(讲义)第3章 交流电 章末综合提升-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

主题1　交变电流的四值及其应用 1．瞬时值：它反映不同时刻交变电流的大小和方向，正弦交变电流瞬时值表达式为e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，应当注意以上两个表达形式必须从中性面开始计时。 2．最大值：它是瞬时值的最大值，它反映的是交变电流大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，Em＝NBSω(转轴垂直于磁感线)。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。 3．有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流的数值叫作这一交流的有效值。正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是U＝Em，I＝Im。对于非正弦交变电流的有效值，以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说的交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值。用电器上所标电压、电流值也是指有效值。在计算交变电流通过导体产生热量、电功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值。 4．平均值：它是指交变电流图像中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律＝n·来求。计算平均值切忌用算术平均法，即＝求解，平均值不等于有效值。 【典例1】　如图所示，线圈abcd的面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝T，电表均为理想交流电表，当线圈以300r/min的转速绕垂直于磁场的轴匀速旋转时。 (1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。 (2)在(1)的条件下线圈转动s时感应电动势的瞬时值多大？ (3)电路中电压表和电流表的示数各是多少？ (4)从中性面开始计时，经s通过电阻R的电荷量是多少？ [解析]　(1)e＝Emsinωt＝NBS·2πfsin(2πft)＝100××0.05×2π×sin(V)＝50sin10πt(V)。 (2)当t＝s时，e＝50sinV≈43.3V。 (3)电动势的有效值E＝＝V≈35.4V， 电流表的示数I＝＝A＝3.54A， 电压表的示数U＝IR＝3.54×9V＝31.86V。 (4)s内线圈转过的角度θ＝ωt＝×2π×＝， 该过程中，ΔΦ＝BS－BScosθ＝BS， 由＝＝＝， 得q＝＝＝C＝C。 [答案]　(1)e＝50sin10πt(V)　(2)43.3V (3)31.86V　3.54A　(4)C 主题2　变压器问题解题思路分析 1．理想变压器的变压原理问题 对于磁感线回路唯一的“□”形变压器，当原线圈中磁通量变化时，整个闭合铁芯中，处处相等，而对于磁感线回路不唯一的如“□□”形变压器。不同位置可能不同，此时有＝＋。 2．理想变压器的动态分析问题 首先应明确“不变量”和“变化量”，对变化量要把握它们之间的制约关系，依据程序分析的思想，从主动变化量开始，根据制约关系从前到后或从后到前逐一分析各物理量的变化情况。 (1)首先明确变压器各物理量间的制约关系。变压器原、副线圈匝数n1、n2确定，U1决定了U2，与输出端有无负载、负载大小无关，也与变压器有无其他副线圈无关。U2与负载电阻R，决定了输出电流I2的大小，输出功率P2决定输入功率P1，P1＝U1I1，从而决定I1大小。 (2)分清动态变化中哪个量变化，结合串、并联电路的特点，欧姆定律及变压器各物理量间因果关系依次确定。 3．变压器原线圈接有用电器的问题 由于原线圈中接有用电器，所以原线圈两端电压不等于电源电压，这种情况下电源两端电压等于用电器两端电压与原线圈两端电压之和。若从电压与匝数关系分析，难以得出结论，所以这类问题一般由电源关系入手解决比较方便。 【典例2】　如图所示，一理想变压器接在电压为U的交流电源上，原线圈接入电路的匝数可以通过调节滑片P来改变。副线圈连接交流电流表、定值电阻R0和可变电阻R，则(　　) A．保持P的位置不动，将R的阻值增大，电流表的读数变小 B．保持P的位置不动，将R的阻值增大，R0消耗的电功率变大 C．保持R的阻值不变，将P向上滑动，电流表的读数变大 D．保持R的阻值不变，将P向上滑动，R0消耗的电功率变大 A　[保持P的位置不动，即原、副线圈的匝数比不变，故副线圈两端的电压U′恒定，将R的阻值增大时，由I＝可知，副线圈中的电流变小，故电流表的读数变小，由P0＝I2R0可知，R0消耗的电功率变小，选项A正确，B错误；保持R的阻值不变，将P向上滑动时，原线圈的匝数n1增大，由U′＝U可知，副线圈两端的电压变小，由I＝可知，副线圈中的电流变小，故电流表的读数变小，由P0＝I2R0可知，R0消耗的电功率变小，选项C、D错误。] (1)首先抓住三个决定原则：输入电压决定输出电压，输出电流决定输入电流，输出功率决定输入功率。 (2)把副线圈当成电源，