第三章 章末归纳提升-【创新教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册五维课堂（人教版2019）

物理·选择性必修第二册 发电机升压变乐器输电线降压变压器 用 A.升压变压器的原线圈中的电流与用户用 电设备消耗的功率有关 B.输电线中的电流只由升压变压器原、副 线圈的匝数比决定 C.当用户用电器的总电阻减小时，输电线 上损耗的功率减小 D.升压变压器的输出电压等于降压变压器 的输入电压 5.(远距离输电)如图甲所示，发电机的输出电 压为220V,输出功率为44kW,每条输电线 电阻为0.22，求用户得到的电压和电功率 各是多少？如果如图乙所示，发电机先用变 压比为1：10的升压变压器将电压升高，经 同样的输电线且经变压比为10：1的降压变 压器降压后再供给用户，则用户得到的电压 C温馨提西 和电功率各是多少？ 学习至此，请完成配套训练 章未归纳提升 [知识整合] 正弦（或余弦）式交变电流的产生 交变电流 对交变电流的变化规律的迎解 交变电流的图象 输电线上电乐和功幸损失的计算 远E离输电 电能的输送 州期和频率 交变电流 交变电流的描述 交变地流有效值的计算 交变电流的四位比较 即想变压器的动态变化问题 几种特殊的变压器 变压器的应用 理想变压器的基本关系 有多个副线圈的变压器 变压器 现想变压器工作时的制约关系 变压器利分压器 [能力强化] [强化点1]交变电流的四值及其应用 2.最大值：它是瞬时值的最大值，它反映的是 1.瞬时值：它反映不同时刻交变电流的大小和 交变电流大小的变化范围，当线圈平面跟磁 方向，正弦交流电瞬时值表达式为e=E sin 感线平行时，交流电动势最大，Em=NBS wt,i=I sin ot,应当注意以上两个表达形 (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 式必须从中性面开始. 耐压值. ·88· 第三章交变电流 3.有效值：交变电流的有效值是根据电流的热 (3)电路中电压表和电流表的示数： 效应规定的：让交流和直流通过相同阻值的 (4)经过O通过电阻R的电荷量。 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=U,1=,E=E对于非 22 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：它是指交流电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E=·”来求，当线圈 从中性面转过90°的过程中，有E=2E.计 [强化点2]变压器问题解题思路分析 算平均值切忌用算术平均法，即E=E十E 2 1.理想变压器的变压原理问题 求解，平均值不等于有效值， 对于磁感线回路唯一的“☐”形变压器，当原 [例1]如图所示，线圈abcd的 线周中蓝道量变化时，整个闭合铁芯中，曾 面积是0.05m2,共100匝， 处处相等，而对于磁感线回路不唯一的如 线圈电阻为r=1Ω，外接电阻 “口口”形变压器，不同位置会”可能不同，此 R=9,匀强磁场的磁感应强 度B=T,当线圈以300r/min的转速匀 时有-地+盟 △t 2.理想变压器的动态分析问题 速旋转时，求：（从线圈转动经过中性面时开 首先应明确“不变量”和“变化量”，对变化量 始计时) 要把握它们之间的制约关系，依据程序分析 (1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式； 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 (2)线圈转过0时电动势的瞬时值： 变化情况。 ·89· 物理·选择性必修第二册 (1)首先明确变压器各物理量间的制约关系。 [规律总结]变压器的动态分析 444444444 变压器原、副线圈匝数、22确定，U1决 (1)根据题意弄清变量与不变量. 定了U,与输出端有无负载、负载大小无 (2)弄清变压器动态变化的决定关系. ①原线圈与副线圈电压的决定关系 关，也与变压器有无其他副线圈无关.U, ②输入功率与输出功率的决定关系 与负载电阻R,决定了输出电流I2的大 ③原线圈与副线圈电流的决定关系 小，输出功率P,决定输人功率P,,P,= [强化点3]远距离输电问题 UI1,从而决定I1大小 1.输电示意图：如图所示. (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 发电机 U 4用户 间因果关系依次确定 P 3.变压器原线圈接有用电器的问题 2.正确理解几个基本关系 由于原线圈中接有用电器，所以原线圈两端 (1)功率关系：P1=P2,P2=P十P3,P3=P4 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 2电医关系是，=Ua+U,员 压之和.若从电压与匝数关系分析，难以得 (3)电流关系：7，一1 =,12=1线=17= 出结论，所以这类问题一般由电源关系入手 解决比较方便。 （4)输电电流：1-是是- U2U3R线 [例2]用一理想变压器给负载供电，变压器 (5)输电导线上损耗的电功率： 输入端的电压不变，如图所示.