第三章 交变电流（复习课件）物理人教版选择性必修第二册

单元复习 第三章 交变电流 人教版（2019）选择性必修第二册 单元学习目标 1. 物理观念：理解正弦式交变电流的产生原理，明晰交变电流瞬时值、峰值、有效值、周期、频率的含义，知道有效值是电功、电热计算的依据。 2. 科学思维：能写出正弦式交变电流的瞬时值表达式，掌握理想变压器的电压、电流、功率关系，会分析变压器动态变化问题。 3. 实际应用：理解电感“通直流阻交流”、电容“通交流隔直流”的特性；掌握远距离高压输电的原理，能分析输电线上的功率损耗问题。 单元学习重难点 重点： 1. 正弦式交变电流的产生原理与四值（瞬时、峰值、有效值、平均值）的定义及对应应用场景 2. 理想变压器的电压、电流、功率三大核心关系，以及变压器动态变化的分析逻辑 3. 电感、电容对交变电流的作用特性，能区分二者对交直流、不同频率交流电的影响 4. 远距离高压输电的核心思路，理解升压、降压变压器的作用及功率损耗计算 单元学习重难点 难点： 1. 交变电流有效值的理解与计算，仅能从定义（热等效）出发，非纯正弦交流电需分段求电热 2. 理想变压器动态分析，多负载、非纯电阻负载场景下，电流比不适用时的功率守恒推导 3. 交变电流“四值”的精准选用，易混淆平均值（求电荷量）与有效值（求电热/电功）的使用条件 4. 远距离输电中功率损耗、电压损耗的区分，结合电路规律分析输电线上的能量变化 1. 本章思维导图 2. 知识清单 3. 题型剖析及针对训练 4. 课堂巩固 5. 课堂总结 学习内容 第三章 交变电流 一、本章思维导图 第三章 交变电流 第三章 交变电流 本章思维导图 二、知识清单 第三章 交变电流 1.产生 在匀强磁场中线圈绕 磁场方向的轴匀速转动。 2.交流电产生过程中的两个特殊位置 （1）中性面位置 垂直于 交变电流的产生及变化规律 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）与中性面垂直的位置 线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不变。 物理量 函数表达式 图像 磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt   电动势 e＝ ＝___________   3.正弦式交变电流的图像(线圈从中性面位置开始计时) Emsin ωt NBSωsin ωt 交变电流的产生及变化规律 物理量 函数表达式 图像 电流 i＝ ＝___________ (外电路为纯电阻电路)   电压 u＝ ＝___________ (外电路为纯电阻电路) Imsin ωt sin ωt Umsin ωt sin ωt 交变电流的产生及变化规律 NBSω 无关 无关 一次周期性 次数 (1)最大值 Em＝ ，与转轴位置 ，与线圈形状 (后两个空均选填“有关”或“无关”)。 (2)周期和频率 ①周期(T)：交变电流完成 变化所需的时间。单位是秒(s)，公式T＝。 ②频率(f)：交变电流在单位时间内完成周期性变化的 。单位是赫兹(Hz)。 ③周期和频率的关系：T＝____或f＝____。 描述交变电流的物理量 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＝ (外电路为纯电阻电路) 讨论电容器的 击穿 电压 交变电流“四值”的理解和计算 物理量 物理含义 重要关系 适用情况及说明 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值 ＝N (外电路为纯电阻电路) 计算通过导线横截面的 ________ 电荷量 交变电流“四值”的理解和计算 （1）正弦式交变电流：有效值是最大值的，即E＝，I＝，U＝。 （2）非正弦式交变电流有效值的计算 ①分段求出交变电流在一个周期内产生的热量Q交。 ②设交变电流的有效值为I或电压的有效值为U（也可设为直流电相应的物理量），写出同样时间内产生的焦耳热Q＝I2RT或Q＝T。 ③根据Q交＝Q列等式，计算I或U。 说明：(1)交流电流表、交流电压表的示数 (2)电气设备“铭牌”上所标的值(如额定电压、额定电流等) (3)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热、保险丝的熔断电流等) (4)没有特别加以说明的 交变电流“四值”的理解和计算 1.实验原理 (1)实验电路图(如图所示)： (2)实验方法：控制变量法 ①n1、U1一定，研究n2和U2的关系。 ②n2、U1一定，研究n1和U2的关系。 2.实验器材 学生电源(低压交流电源，小于12 V)1个、可拆变压器1个、多用电表1个、导线若干。 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 3.实验过程 (1)保持原线圈的匝数n1和电压U1不变，改变副线圈的匝数n2，研究n2对副线圈电压U2的影响。 ①估计被测电压的大致范围，选择多用电表交流电压挡适当量程，若不知道被测电压的大致范围，则应选择交流电压挡的最大量程进行测量。 ②组装可拆变压器：把两个线圈穿在铁芯上，闭合铁芯，用交流电压挡测量输入、输出电压。 (2)保持副线圈的匝数n2和原线圈两端的电压U1不变，研究原线圈的匝数对副线圈电压的影响。重复(1)中步骤。 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 4.数据处理 由数据分析变压器原、副线圈两端电压U1、U2之比与原、副线圈的匝数n1、n2之比的关系。 5.注意事项 (1)在改变学生电源电压、线圈匝数前均要先断开电源开关，再进行操作。 (2)为了人身安全，学生电源的电压不能超过12 V，通电时不能用手接触裸露的导线和接线柱。 (3)为了多用电表的安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量。 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 1.构造和原理 (1)构造：如图所示，变压器是由__________ 和绕在铁芯上的 组成的。 (2)原理：电磁感应的互感现象。 理想变压器： 不计漏磁，略去原、副线圈的电阻和各种电磁能量损失的变压器，称为理想变压器。 实际变压器（特别是大型变压器）一般都可以看成是理想变压器。 闭合铁芯 两个线圈 理想变压器原理及应用 功率关系 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P入＝P出，且输出功率P出决定输入功率P入 电压关系 原、副线圈的电压比等于匝数比，，与副线圈的个数无关，且U1决定U2 电流关系 ①只有一个副线圈时，，且I2决定I1 ②有多个副线圈时，由P入＝P出得U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn或I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn，输出决定输入 频率关系 f1＝f2，变压器不改变交变电流的频率 2.基本关系式 理想变压器原理及应用 3.有多个副线圈的变压器 (1)对于副线圈有两个及以上的理想变压器,电压比与匝数比成正比是成立的,而电流比与匝数比成反比的规律不成立。 (2)有多个副线圈(以两个为例) ②功率关系:P1=P2+P3。 ③电流关系:由能量守恒定律P1=P2+P3 , 即U1I1=U2I2+U3I3 ,可得n1I1=n2I2+n3I3。 理想变压器原理及应用 1.等效电阻的建立 在只有一个副线圈的理想变压器电路中，设原线圈、副线圈的匝数之 比为＝k，负载电阻为R，则变压器和负载电阻整体可以等效为一个 新电阻，其阻值R'＝k2R。 交变电路中的等效思想 证明：如图甲所示，设原线圈两端的电压为U1、电流为I1，副线圈两端的电压为U2、电流为I2， 副线圈所接负载为R，变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。由欧姆定律可 知＝R，令原线圈、副线圈的匝数之比＝k，根据理想变压器规律可知＝k，＝k，联立可得＝k2R，所以可将变压器和副线圈所接 负载整体看成阻值为k2R的等效电阻直接连在原线圈一侧。等效电路图如图乙所示。 交变电路中的等效思想 2.等效电源的建立 理想变压器中与原线圈串联的定值电阻为R0，交流电源输出电压为U， 设原线圈、副线圈的匝数之比为＝k，则变压器、定值电阻R0与原交流电源整体可等效为一个新电源，新电源的电动势E'＝，新电源的内阻r'＝。 交变电路中的等效思想 证明：如图丙所示，设原线圈两端的电压为U1、电流为I1，副线圈两端的电压为U2、电流为I2，副线圈所接负载为R，与原线圈串联的定值电阻 为R0，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。将变压器、定值电阻R0与原交流电源看成一个整体，等效为一个新的电源，令新电源的电动势为E'，新电源的等效内阻为r'，作出等效后的电路图如图丁所示。 交变电路中的等效思想 对图丙，由串联电路的规律得U1＝U－I1R0，令＝k，则＝k，＝k，联立可得U2＝－I2。对图丁，由 闭合电路欧姆定律得U2＝E'－I2r'，对两式比较，可得E'＝，r'＝。 交变电路中的等效思想 一、输送电能的要求：可靠、保质、经济 二、功率和电压损失： U损=Ir ，P损=I2r ①减少输电线的电阻r ②减少输电线的电流I——升高电压 三、降低输电损耗的两个途径 四、电能输送的基本模型 五、电网供电 ①电压关系： U2=U损+U3 ②电流关系： I2=Ir=I3 ③功率关系： P3=P4 P2=P损+P3 P1=P2 电能的输送 三、题型剖析及针对训练 第三章 交变电流 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 利用正弦式交变电流的"四值"求解问题时的注意事项 正弦式交变电流的"四值"指的是：交变电流的峰值，瞬时值，有效值和平均值。 在分析求解有关"四值"问题时，要特别注意把握如下几点。 (1)在判断是否超过电容器的击穿电压等物理量时用峰值。 (2)在研究某一时刻通有交流电的导体受到的安培力时应采用瞬时值。瞬时值可由瞬时值表达式计算得出。 (3)求电功，电功率以及确定保险丝的熔断电流等物理量时，要用有效值计算。 (4)求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值，即q=It。平均值的计算要用法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律来计算，并且不同时间段内的平均值可能会不同。 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 运用图像描述正弦式交变电流的变化规律 交变电流的变化除用瞬时值表达式描述外，也可以用图像来进行表述，其主要结构是横轴为时间或角度，纵轴为感应电动势e，交变电压u或交变电流i.正弦式交变电流的e-t,i-t,u-t图像都是正弦(或余弦)曲线，其图像有如下应用： (1)根据图像可求交变电流的峰值及各时刻瞬时值； (2)根据图像可求线圈在磁场中转动的周期和角速度； (3)可判断出线圈在磁场中开始转动时的位置。 答案：B 【例1】R1、R2为两个完全相同的定值电阻,R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图甲所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍),R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图乙所示,则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为(　　) A. 2∶3 B. 4∶3 C. 2∶ D. 5∶4 甲 乙 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 【例 2】如图甲所示为按压式发电手电筒，以一定的频率不断按压手柄时，其内置发电机会产生如图乙所示的交变电流。已知发电机内阻，与其串联的灯泡额定电压为9V、阻值为18Ω。若该灯泡恰好正常发光，则此时发电机( ) A. 输出电流的有效值为0.5A B. 输出电流的最大值为0.5A C. 输出的交流电频率为10Hz D. 输出的交流电频率为50Hz 答案：A 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 【例 3】（多选）如图为某小型发电机的原理图，线圈abed处于磁感应强度大小的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定轴00'速转动。已知线圈转速，线圈面积，共有匝，总电阳Ω，外电路电阻。从线圈与磁场垂直时开始计时。则（ ） A. 线圈产生的电动势的瞬时值表达式为e=2 cos 5πt (V) B. 0.2s内线圈产生的平均感应电动势为V C. 0.4s内线圈产生的焦耳热为0.032J D. 外电路电阻R减小，发电机输出功率减小 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 答案：BC 【例 4】（多选）如图，在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场，第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为 B.直角扇形导线框半径为L、总电阻为R，在坐标平面内绕坐标原点0以角速度ω逆时针匀速转动，转动周期为T.线框从图中所示位置开始转动一周的过程中（ ） A. 消耗的电功率不变 B. 在0~时间内，线框中感应电流沿逆时针方向 C. 感应电流的有效值为 D. 在转动过程中受到的安培力始终不变 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 答案：AC 【例 5】 (多选)如图所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图中曲线ａ、ｂ 所示，则（ 　　） Ａ． 两次ｔ ＝0 时刻，线圈平面均与中性面重合 Ｂ． 曲线ａ、ｂ 对应的线圈转速之比为２ ∶ ３ Ｃ． 曲线ａ 表示的交变电动势频率为２５Hz Ｄ． 曲线ｂ 表示的交变电动势有效值为10Ｖ 答案：ACD 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 【例 6】调光台灯是利用闸流晶体管来实现无级调节灯的亮度的． 现将某无级调光台灯接在220V的正弦式交变电流上，如图所示． 经过闸流晶体管调节后，加在灯管两端的电压如图所示． 图中每一小段都是正弦函数，则此时电压表的示数是（　　 ） A.220V B.156V C.110V D.78V 答案：B 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 【例 7】(多选)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来．车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流．磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示．将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中(　 　) A．