2026届高三物理一轮复习课件 专题十三：交变电流

授课人： 高三物理复习课件 高考专题十三： 交变电流 O1 一、交变电流的产生 O2 二、交变电流的描述 O3 三、变压器 O4 目 录 CONTENTS 四、交变电流的输送 1.交变电流：大小和方向随时间做 变化的电流叫作交变电流，简称 。 在电力系统中，从发电到输配电，用的都是交变电流。 在无线电电子设备中的各种电信号，大多数也是交变电流信号。 周期性 交流 一、交变电流的产生 知识回归 2.直流： 不随时间变化的电流称为直流。大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 交变电流经过电子电路的处理，也能变成直流。如学生电源、手机充电器等。 电池供给的电流方向不随时间变化，所以属于直流。 方向 一、交变电流的产生 知识回归 下列属于交变电流的是________；属于直流的是________。交变电流与直流的本质区别是_______________________。 (1)(2)(6) (3)(4)(5) 电流方向是否随时间变化 一、交变电流的产生 知识回归 1.交流发电机能产生交变电流。交流发电机最基本的结构是线圈和磁极，如图所示两磁极间产生的磁场可近似为匀强磁场，转轴与磁场方向垂直。线圈绕中心轴匀速转动，线圈的BC、DA边始终在平行于磁感线的平面内转动，不产生感应电动势，只起导 线作用。AB、DC边切割磁感线时产 生感应电动势，相当于电源。 交流发电机的基本构造 一、交变电流的产生 知识回归 线圈平面 磁感线，AB、CD边的速度方向与磁感线 ，线圈 感应电动势； 线圈逆时针转过90°，线圈平面与磁感线 ，AB、CD边都垂直切割磁感线，这时感应电动势 ，线圈中的感应电流也 ，感应电流方向为 ； 平行 不产生 垂直于 平行 最大 最大 D→C→B→A 2.交变电流的产生过程分析 A B D 一、交变电流的产生 知识回归 当线圈再逆时针转过90°时线圈平面又 于磁感线，线圈 感应电动势； 当线圈再逆时针转过90°时，AB、CD边的瞬时速度方向跟线圈经过乙图位置时的速度方向相反，产生的感应电动势方向也跟在乙图位置时相反，感应电流方向为 。 垂直 不产生 A→B→C→D A B D C D C A 一、交变电流的产生 知识回归 3.两个特殊位置 (1)中性面位置(S⊥B，如图中的甲、丙) 线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大， 为0，e为0，i为0(均选填“最大”或“0”)； 线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次。 甲 A B D 乙 A B D C 丙 D C A 丁 一、交变电流的产生 知识回归 (2)垂直中性面位置(S∥B，如图中的乙、丁) 线圈平面与磁场平行的位置，此时Φ为0， 最大，e最大，i最大(均选填“最大”或“0”)。 线圈经过垂直中性面位置时，电流方向不发生改变。 甲 A B D 乙 A B D C 丙 D C A 丁 一、交变电流的产生 知识回归 [典例1].如图所示的线圈匀速转动或做匀速直线运动，能产生交变电流的是 √ 典例分析 1.正弦式交变电流和电压 2.正弦式交变电流的图像。(从中性面开始计时) 二、交变电流的描述 知识回归 3.有效值 让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则此恒定电流的电流和电压叫作这一交变电流的有效值。 R R ~ 二、交变电流的描述 知识回归 4.关于有效值的说明 (1)在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系为： 只适用于正弦或余弦电流 I＝ ＝0.707Im E＝ ＝0.707Em U＝ ＝0.707Um 二、交变电流的描述 知识回归 [典例2].(多选)如图甲，匝数为100匝的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈电阻忽略不计，线圈中磁通量Φ随时间t变化如图乙。已知电阻R的阻值为200 Ω，电容器的耐压值为220 V，下列说法正确的是 A.t＝0.005 s时电压表的示数为零 B.电阻R消耗的功率为100 W C.电容器可能被击穿 D.通过R的电流i＝cos 100πt(A) BD 典例分析 名称 物理含义 重要关系 应用情况 瞬时值 交变电流某一时刻的值 正弦式交变电流时： e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 分析交变电流在某一时刻的情况，如计算某一时刻线圈受到的安培力 最大值 最大的瞬时值 电容器的击穿电压 知识回归 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值 (1)计算与电流热效应相关的量(如电功率、电热、热功率) (2)交流电表的测量值 (3)电气设备标注的额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 交变电流图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值 计算通过电路横截面的电荷量 [典例3].如图所示，匀强磁场的磁感应强度大小B＝ ，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω。求： (1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值； (2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时， 感应电动势的瞬时值表达式； (3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值； 典例分析 2.S1、S2都闭合 (2)电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3。 (3)功率关系：P1＝P2＋P3。 三、变压器 知识回归 2.电压、电流、功率的制约关系 (1)电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比 一定时，输入电压U1决定 输出电压U2，即U2＝_____。 (2)功率制约：P出决定P入，P出增大，P入增大；P出减小，P入减小；P出为0，P入为0。 (3)电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比 一定，且输入电压U1确定 时，副线圈中的输出电流I2决定原线圈中的电流I1，即I1＝_____(只有一个副线圈时)。 三、变压器 知识回归 3.对理想变压器进行动态分析的两种常见情况 (1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P出→P入→I1。 (2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1。 三、变压器 知识回归 [典例4].如图所示，理想变压器原线圈的匝数为1 000，两个副线圈的匝数分别为n2＝50和n3＝100，L1是“6 V　2 W”的小灯泡，L2是“12 V　4 W”的小灯泡，当原线圈接上交变电压时，L1、L2都正常发光，那么，原线圈中的电流为 C 三、变压器 典例分析 [典例5].(多选)在如图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示。下列说法正确的是 A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数为100 V C.电流表的示数为1.0 A D.变压器传输的电功率为15.0 W AD 三、变压器 典例分析 [典例6].如图所示的理想变压器，原、副线圈上接有完全相同的五个灯泡，A、B两点间输入有效值恒为UAB的正弦交流电压。当开关S断开时，L1、L2、L3和L4四个灯泡的亮度相同。假定原、副线圈匝数分别为n1、n2，灯泡的阻值恒定，副线圈两端电压用UCD表示，开关S闭合后五个灯泡均不损坏，下列说法正确的是 A.n1∶n2＝1∶3 B.开关S断开时，UAB∶UCD＝3∶1 C.开关S闭合时，UAB∶UCD＝13∶3 D.开关S闭合时，灯泡L1的亮度比S断开时暗 C 典例分析 某发电机两端的电压为220 V，输出功率为44 kW，通过原、副线圈匝数比为1∶10的升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为0.2 Ω，在用户端再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户，两个变压器均为理想变压器。 (1)画出全过程的线路示意图。 四、交变电流的输送 知识回归 (2)升压变压器副线圈两端的输出电压 U2＝______＝______ V。 由理想变压器的功率关系：________ 升压变压器副线圈的输出电流I2＝____＝____ A。 输电线上的功率损耗P损＝_______＝___ W。 电压损失U损＝_____＝___ V。 2 200 P入＝P出 20 I22R线 80 I2R线 4 所以降压变压器原线圈的输入电压和输入电流分别为 U3＝________＝______ V I3＝___＝____ A。 U2－U损 2 196 I2 20 降压变压器副线圈的输出电压和输出电流分别为 U4＝_____＝______ V I4＝______＝______ A。 用户得到的功率为P4＝_____＝___________ W。 219.6 200 U4I4 4.392×104 四、交变电流的输送 [典例7].风力发电机的工作原理可以简化为如图所示的模型：风轮通过齿轮箱带动矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流，并通过变压器和远距离输电线路给用户供电。若发电机的矩形线圈处于磁感应强度大小为B＝ 的水平匀强磁场中，线圈面积S＝0.5 m2、匝数N＝200匝、电阻不计。线圈绕垂直于磁场的水平轴匀速转动，其输出端通过电刷与升压变压器的原线圈相连，提供电压U1＝250 V，降压变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，降压变压器的副线圈连接用户，两变压器间的输电线总电阻R＝20 Ω，两变压器均为理想变压器。若用这个供电设备给某学校供电，该校需要工作电压220 V、电功率11 kW。求： (1)线圈绕轴的转速n； 答案　 (1) 25 r/s 典例分析 (2)输电线上损失的电压ΔU； (3)升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2； (4)发电机的输出功率P1。 答案　(2) 200 V　(3) 5∶26　(4) 13 kW　 典例分析 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垂直于磁场的轴匀速转动 (2)交变电流的四值 ①瞬时值：e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt(从线圈位于中性面开始计时) ②峰值：Em＝NBSω ③有效值：U＝ ，I＝ (只适用于正弦式交变电流) ④平均值： ＝ ， ＝______ 知识归纳 物理观念 变压器 ，I1n1＝I2n2(只有一个副线圈时)；P1＝P2 电能的输送 (1)输电线路上的功率损失：ΔP＝I2R线，电压损失：ΔU＝IR线，在线路电阻R线一定时，要减少输电损耗，需要减小输电电流，提高输电电压 (2)远距离输电的基本原理：先用升压变压器升压到几百千伏后再向远距离输送，到达用户地区再通过降压变压器进行降压 知识归纳 高考专题十三： 交变电流 电流表达式i＝Imsin ωt，电压表达式u＝Umsin ωt，其中Im＝，Um＝R。 Em＝NBSω Im＝ q＝Δt＝n 正弦式交变电流时： E＝ U＝ I＝ ＝n ＝ 答案　(1)2 V　(2 e＝2cos 2πt (V)　(3) A T (1)电压关系：＝____＝____。 1.如图所示，只有S1或只有S2闭合，此时变压器实际上是只有一个副线圈的变压器，只闭合S1时，有＝____，＝____，P1＝P2；只闭合S2时，有＝____，＝____，P1＝P3。 A. A B. A C. A D. A U1 I3 U3 T N ＝ $