第3章 交变电流与远距离输电 章末素养提升 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册 （鲁科版2019）

DISANZHANG 第3章 章末素养提升 物理观念 交变电流 的产生 和描述 (1)产生：闭合线圈在匀强磁场中绕 匀速转动 (2)交变电流的四值 ①瞬时值：e＝_________ i＝ (从线圈位于中性面开始计时) ②峰值：Em＝nBSω   再现素养 知识 垂直于磁场的轴 Emsin ωt Imsin ωt 物理观念 变压器   电能的 输送 功率损失：ΔP＝I2R线 电压损失：ΔU＝IR线 科学思维 1.会用右手定则和法拉第电磁感应定律得出正弦式交变电流的大小和方向 2.会根据电流的热效应计算有效值 3.会推导理想变压器原、副线圈电流与匝数的关系 科学 探究 通过实验，探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系 科学 态度 与责任 通过实验，养成安全操作、严谨认真、实事求是的科学态度；通过高压输电的学习，了解我国电网事业的高速发展 提能综合 训练 (多选)(2023·海南卷)如图是工厂利用u＝ 的交流电给 36 V照明灯供电的电路，变压器原线圈匝数为1 100匝，下列说法正确 的是 A.电源电压有效值为 B.交变电流的周期为0.02 s C.副线圈匝数为180匝 D.副线圈匝数为240匝 例1 √ √ 由ω与T的关系可知周期T＝0.02 s， 解得n2＝180匝，B、C正确。 (2022·秦安县模拟)如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO′转动。改变线圈的转速，穿过该线圈的磁通量随时间分别按图中图线甲、乙的规律变化。则 A.图线甲对应线圈在t＝0时产生 的感应电动势最大 B.图线乙对应的线圈，1 s内交变 电流的方向改变5次 C.图线甲、乙对应的线圈在t＝0.2 s时，线圈平面均垂直于磁感线 D.图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4 例2 √ 在t＝0时刻，Φ甲最大，则产生的感应电动势最小，故A错误； 图线乙对应线圈的周期是0.2 s，一个周期内交变电流的方向改变2次，1 s内交变电流的方向改变10次，故B错误； 在t＝0.2 s时，图线甲和乙对应 线圈的磁通量均为零，所以线 圈平面均平行于磁感线，故C 错误； 由题图可知甲、乙图线对应线圈的周期为4∶5，而线圈的转速n＝ 所以甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4，故D正确。 (多选)(2022·山东日照国开中学阶段考试)如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝55∶4，原线圈接有交流电流表A1，副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表A2、滑动变阻器R等，所有电表都是理想电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定。原线圈接入的交变电压的变化规律如图乙所示，则下列说法正确的是 例3 A.交流电压表V的读数为64 V B.灯泡L两端电压的有效值为 C.当滑动变阻器的触头P向下滑动时，电流表A2示数增大，A1示数减小 D.由图乙可知交流发电机转子的角速度为100π rad/s √ √ 由题图乙可知，原线圈输入电压有效值为440 V，根据 可得副线圈两端电压有效值为32 V，交流电压表V的示数为有效值，即为32 V，A错误； 当滑动变阻器的触头P向下滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，则由欧姆定律可知，电流表A2示数增大，所以电流表A1示数也增大，C错误； 可知交流发电机转子的角速度为 100π rad/s，D正确。 (多选)(2022·福建百校联合测评)如图甲所示，自耦变压器的原线圈与N匝、半径为r的圆形线圈(图中未画全)相连，副线圈与定值电阻R构成闭合回路，图示位置副线圈的匝数为原线圈匝数的 。圆形线圈内有垂直线圈平面的磁场，磁感应强度按图乙所示规律变化(B0、T已知，且以垂直纸面向里为正方向)。不考虑电阻随温度的变化以及线圈的电阻，下列说法正确的是 例4 C.