电流最小 B．电流最大 C．电流方向由指向Q D．电流方向由Q指向P 答案：BD 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 【例 8】 将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是 A.该交流电的频率为100 Hz B.通过电阻电流的峰值为0.2 A C.电阻在1秒内消耗的电能为1 J D.电阻两端电压表达式为u＝10sin (100πt) V 答案：D 题型一: 正弦式交变电流的“四值”问题 题型二: 理想变压器动态问题分析 理想变压器的动态问题主要表现为两种形式：（1）匝数比不变，负载改变； （2）负载不变，匝数比改变。 分析理想变压器动态问题的流程如下(从不变量出发). 题型二: 理想变压器动态问题分析 匝数比不变，负载改变 如图所示，副线圈两端电压U2是不变量。 题型二: 理想变压器动态问题分析 负载不变，匝数比变化 如图所示，原线圈两端电压U1是不变量。 题型二: 理想变压器动态问题分析 理想变压器动态分析方法 (1)抓住三个决定原则：输入电压U1决定输出电压U2;输出电流I2决定输入电流I1；输出功率P2决定输入功率P1； (2)把副线圈当作电源，研究副线圈电路中的电阻变化。 (3)根据闭合电路的欧姆定律，判定副线圈电流的变化，功率的变化。 (4)根据理想变压器的变压规律，变流规律和功率规律判定原线圈电流的变化及输入功率的变化。 题型二: 理想变压器动态问题分析 模型突破： 解答这类问题的关键是分清变量和不变量。 首先确定哪些量是不变的，然后结合变压器的基本规律和欧姆定律分析相关量的变化情况。 1、理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是"量出而入"，即用户消耗多少，原线圈就提供多少，因而输出功率决定输人功率。 2、可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源，对负载电路进行动态分析时，可以参照直流电路动态分析的方法。 题型二: 理想变压器动态问题分析 负载变化的两种情况 (1)负载的数目发生变化，如某些用电器的开关断开或闭合。 (2)滑动变阻器的触片移动，电路中的电阻发生变化。 题型二: 理想变压器动态问题分析 自耦变压器 如图所示是自耦变压器的示意图。这种变压器的特点是铁芯上只绕有一个线圈。如果把整个线圈作原线圈，副线圈只取线圈的一部分，就可以降低电压： 如果把线圈的一部分作原线圈，整个线圈作副线圈，就可以升高电压。 调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB之间加上输入电压U1，移动滑动触头P的位置就可以调节输出电压U2 题型二: 理想变压器动态问题分析 互感器 (1)电压互感器：如图所示，原线圈并联在高压电路中，副线圈接电压表。互感器将高电压变为低电压，通过电压表测低电压，结合匝数比可计算出高压电路的电压。(2)电流互感器：如图所示，原线圈串联在待测大电流电路中，副线圈接电流表。互感器将大电流变成小电流，通过电流表测出小电流，结合匝数比可计算出大电流电路的电流。 题型二: 理想变压器动态问题分析 【例1】 (多选)(2024·全国甲卷·19)如图，理想变压器的副线圈接入电路的匝数可通过滑动触头T调节，副线圈回路接有滑动变阻器R、定值电阻R0和R1、开关S。S处于闭合状态，在原线圈电压U0不变的情况下，为提高R1的热功率，可以 A.保持T不动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动 B.将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片位置不变 C.将T向a端移动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动 D.将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片向e端滑动 答案：AC 题型二: 理想变压器动态问题分析 【例2】7.如图所示,两理想变压器间接有电阻R,电表均为理想交流电表,a、b接入电压有效值不变的正弦式交变电流。闭合开关S后(　　) A.R的发热功率不变 B.电压表的示数不变 C.电流表的示数变大 D.电流表的示数变小 答案：BC 题型二: 理想变压器动态问题分析 【例3】如图甲所示,理想变压器的原、副线圈匝数分别为、,RT为一热敏电阻,其阻值随着温度的升高而减小,灯泡L的额定功率为6 W,不计导线电阻,电流表和电压表均为理想电表。当原线圈输入如图乙所示的电压且环境温度为20 ℃时,电流表示数为0.05 A,电压表示数为10 V,灯泡L正常发光,以下说法正确的是(　　) A.∶=22∶1 B.20 ℃时的RT阻值为20 Ω C.若环境温度升高,电压表示数变小 D.若环境温度升高,变压器输入功率变小 答案：AB 题型二: 理想变压器动态问题分析 【例4】图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦式交流电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光。