专题12 交变电流-三年（2020-2022）高考真题物理分项汇编（山东专用）

2020-22年三年山东卷高考汇编 专题12 交变电流 【考纲定位】 高考命题点 考纲要求 高考真题 1.交变电流、正弦式交变电流及描述 通过实验，认识交变电流．能用公式和图象描述正弦交变电流． 2020·山东·高考 T5 2.变压器及远距离输电 通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系．知道远距离输电时通常采用高压输电的原因． 2022·山东·高考 T4 2021·山东·高考 T9 3.发电机和电动机 了解发电机和电动机工作过程中的能量转化．认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用． 【知识重现】 一、正弦式交变电流的产生及变化规律 1．交变电流的产生 (1)交变电流：电流的大小和方向都做周期性的变化，这种电流叫交变电流，简称交流电．下图为几种交流电的电流随时间变化的图象． (2)产生原理：将闭合线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动，线圈中将产生按正弦规律变化的交流电． 注意：正弦式交流电的变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关． (3)交流电产生过程中的两个特殊位置 图示 概念 中性面位置 与中性面垂直的位置 特点 B⊥S B∥S Φ＝BS，最大 Φ＝0，最小 e＝n＝0，最小 e＝n＝nBSω，最大 感应电流为零，方向改变 感应电流最大，方向不变 2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 规律 物理量　　　 函数表达式 图象 磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt 注意：Φ与线圈匝数无关 电动势 e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt 电压 u＝Umsin ωt＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt＝sin ωt 二、 描述交变电流的物理量 1．瞬时值、最大值和有效值 (1)瞬时值：交流电在任一时刻的值叫瞬时值． (2)最大值：瞬时值中最大的值叫最大值，又称峰值． (3)有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的．让交流电与恒定电流通过大小相同的电阻，如果在交流电的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U称为这个交流电的有效值． 2．交变电流“四值”的区别与联系 正弦式交变电流的电动势、电压和电流都有最大值、有效值、瞬时值和平均值．以电动势为例：最大值用Em表示，有效值用E表示，瞬时值用e表示，平均值用表示，它们之间的关系如下表所示． 物理含义 重要关系 适用情况 瞬时值 交变电流某 一时刻的值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 计算线圈某时刻的受力 最大值 最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝ 确定用电器的耐压值，如电容器、晶体管等的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值 对正弦式交 流电： E＝， U＝， I＝ ①计算与电流热效应相关的量，如功、功率、热量等；②交流电表的测量值；③电气设备所标注的额定电压、额定电流；④保险丝的熔断电流 平均值 交变电流图象中图线与时间轴围成面积与时间的比值 ＝n ＝ 计算通过电路某一截面的电荷量：q＝·t 3.周期和频率 (1)周期T：交流电完成一次周期性变化所需的时间．在一个周期内，交流电的方向变化两次． (2)频率f：交流电在1 s内完成周期性变化的次数． 角频率：ω＝＝2πf，单位为弧度/秒． 三、电感、电容对交流电的阻碍作用 1．电感：通直流，阻交流；通低频，阻高频． 2．电容：通交流，隔直流；通高频，阻低频． 四、 理想变压器 1．理想变压器的构造和原理 变压器由铁芯、原线圈、副线圈组成，如图所示． 当原线圈中通入交流电时，由于互感作用，变压器原、副线圈中磁通量变化率相同，由法拉第电磁感应定律有E＝n，则＝.由于理想变压器忽略铜损和铁损，则 E＝U，P1＝P2，故而得出＝，＝. 2.理想变压器原、副线圈基本量的关系 功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝P出 电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比，即＝，与副线圈的个数无关 电流关系 ①只有一个副线圈时：＝； ②有多个副线圈时：由P入＝P出得U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn 频率关系 f1＝f2，变压器不改变交流电的频率 3.理想变压器的制约关系 (1)电压：原决定副．根据变压器的原理可知，输入电压U1决定输出电压U2，U2＝U1.当U1不变时，不论负载电阻R变化与否，U2都不会改变． (2)电流：副决定原．输出电流I2决定输入电流I1.当负载电阻R增大时，I2减小，则I1相应减小；当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大．因此，在使用变压器