第八章 第二讲 交变电流变压器-【高考总复习】2024高考物理一轮复习

􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋● 第八章 电磁感应和交变电流 225 第二讲 交变电流 变压器 高考全景速览 考纲如是说 1. 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。 2. 通过实验,探究并了解变压器原、副线圈 电压与匝数的关系。 3. 知道远距离输电时通常采用高压输电的 原因。 4. 了解发电机和电动机工作过程中的能量 转化。 5. 认识电磁学在人类生活和社会发展中的 作用。 6. 知道非电学量转换成电学量的技术意 义。通过实验,了解常见传感器的工作原理。列 举传感器在生产生活中的应用。 考情面面观 考试地位 本章是电磁学知识的实际应用与延伸,交流 电是电磁感应现象在实际生活中的应用;远距离 输电则是电路知识在实际应用中的体现,要求有 较强的综合分析的能力。 考题形式 高考对本部分知识的考查多以选择题为主, 有时也会出现计算题。 命题规律 本讲内容在高考中多会与电磁感应、电路知 识相结合,如交流电路的动态变化、有效值的计 算,图象知识和能量守恒定律简单综合等,考查 综合应用能力和数形结合能力。 考向预测 高考对本节内容的考查热点体现在三个方 面:一是交流电的产生原理、图象、表达式及四值 的灵活应用,重点是有效值的计算;二是考查变 压器原理及其动态问题;三是远距离输电中的线 路损耗问题。 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 考纲知识解读 解析一 交流电流及其产生原理 1. 交变电流 (1)定义:大小和方向均随时间做周期性变 化的电流,简称交流电。 (2)正弦式交变电流的产生 闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴 匀速转动时,线圈中产生的按正弦(余弦)规律变 化的电流。 推导:如图所示,矩形线圈长为l1 宽为l2, 当线圈从中性面开始计时,在t时刻,两切割边 产生的电动势均为e'=Bl1v⊥=Bl1vsinωt,而 v= 1 2l2ω ,此时整个n 匝线圈中的总电动势为 e=2nBl1vsinωt=nBl1l2ωsinωt=nBSωsinωt, 即e=Emsinωt;其中,Em=nBSω,S 为线圈的 面积。 特别提醒 Em 与线圈面积S 有关,与转轴的 位置和线圈平面的形状无关。 (3)正弦式交变电流的变化规律 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 高考总复习·物理 ●􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 226 从中性面开始计时,电动势的变化规律为 e=Emsinωt;负载电阻为R 时,电流的变化规律 为i= e R+r= Em R+rsinωt ,即i=Imsinωt(其中 Im= Em R+r ,r 为电源内阻);端电压变化规律为 U=iR=RImsinωt,即u=Umsinωt(其中Um= RIm)。 (4)中性面:与磁场方向垂直的平面(是电流 方向发生改变的位置)。 线圈位于中性面位置时:磁通量最大,但磁 通量的变化率为零,感应电动势为零,感应电流 等于零,所以线圈每经过一次中性面,电流方向 改变一次。 线圈与中性面垂直时,磁通量为零,磁通量 的变化率最大,感应电动势、感应电流均最大,电 流方向不变。 (5)在纯电阻电路中,交变电流的磁通量、电 动势、电流和电压图象间的对应关系如下: 图象关系 函数关系式 磁 通 量 Φ 随 时 间 变 化关系 Φ=Φmcosωt Φm=BS e、i、u 与 磁 通 量 的 对 应 变 化 关系 e=Emsinωt(Em= nBSω) i=Imsin ωt Im = Em r+R u=Umsinωt(Um= ImR) 2. 描述交变电流的物理量 (1)周期和频率周期T:交变电流完成一次周 期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s)。 公式:T= 2π ω 。 频率f:交变电流在1 s内完成周期性变化 的次数,单位是赫兹(Hz)。 周期和频率的关系:T= 1 f 或f= 1 T 。 (2)交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值 ①瞬时值:交变电流某一瞬时的值,是时间 的函数。 ②峰值:交变电流的电流或电压所能达到的 最大值。 ③有效值:让交流电与恒定电流通过阻值相 等的电阻,如