下列说法正确的是(　　) A.输入电压u的表达式 B.只断开S2后,L1、L2均正常发光 C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大 D.若S1换接到2 后,R消耗的电功率为0.8 W 甲 乙 答案：D D 题型二: 理想变压器动态问题分析 【例6】.为实时监测高压输电线的电压和电流，需要测量出输电线上的电压和电流的大小。因高压输电线的电压和电流很大，可采用互感器进行测量。如图所示，电压互感器K1和电流互感器K2分别连接在高压线上，设两个互感器的原、副线圈的匝数比分别为k1、k2，两个互感器所连的电表的，示数分别为a、b，则高压输电线的电压和电流分别为( ) A. B. C. D. B 题型二: 理想变压器动态问题分析 【例7】如图所示，理想变压器原线圈两端接电压有效值不变的交流电源，其两个副线圈位于同一铁芯上，匝数分别为n1和n2，所接负载。当只闭合 S时，电流表示数为3A；当S1和S2都闭合时，电流表示数为6 A。则的值为( ) A. B. C. D. B 题型二: 理想变压器动态问题分析 【例8】 (多选)(2024·浙江台州市模拟)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶2，原线圈与定值电阻R1串联后，接入输出电压有效值恒定的正弦交流电源，副线圈电路中负载电阻为可变电阻R2，A、V为理想交流电表。当R2＝2R1时，电流表的读数为1 A，电压表的读数为4 V，则 A.电源输出电压为6 V B.电源输出功率为4 W C.保持R1阻值不变，当R2＝8 Ω时，电压表的读数为6 V D.保持R1阻值不变，当R2＝8 Ω时，变压器输出的功率最大 题型二: 理想变压器动态问题分析 答案：ACD 【例9】(多选)(2024·广东省模拟)如图为理想的自耦变压器，其中P为变压器上的滑动触头，P'为滑动变阻器上的滑片，电流表为理想电表，若输入电压U1一定，则 A.P不动，P'向下滑动时，U2一直在减小 B.P'不动，P顺时针转动一个小角度时，U1和U2 的比值增大 C.P'不动，P顺时针转动一个小角度时，电流表读数在增大 D.P顺时针转动一个小角度，同时P'向下滑动时，小灯泡的亮度可以不变 题型二: 理想变压器动态问题分析 答案：BD 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 核心精讲 （1）理清三个回路 （2）抓住两个联系 ①理想的升压变压器中线圈1（匝数为n1）和 线圈2（匝数为n2）中各个量间的关系是＝， ＝，P1＝P2。 ②理想的降压变压器中线圈3（匝数为n3）和线圈4（匝数为n4）中各个量间的关系是，，P3＝P4。 （3）掌握一个守恒：能量守恒关系式P1＝P损＋P3。 远距离输电问题的一般思路 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 高压输电线路的电压损失和功率损失 1.输电电流 I＝。 2.电压损失 (1)ΔU＝ ；(2)ΔU＝IR。 3.功率损失 (1)ΔP＝ ＝ΔU·I； (2)ΔP＝ ＝()2R U－U' P－P' I2R 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 4.降低输电损耗的两个途径 (1)减小输电线的电阻R。由R＝ρ知，可加大导线的 、采用 的材料做导线。 (2)减小输电导线中的电流。在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须 。 横截面积 电阻率小 提高输电电压 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 A 【例1】如图所示为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈的匝数比为，降压变压器原、副线圈的匝数比为，变压器均为理想变压器，发电机输出电压恒定，输电线的电阻为r。则下列判断正确的是（　　） A． B．输电线上损失的功率为 C．若输送功率增大，则增大 D．若输送功率增大，则输电线上损失的功率与输送功率之比减小 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 A 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 【例3】我国领先全球的特高压输电技术将为国家“碳中和”作出独特的贡献。若在传输电能总功率不变的情况下，从原先150kV高压输电升级为1 350 kV特高压输电，则下列说法正确的是( ) A. 若输电线不变，则输电线上损失的电压变为原先的 B. 若输电线不变，则输电线上损失的功率变为原先的 C. 如果损失的功率不变，相同材料、传输到相同地方所需导线横截面积是原先的 D. 如果损失的功率不变，相同材料、粗细的输电线传输距离是原先的9 倍 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 【例4】(2025广东广州高二期末)广州夏天蚊虫繁多,电蚊拍可利用高压电击网来击杀飞近的蚊虫。