教科版选修3-2高中物理 第2章 交变电流章末总结课件(共41张PPT)

(共41张PPT)
第二章
交变电流
学案8 章末总结
专题整合
自我检测
网络构建
网络构建
交变电流
交变电流的产生
垂直于磁场的轴
最大
零
最大
交变电流
交变电流的产生
sin ωt
NBSω
表征交变电流的物理量
电流的热效应
交变电流
交流
高频
直流
低频
互感
I2n2
I2r
Ir
一、交变电流“四值”的计算和应用
专题整合
1.最大值：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动所产生的交变电流最大值Em＝NBSω，在考虑电容器的耐压值时应根据交流电的最大值.
2.有效值：正弦交流电的有效值I＝ ，其他交变电流的有效值应根据有效值的定义计算，求电功、电功率，确定保险丝的熔断电流，要用到有效值.没有特殊说明时，交流电的电流、电压、电动势指有效值，交流电表的测量值是有效值，交流用电设备上所标的额定电压、额定电流是有效值.
3.瞬时值：当从线圈平面处于中性面时开始计时，瞬时电动势的表达式为e＝Emsin ωt.瞬时值对应某一时刻的电压、电流值.
图1
例1　如图1所示，交流发电机的矩形线圈abcd中，ab＝cd＝50 cm，bc＝ad＝30 cm，匝数n＝100匝，线圈总电阻r＝0.2 Ω，外电阻R＝4.8 Ω.线圈在磁感应强度B＝0.05 T 的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO′匀速转动，角速度ω＝100π rad/s.
(1)求感应电动势的最大值.
解析　设ab＝l1，bc＝l2，
则感应电动势的最大值Em＝nBl1l2ω≈235.5 V
答案　235.5 V
(2)若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式.
解析　根据闭合电路欧姆定律，
在题图所示位置时，电流有最大值，则电流的瞬时值表达式为i＝Imcos ωt，代入数值得i＝47.1cos (100πt) A
答案　i＝47.1cos (100πt) A
(3)交流电压表和交流电流表的示数各为多少？
路端电压的有效值为U＝IR≈160 V
即电压表的示数为160 V，电流表的示数为33.3 A.
答案　160 V　33.3 A
(4)此发电机的功率为多少？
则发电机的功率为P＝IE≈5 544 W
答案　5 544 W
(5)从图示位置起，转过90°过程中，平均电动势为多少？通过线圈中导线横截面的电荷量为多少？
通过线圈中导线横截面的电荷量为
答案　150 V　0.15 C
二、交变电流图像的应用
交流电的图像反映了交变电动势(电流)随时间的变化特征，对正弦交流电来说，我们可以从图像中获取以下信息：
1.交流电的周期(T)
一个完整的正弦波对应的时间段，知道了周期便可以算出线圈转动的角速度ω＝ .
2.交流电的最大值(Em、Im)
图像上的峰值，知道了最大值，便可计算出交变电动势(交变电流)的有效值.
3.任意时刻交流电的瞬时值
图像上每个“点”表示某一时刻交流电的瞬时值.
例2　如图2所示是某正弦交变电压的波形图，由图可确定该电压的 (　　)
A.周期是0.01 s
B.最大值是311 V
C.有效值是220 V
D.表达式为u＝220sin (πt) V
图2
BC
三、变压器电路的动态问题分析
处理此类问题的关键是分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系，大致有两种情况.
(1)负载电阻、原线圈电压不变，副线圈的电压、原、副线圈的电流、功率随匝数的变化而变化.
(2)匝数比、原线圈电压不变，原、副线圈的电流、功率随负载电阻的变化而变化.
动态分析该类问题的思路可表示为：
例3　用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变，如图3所示.开始时开关S是断开的.现将开关S闭合，则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是 (　　)
图3
答案　B
四、远距离输电线路的分析与计算
解决远距离输电问题要注意以下两点：
1.首先画出输电示意图，包括发电机、升压变压器、输电线、降压变压器、负载等，在图中标出相应物理量符号，利用输电电流I＝，
输电线上损失电压U损＝IR线，输电线损耗功率P损＝I2R线＝
2R线及其相关知识解答.
2.分别在“三个回路”以及“两个变压器”上找各物理量之间的关系，特别注意以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈组成的回路，在此回路中利用电路知识分析电压关系和功率关系.
例4　发电机输出功率为40 kW，输出电压为400 V，用变压比(原、副线圈匝数比)为1∶5的变压器升压后向远处供电，输电线的总电阻为5 Ω，到达用户后再用变压器降为220 V，求：
(1)输电线上损耗的电功率是多少？
解析　输电线路如图所示
答案　2×103 W　
(2)降压变压器的变压比是多少？
解析　输电线上的电压损失U损＝IR＝20×5 V＝100 V
答案　95∶11
1.(交变电流图像的应用)在匀强磁场中，矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图4甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则 (　　)
A.t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零
B.t＝0.01 s时线框平面与中性面重合
C.线框产生的交变电动势有效值为311 V
D.线框产生的交变电动势频率为100 Hz
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图4
自我检测
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当t＝0.01 s时，交变电动势及电流方向发生改变，电动势最小等于零，线框平面与中性面重合，选项B正确.
答案　B
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2.(变压器电路的动态分析问题)如图5所示，是通过街头变压器降压给用户供电的示意图.输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动.输出电压通过输电线输送给用户，每条输电线总电阻用R0表示.当负载增加时，则 (　　)
A.电压表 的示数减小
B.电流表 的示数减小
C.电流表 的示数减小
D.电压表 、 的示数之差增大
图5
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电压表 与电压表 的示数之差为输电线上的电压，即U0，D正确.
答案　AD
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3.图6为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1和输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变，且n1∶n2＝n4∶n3.当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是(　　)
A.用户的总电阻增大
B.用户的电压U4增大
C.U1∶U2＝U4∶U3
D.用户消耗的功率等于发电机的输出功率
图6
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由能量守恒定律可知，发电机的输出功率等于用户消耗的功率和输电线消耗的功率之和，选项D错误；
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答案　C
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4.(交变电流“四值”的应用和计算)如图7所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω，求：
图7
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(1)线圈转动过程中感应电动势的最大值；
解析　感应电动势的最大值为Em＝NBSω≈3.14 V
答案　3.14 V
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势；
解析　转过60°时的瞬时感应电动势为e＝Emcos 60°＝3.14×0.5 V＝1.57 V.
答案　1.57 V
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(3)由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势；
解析　转过60°角过程中产生的平均感应电动势为
答案　2.6 V
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(4)交流电压表的示数；
解析　电压表示数为外电路电压的有效值
答案　1.78 V
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(5)线圈转动一周外力所做的功；
解析　线圈转动一周外力所做的功等于电流产生的热量
答案　0.99 J
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答案　0.086 6 C