开始时开关 U线=U线1线： S是断开的.现将开关S闭合，则图中所有 P=P,一P,=IR线一 交流电表的示数以及输入功率的变化情 (6)输电导线上的电压损失：U=I我·R线 况是 》 U:-U;. 3.处理思路 (1)根据具体问题画出输电线路示意图 (2)研究三个回路，分析其中的已知量、可求 量、待求量 (3)研究两个变压器，分析其中的已知量、可求 A.V1、V2的示数不变，A,的示数增大，A 量、待求量 的示数减小，P,增大 (4)确定求解思路，根据回路及变压器上的电 B.V、V,的示数不变，A1、A2的示数增大， 压、电流、功率关系列式求解。 P增大 [例3]某学校有一台应急备用发电机，内阻 C.V1、V2的示数不变，A1、A2的示数减小， 为R=12,升压变压器的匝数比为1：4， 降压变压器的匝数比为4：1，输电线的总 P人减小 电阻为r=42,全校22个教室，每个教室用 D.V,的示数不变，V,的示数增大，A的示 “220V40W”的灯泡6盏，要求所有灯都 数减小，A2的示数增大，P人减小 正常发光，则 ·90· 第三章交变电流 (1)输电线上损耗的电功率多大？ 2.(多选)由于天气原因某小区的供电系统遭 (2)发电机的输出功率多大？ 到严重破坏.为此，启动了临时供电系统，它 (3)发电机的电动势多大？ 由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器 组成，如图所示，发电机输出的电压= 480√2sin100πt(V),图中R表示输电线的 电阻.滑动触头P置于a处时，用户的用电 器恰好正常工作、下列说法正确的是( A2 发电机⑦ 用户 A.若A2的示数为2A,R=102,则原、副 线圈的匝数比1：n2=2:1 B.若A2的示数为2A,R=102,则原、副 线圈的匝数比n1:n2=2√2：1 C.若发电机的输出电压发生波动使V,的 示数小于正常值，要使用电器仍能正常 工作，应将滑动触头P向下滑动 D.当用电器增加时，为保证用电器仍能正 常工作，滑动触头P应向上滑动 [强化训练] 3.如图所示，某小型水电站发电机的输出功率 1.(多选)图甲为风力发电的简易模型.在风力 P=100kW,发电机的电压U1=250V,经 作用下，风叶带动与杆固连的磁铁转动，磁 变压器升压后向远处输电，输电线总电阻 铁下方的线圈与电压传感器相连.在某一风 R线=8Ω，在用户端用降压变压器把电压降 速时，传感器显示的电压随时间变化的关系 为U,=220V.已知输电线上损失的功率 如图乙所示，则 P线=5kW,假设两个变压器均是理想变压 风叶 器，下列说法正确的是 ( 17 磁铁 R 0 0.2 70.40.6 电压传感器 2 U.n 用 甲 A.磁铁的转速为5πr/s 升乐变斥器 降氏变压器 A.发电机输出的电流I,=40A B.线圈两端电压的有效值为6√2V C.交变电压瞬时值表达式为u=12sin5rt(V) B.输电线上的电流I线=625A C.降压变压器的匝数比n3:n,=190:11 D.该交变电压可以直接加在击穿电压为 D.用户得到的电流I,=455A 6√2V的电容器上 ·91·物理·选择性必修第二册 户的实际功率有关，选项A正确，B错误，用户用电器的总 所以由1品，1R是，B=20得 △t 电阻减小，功率增大，输电线上的电流增大，功率损失增加， 选项C错误；由于远距离输电，导线的电阻不能忽略不计， g=1a=z0=2xc=c NBS 100×】×0.05 导线上的电压降不能忽略，升压变压器的输出电压大于降压 变压器的输入电压，选项D错误.] [答案](1)e=50sin10πt(V)(2)43.3V(3)3.54A Po 5.解析：采用220V低压直接供电时，回路总电流I一 3L.86v0c 4X10A=200A [例2]B[电压表V1的示数由输入电压决定，电压表V 220 的示数由输入电压U(大小等于电压表V的示数)和臣数 线路上的电压损失Ua=I×2Ra=200×2X×0.2V=80V 线路上损失的功率P=×2R我=2002×0.4W=1.6× 比决定，电流表A2的示数由输出电压U:(大小等于电压 104W=16kw 表V,的示数)和负栽电阻R,决定；电流表A的示数即 则用户获得的电压Um=U,-Uw=140V 用户获得的功率P=P。一P=2.8X10W=28kW 由变压器的匝数比和输出电流【2决定；P人随P而变 若采用题图乙所示高压供电，由升压变压器规律记一所 化，由P由决定，周输入电压不变，所以电压表V,的示数不 U,-,0=2200V 变搭公式U,-,,可知U也不变，即电压表V,的示数 n Po=20 A 升压后的输电电流1一 不支又据-是如S用合后风，成小故五增大，电流来 A2的示数增大.输入电流I1随输出电流12增大而增大，故 则线路上的电压损失Ua=11×2R=20×2×0,2V=8V 线路上的功率损失P=×2R4=202×0.4W=160W 电流表A的示敦增大.因P=U,I2,故P增大，P、随 则降压变压器原线圈上电压为 P。变化，故P人也增大.可见本题的正确选项为B] U2=U1-Um=2200V-8V=2192V [例3][解析](1)根据题意，画出从发电机到教室灯泡之 间的输电过程，如图所示 U-:%4=219.2V n P=P。