如图所示,将3 V恒定电压通过转换器转变为正弦交变电压u=3sin 1 000πt(V),再将其加在理想变压器的原线圈上,副线圈两端接电击网,电压峰值达到2 700 V时可击杀蚊虫,正常工作时(　　) A.原线圈上电压表的示数为3 V B.电击网上的高频电压的频率为10 000 Hz C.副线圈与原线圈匝数比需满足≥900 D.不用高频转换器电蚊拍也可以正常工作 C 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 【例5】 (八省联考·陕西·4)牙医所用的口腔X射线机，需利用变压器将电压从220 V升到96 kV，输出电流为1.0 mA。若将此变压器视为理想变压器，则（ ） A.该变压器的输入功率为96 kW B.该变压器的原、副线圈匝数比为11∶4 800 C.该变压器的输入电流约为0.4 mA D.该变压器功能主要利用自感现象实现 B 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 【例6】(多选)(2024·海南卷·9)电动汽车充电站变压器输入电压为10 kV，输出电压为220 V，每个充电桩输入电流为16 A，设原副线圈匝数分别为n1、n2，输入正弦交流电的频率为50 Hz，则下列说法正确的是 A.交流电的周期为0.02 s B.原副线圈匝数比n1∶n2＝11∶500 C.输出的最大电压为220 V D.若10台充电桩同时使用，输入功率为35.2 kW AC 【例7】(多选)(2024·河北沧州市三模)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电。输电线上损耗的电功率变为ΔP'，到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响，则 A.ΔP'＝ΔP B.ΔP'＝ΔP C.ΔU'＝ΔU D.ΔU'＝ΔU AD 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 【例8】 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是 A.发电机输出的电流I1＝40 A B.输电线上的电流I线＝625 A C.降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11 D.用户得到的电流I4＝455 A 题型三: 远距离输电线路的分析与计算 C 四、课堂巩固 第三章 交变电流 课堂巩固 1.一个有N匝的矩形线框，面积为S，以角速度ω从如图所示的位置开始，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，则产生的感应电动势随时间变化的图像是（ ） 答案:A 课堂巩固 2.在如图所示电路中接入正弦交流电，灯泡L1的电阻是灯泡L2的2倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S，灯泡L1、L2的电功率之比P1∶P2为（ ） A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 答案: C 课堂巩固 3.如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与纸面垂直，虚线表示匀强磁场的边界，一半径为r、圆心角为θ(θ<)的扇形单匝线框圆心O在边界线上。当线框围绕圆心O在纸面内以角速度ω匀速转动时，线框中产生交流电动势的有效值为 A.Br2ω B.Br2ω C.Br2ω D.Br2ω 答案: B 课堂巩固 4.如图所示，矩形线圈abcd与理想变压器原线圈组成闭合电路，副线圈接一定值电阻。矩形线圈abcd在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，磁场只分布在bc边的左侧，磁场的磁感应强度大小为B，线圈的匝数为N，转动的角速度为ω，ab边的长度为L1，ad 边的长度为L2，线圈电阻不计。下列说法正确的是( ) A. 原线圈两端电压的有效值为 B. 若仅增大线圈的转速，则通过定值电阻的电流减小 C. 若仅增大变压器原线圈的匝数，则通过定值 电阻的电流减小 D. 若仅增大定值电阻的阻值，则原线圈两端的电压增大 答案: C 课堂巩固 5.一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω，A为理想交流电流表，U为正弦交流电源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数的比值为（ ） A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 答案: B 答案: A 课堂巩固 课堂巩固 答案: D 课堂巩固 8.如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是 A.发电机输出的电流I1＝40 A B.输电线上的电流I线＝625 A C.