4.1交变电流 电能的输送（讲义）（6考点+6题型）——2023-2024学年高二物理下学期期中期末题型复习讲义

4.1交变电流 电能的输送 考点一　正弦式交变电流的产生及变化规律 1 考点二　交流电有效值的求解 2 考点三　交变电流“四值”的比较 3 考点四　理想变压器基本关系的应用 3 考点五　理想变压器的动态分析 4 考点六　远距离输电问题 4 题型1交变电流的产生及变化规律 5 题型2交变电流“四值”的比较 7 题型3理想变压器原理的应用 11 题型4两种特殊的变压器模型 14 题型5理想变压器的动态分析 17 题型6远距离输电 20 考点一　正弦式交变电流的产生及变化规律 1．交变电流的产生 (1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动． (2)两个特殊位置的特点： ①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变． ②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变． (3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次． (4)交变电动势的最大值Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关． 2．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 电动势 e＝Emsin ωt＝nBSωsin ωt 电压 u＝Umsin ωt＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt＝sin ωt 考点二　交流电有效值的求解 1．正弦式交流电的有效值： I＝，U＝，E＝ 2．非正弦式交流电有效值的求解需根据电流的热效应进行计算． 　　　　　　计算交变电流有效值的方法 (1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解． (2)分段计算电热求和得出一个周期内产生的总热量． (3)利用两个公式Q＝I2Rt和Q＝t可分别求得电流有交值和电压有效值． (4)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的(但必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I＝、U＝求解. 考点三　交变电流“四值”的比较 交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 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情况 峰值 最大的瞬时值 Em＝nBSω Im＝ 讨论电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值 E＝ U＝ I＝ 适用于正(余)弦式交变电流 (1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等) (2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值 (3)保险丝的熔断电流为有效值 平均值 交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值 ＝Bl ＝n ＝ 计算通过电路横截面的电荷量 考点四　理想变压器基本关系的应用 1．基本关系式 (1)功率关系：P入＝P出． (2)电压关系：只有一个副线圈时，＝；有多个副线圈时，＝＝＝…. (3)电流关系：只有一个副线圈时，＝. 由P入＝P出及P＝UI推出有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…. 2．制约关系 (1)电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定． (2)功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定． (3)电流：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定． 考点五　理想变压器的动态分析 常见的理想变压器的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况． 1．匝数比不变的情况(如图5所示) (1)U1不变，根据＝，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不变． (2)当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化． (3)I2变化引起P2变化，P1＝P2，故P1发生变化． 　　 　　　　　图5　　　　　　　　　　　图6 2．负载电阻不变的情况(如图6所示) (1)U1不变，发生变化，故U2变化． (2)R不变，U2变化，故I2发生变化． (3)根据P2＝，P2发生变化，再根据P1＝P2，故P1变化，P1＝U1I1，U1不变，故I1发生变化． 考点六　远距离输电问题 1．远距离输电的处理思路 对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析． 2．远距离高压输电的几个基本关系(以图11为例) 图11 (1)功率关系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P损＋P3. (2)电压、电流关系：＝＝，＝＝，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线． (3)输电电流：I线＝＝＝. (4)输电线上损耗的电