弦函数图象，函数式为i i＝＝I Im msinsinωωt t. . ②若线圈从垂直中性面位置开始转动，则②若线圈从垂直中性面位置开始转动，则i i t t图象为余弦函数图象，函数式为图象为余弦函数图象，函数式为i i＝＝I Im mcoscosωωt t. . 考点三考点三把握三点把握三点, ,解决含二极管的变压器问题解决含二极管的变压器问题 1.二极管具有单向导电性正向导通,反向截止. U 1 U 2 U 3 n 1 n 2 n 3 2.先假设二极管不存在,分析副线圈的电流,再利用二极管的单向导电性对副线圈的电流进行修正. 3.结合能量守恒定律进行分析. 考点四考点四 交变电流“四值”交变电流“四值” 1交流电气铭牌上标示的是有效值;电表电压表、电流表测量的都是有效值. 2电容器或二极管所能承受的电压要高于交流电压的峰值,否则电容器或二极管就可能被击穿. 3交流电路中,欧姆定律、焦耳定律同样适用.功率、电热计算使用有效值. 在t时刻，导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为E1＝BL1v⊥ 由图可知v⊥＝vsinωt 则整个线圈的感应电动势为 e 1＝2E1＝BL1L2ω sinω t. 2当线圈由图丙位置开始运动时，在t时刻整个线圈的感应电动势为e2＝BL1L2ω sinωt＋φ 0． ◆典例二典例二如图所示，一个半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直 于纸面向里与ab垂直的匀强磁场，磁感应强度为B。M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表 和连接导线的电阻不计，求 1感应电动势的最大值； 1 2从图示位置起转过 周期的时间内负载电阻R上产生的热量； 4 1 3从图示位置起转过 周期的时间内通过负载电阻R的电荷量； 4 4求出电流表的示数。 πB nrπBrπr nB 【答案】1 πBnr；2； 3；4. 8R2R2R 22 424222 【解析】1线圈绕轴转动时，在电路中产生如图所示的交变电流。 πr 22 此交变电流的最大值为Em＝BSω＝B2πn＝πBnr。 2 2 4根据电流的热效应，在一个周期内 Q＝I2RT＝ Em 2 2T R 2 22 πr nB 故电流表的示数为I＝。 2R ◆典例二多选如图甲所示为一交变电压随时间变化的图像，每个周期内，前二分之一周期电压恒定， 后二分之一周期电压按正弦规律变化。若将此交流电连接成如图乙所示的电路，电阻R阻值为 100 Ω ，则 A．理想电压表读数为 100 VB．理想电流表读数为0.75 A C．电阻R消耗的电功率为 56 WD．电阻R在 100 秒内产生的热量为 5 625 J 【参考答案】BD 1.2016福建厦门高三期末在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲 所示。产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。则下列说法正确的是 甲乙 A．t＝0.01 s 时穿过线框的磁通量最小 B．该交变电动势的有效值为11 2 V C．该交变电动势的瞬时值表达式为e＝22 2 cos 100 πtV D．电动势瞬时值为 22 V 时，线框平面与中性面的夹角为45 【参考答案】D 2．2016山东师大附中模拟如图所示，一交流发电机的矩形线圈匝数为n＝10，其电阻r＝2 Ω ，面积S ＝0.2 m ，在磁感应强度B＝ 2 2 T的匀强磁场中，若线圈从中性面位置开始绕垂直于磁场方向的对称轴OO′ π 以 ω ＝10 π rad/s 的角速度匀速转动，向R＝18 Ω 的电阻供电。则以下说法中正确的是 A．该线圈产生的是余弦式交变电流 B．线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为40 V 12 C．线圈开始转动 s 时流过电阻R的瞬时电流大小为 A 602 D．电阻R上消耗的电功率为 9 W 【参考答案】D 【名师解析】若线圈从中性面开始运动，则穿过线圈的磁通量按照余弦规律变化，由法拉第电磁感应定律 可知，其产生的感应电动势感应电流将按照正弦规律变化，选项 A 错误；由于OO′为线圈的对称轴，所 1 以线圈产生的感应电动势的最大值应为Em＝nBSω ＝20 V，选项 B 错误；线圈在转动过程中产生的感应电 2 动势的瞬时值表达式为e＝20 sin 10 πtV，所以其感应电流的瞬时值表达式为i＝sin 10πtA，故当t ＝ 111 s 时，流经电阻R的瞬时电流大小为i＝sin 10π A＝ A，选项 C 错误；流经R的电流的有效值 60602 2 2 A，所以电阻R上消耗的电功率为P＝I R＝9 W，选项 D 正确。 2 为I＝ 图乙中，I的值不变，I2＝1 A 由W＝UIt＝I Rt可以得到W 甲∶W乙＝1∶3. 5.调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图所示．线圈AB 绕在一个圆环形的铁芯上．AB 间加上正弦交 流电压 U， 移动滑动触头 P 的位置， 就可以调节输出电压． 在输出端连接了滑动变阻器R 和理想交流电流表， 2 变阻器的滑动触头为 Q．则（） A.保持 P 的位置不动，将 Q 向下移动时，电流表的读数变大 B.保持 P 的位置不动，将 Q 向下移动时，电流表的读数变小 C.保持 Q 的位置不动，将 P 沿逆时针方向移动时，电流表的读数变大 D.保持 Q 的位置不动，将 P 沿逆时针方向移动时，电流表的读数变小 【参