-PM=(44000-160)W=4.384×10W =43.84kW. 答案：140V28kW219.2V43.84kw 升压变压器 降压变压器 章末归纳提升 所有灯都正常工作的总功奉为 能力强化 [例1][解析](1)f=300r/min=5r/s,e=Esin wt= P2'=22×6×40W=5280W NBS·2 fsin2xf=50sin10πt(V. 用电器都正常工作时的总电流 (②)当1-0时，e-50sin(10x×动V=43.3y K-片-器A-24A (3)电动势的有效值E=E=50V=35.4V 两个变压器之间输电线上的电流 √ 电流表茶数1千，-A=35时A ,=1-号=6A 故输电线上损耗的电功率 电压表示数U=IR=3.54×9V=31.86V. P,=12r=144W. （④)0s内线圈转过的角度 (2)升压变压器的输出功率 0=t=10m×30=3 P'=P.+P'=5424W 而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率 孩址程△0=BS-BS·c0s0=号BS Ps=P1=P1'=5424W. ·142· 参考答案 (3)降压变压器上的输入电压U2=4U2'=880V 第四章电磁振荡与电磁波 输电线上的电压损失U,=1,r=24V 第1节 电磁振荡 因此升压变压器的输出电压 U1'=U,+U2=904V 第2节电磁场与电磁波 U=226V 升压变压器的输入电压U= 自主预习·探新知 知识梳理 升压变压器的输入电流11=41，=24A 一、1.周期性2.振荡电流LC振荡电路3.(1)自感减少 发电机的电动势E=U1+11R=226V+24×1V=250V. (2)自感充电增多最多4.电流：电场强度E周 [答案](1)144W(2)5424W(3)250V 期性 强化训练 二1.磁场能磁场能2.电场能电场能3.电磁波 1.BC[由题图乙知，电压的变化周期为T=0,4s,故磁铁的 三1.周期性变化2周期性变化32xVC 转述为n=宁=2.5r/s,故A错误：通过题图乙可知电压的 2πC 4.能量损失 最大值为12V,则有效值U==6反V,故B正确：因T 2 四、1.(1)①电场②磁场(2)电磁场2.(1)变化变化 变化(2)①介质等于②垂直(3)折射衍射3.(3)电 =0.48,故创=2纤=5不rad/s,则电压的醉时值表达式为u= T 磁场电磁波感应电动势(4)电磁波 12sin5πt(V),故C正确；电客器的击穿电压小于交变电压 基础自测 的最大值，故该交变电压不能直接加在击穿电压为6√②V的 1.(1)√(2)×(3)√(4)×(5)√(6)/ 电容器上，故D错误.] 2.提示放电刚结束时，电场能全部转化成了磁场能。 2.AD[若Az的示数为2A,R=10Q,又因为用户的用电器 3.提示如圆图所示的电场是均匀变化的，根据麦克斯韦电磁 正常工作时电压为220V,故副线图两端电压U2=220V十 场理论可知会在空间激发出磁场，但磁场恒定，不会激发出 1,R=240V,又原线图两端电压U,-U。-480V,故原、 新的电场，故不会产生电磁波 2 合作探究·攻重难 副线圈的匝数比m,1m2一U11U2一2：1，选项A正确，B错 探究1 溪：脱-票得U=费U,U支小，为保证用电器奶能 提示线圈中的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动 n 正常工作，则n应变大，滑动触头P应向上滑动，选项C错 势，阻碍线圈中电流的交化，电流逐浙增大，电容器的电场能 误：当用电器增加时，副线圈中的电流增大，输电线电阻R 转化为磁场能：线圈中电流减小时，对电容器充电，线圈中的 上的电压增大，为保证用电器仍能正常工作，则副线图两端 磁场能转化为电容器的电场能 的电压应增大，故滑动触头P应向上滑动，选项D正确.] [例1门D[由图像分析可知，计时开g们 1C[发意款出的电流1-是-10A-40A,选项 始时，电容器两极板带电荷量最大， 250 电流为零，电容器开始放电，根据电 5X10A=25A,选 A蜡溪.翰电线上的电流1尽8 流随时间的变化规律，可以画出qt 图像（在图中用虚线表示），由图像分析可知，山1时刻，电容器 项B错误，升压变压器的制线圈输出电压U,= P 带电荷量为零，电压为零，电场能为零，故D项正确，A、C两 100X10V=4X10V,输电线损耗电压U=1aR=25×8V= 项错误；2时刻电容器带电荷量9最大，两极板间电压最大， 25 B项错误.] 200V,降压变压器的原线圈电压U3=U3一△U=3800V, 跟进训练 长华压支压器份医数此受-总器-曾，选项C运商 1.AD[由图中上极板带正电荷、下极板带负电荷及电流的方 降压变压器的副线图的输出功率P。=P,=P一P 向可判断出电容器正在充电.电容器充电的过程中电流减 2P=95×10 小，磁场能向电场能转化，正确选项为A、D.] 95kW,故用户得到的电流1一亡 220 A≈431.8A, 2.BC[S断开前，电容器C挺路，线圈中电流从上到下，电客 选项D错误.] 器不带电：S断开时，线圈L中产生自感电动势，阻碍电流减 ·143·