高中物理粵教版（2019）选择性必修第二册 第三章交变电流_交变电流单元复习课教案

交流电规律的综合应用（习题课）
学习目标：
1、知道描述交变电流的物理量，周期、频率、峰值、有效值、平均值．(重点)　
2、理解正弦式交变电流的最大值和有效值间的关系．会求解交变电流的有效值．(重点、难点)
3、可以正确区分正弦式交变电流电压的瞬时值、最大值、有效值、平均值，并进行相关热量、电量的运算。
4、掌握分析变压器静态问题、动态问题和远距离输电问题的思路
相关知识：
一、正弦式交变电流
1.产生：线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.
2.两个特殊位置的特点
(1)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)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变.
3.电流方向的改变：一个周期内线圈中电流的方向改变两次.
4.交变电动势的最大值：Em＝nBSω，与转轴位置无关，与线圈形状无关.
5.交变电动势随时间的变化规律(中性面开始计时) e＝nBSωsin ωt.
二、描述交变电流的物理量
1.周期和频率
(1)周期T：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s).表达式为T＝＝(n为转速).
(2)频率f：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz).
(3)周期和频率的关系：T＝或f＝.
2.交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值
(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值.
(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值.
(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值.
(4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系 I＝，U＝，E＝.
(5)交变电流的平均值 ＝n，＝.
三、变压器和远距离输电
1.变压器物理量之间的关系
2.变压器的分析方法
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3.远距离输电
(1)理清三个回路（如图所示）
(2)抓住两个联系
理想的升压变压器联系着回路1和回路2,由变压器原理可得:线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是U1：U2=n1：n2,I1：I2=n2：n1,P1=P2。
理想的降压变压器联系着回路2和回路3,由变压器原理可得:线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是U3：U4=n3：n4,I3：I4=n4：n3,P3=P4
(3)掌握一个守恒:P1=P2=P损+P4。
例题1：如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的左端接一只小灯泡，线圈所在空间内存在与线圈平面垂直且均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n＝100匝、总电阻r＝1.0 Ω、所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmScos t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化.求：
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(1)线圈中产生感应电动势的最大值；
(2)小灯泡消耗的电功率；
(3)在磁感应强度变化的0～时间内，通过小灯泡的电荷量.
例题2：边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕OO′轴匀速转动，求：
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（1）从图示位置开始计时，写出闭合电路中电流瞬时值的表达式；
（2）线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量；
（3）线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量；
例题3：如图所示为某人设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点，可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点，触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态，和分别是理想变压器原、副线圈的匝数。该电吹风的各项参数如表乙所示。
热风时输入功率 450W
冷风时输入功率 50W
小风扇额定电压 50V
正常工作时小风扇输出功率 40W
乙
（1）变压器原、副线圈的匝数比是多少？
（2）小风扇的内阻是多少？
（3）吹热风时，触片P处于怎样的位置？电热丝的阻值是多少？
例题4：如图所示的电路中,有一理想变压器,左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上；右侧串联灯泡L和滑动变阻器R，R上并联一只理想电压表V2.下列说法中正确的是(　 )
A.当F不动，P向上滑动时，V1示数变大，V2示数变小
B.当F不动，P向上滑动时，灯泡消耗的功率变小
C.当P不动，F向下移动时，V1,V2的示数均变小
D.当P不动，F向下移动时，灯泡消耗的功率变大
例题5：为保障高考顺利进行，学校决定购买一台应急备用发电机。某物理老师牵头调查，发现以下数据：全校共有220间课室，每间教室有日光灯20盏，每盏灯功率为20W，额定电压均为220V；发电机安装在升压变压器附近，（发电机到升压变压器处的线路的电阻忽略不计）升压变压器到降压变压器的距离为500m，计算得出所用输电线每米电阻约2.0×10^ 3Ω，其余部分电阻不计：学校已有升压变压器和降压变压器各一台，升压变压器原、副线圈匝数比为n1:n2=1:4，降压变压器原、副线圈的匝数比为n3:n4=4:1，该同学画出示意图如图所示。问：
（1）输电线总电阻是多少？
（2）所购的发电机功率不得低于多少才能保证所有教室内的日光灯正常发光？