降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11 D.用户得到的电流I4＝455 A 答案: C 课堂巩固 9.（多选）有“海上充电宝”之称的南鲲号是一个利用海浪发电的大型海上电站，其发电原理是海浪带动浪板上下摆动，从而驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。若转子带动线圈如下图逆时针转动，并向外输出电流,则下列说法正确的是( ) A. 线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量最大 B. 线圈转动到如图所示位置时a端电势低于b端电势 C. 线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的导线框受到的安培力方向向上 D. 该发电机单位时间内能输出的最大电能与浪板面积的大小有关 答案: CD 课堂巩固 10.电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上。则电流互感器 A.是一种降压变压器 B.能测量直流电路的电流 C.原、副线圈电流的频率不同 D.副线圈的电流小于原线圈的电流 答案: D 五、课堂总结 第三章 交变电流 周期性 垂直于磁场 正弦 Emsin ωt 铁芯 互感 高压输电 ①电压关系:穿过原、副线圈的磁通量相等,磁通量的变化率 相等,所以有U1=n1 ,U2=n2 ,U3=n3 ,故有。 【例5】.如图所示的变压器，输入电压为220 V，可输出12 V、18 V、30 V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝Umcos(100πt)．单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1 V．将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12 W．下列说法正确的是(　　) A．n1为1 100匝，Um为220 V B．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A C．若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz D．若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s 【例2】根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位．某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示．已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0.当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P.不计其余电阻，下列说法正确的是(　　) A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0消耗的功率为4P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P 6．根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位．某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示．已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0.当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P.不计其余电阻，下列说法正确的是(　　) A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0消耗的功率为4P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P 如图所示的变压器，输入电压为220 V，可输出12 V、18 V、30 V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝Umcos(100πt)．单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1 V．将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12 W．下列说法正确的是(　　) A．n1为1 100匝，Um为220 V B．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A C．若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz D．若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s $