若磁感应强度的变化周期减小，则变压器的输出功率将增大 D.若自耦变压器的滑片P顺时针转动，则通过原线圈的电流增大 √ √ 定值电阻消耗的电功率为 若磁感应强度的变化周期减小，则感应电动势的最大值增大，有效值增大，副线圈两端的电压增大，定值电阻消耗的电功率即变压器的输出功率将增大，C正确； 自耦变压器的滑片P顺时 针转动，副线圈的匝数减 少，副线圈两端的电压减 小，通过副线圈的电流减小，由n1I1＝n2I2可知通过原线圈的电流减小，D错误。 (2022·南山区模拟)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1，B是原线圈的中心接头，原线圈输入电压如图乙所示，副线圈电路中R1、R3为定值电阻，R2为NTC型热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，C为耐压值为50 V的电容器，所有电表均为理想交流电表。下列判断正确的是 A.当单刀双掷开关与B连接，副线圈两端电压的频率变为10 Hz B.当单刀双掷开关由A→B时，电容器C会被击穿 C.当单刀双掷开关与A连接，R2所 在处温度升高，A1的示数变大， A2的示数不变 D.其他条件不变，单刀双掷开关由 A→B时，变压器的输出功率变为原来的0.5倍 例5 √ 变压器不会改变交流电的频率，因此副线圈两端电压的频率仍为 50 Hz，故A错误； 若R2所在处温度升高，电阻减小，副线圈干路电流增大，原线圈电流增大，A1的示数变大；R3两端的电压升高，而副线圈两端电压不变，R1两端的电压减小，因此电流表A2的示数减小，故C错误； 其他条件不变，单刀双掷开关由A→B时，变压器的输出电压加倍，电容器被击穿，形成短路， 通过副线圈的电流变大， 从而变压器的输出功率 增加，故D错误。 (2022·宁德市月考)如图所示，作为北京奥运会主场馆之一的国家体育场“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇形屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为98 550 kW·h的太阳能光伏发电系统，供给体育场内的照明灯等使用。假如该发电系统的输出功率为1×105 W。 (1)按平均每天太阳照射6小时，该发电系 统一年(365)天能输出多少电能？ 例6 答案　7.884×1011 J 设该发电系统一年能输出的电能为E， P＝1×105 W，t＝365×6×3 600 s，E＝Pt 解得E＝7.884×1011 J (2)假若输出电压为250 V，现准备向远处输电。所用输电线的总电阻为 8 Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率为输 送电功率的5%，用户获得220 V电压，应选用 匝数比多大的升压变压器和降压变压器(变压器 均为理想变压器)? 答案　1∶16　190∶11 依题意作出如图所示的输电示意图 升压变压器原线圈中的电流 当输电线上损失的电功率为输送电功率的5%时，设输电线中的电流为I2，则I22R线＝5%P 设降压变压器T2副线圈中的电流为I4，用户获得的总功率为P用＝P－5%×P 又P用＝U4I4 又I3＝I2＝25 A ③有效值：U＝，I＝(只适用于正弦式交变电流) ④平均值：＝n，＝ ＝，I1n1＝I2n2(只有一个副线圈时)；P1＝P2 220sin 100πt V 220 V Um＝220 V，则U有效＝＝220 V，ω＝100π rad/s， 原、副线圈匝数比＝， ， 16 V ＝， 设灯泡L两端电压的有效值为U′，灯泡的电阻为r，交变电流的周期为T，根据交变电流有效值的定义有·＝T，解得U′＝16 V，B正确； 根据ω＝＝ rad/s＝100π rad/s， A.滑片P在图甲所示位置时，定值电阻两端的最大电压为 B.滑片P在图甲所示位置时，定值电阻消耗的电功率为 由题图乙可得ω＝，圆形线圈中产生的感应电动势最大值U1m＝NB0Sω＝，由＝得定值电阻两端的最大电压U2m＝，A错误；  P＝＝，B正确； 根据＝可知，当单刀双掷 开关由A→B时，副线圈两端 电压的最大值为Um＝44 V >50 V，因此电容器C会被击穿，故B正确；  I1＝＝ A＝400 A 解得I2＝25 A，则升压变压器T1原、副线圈的匝数比为＝＝＝ 解得I4＝ A 则降压变压器原、副线圈的匝数比为＝＝。 $$