高考物理一轮复习典例精析课件第十章 交变电流 传感器文字版

* 第十章交变电流传感器第一节交变电流的产生和描述例 1 2008??宁夏如图（a）所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角θ 45°时，如图（b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正. 则下列四幅图中正确的是【点拨】1 确定t 0时刻感应电流方向. 2 利用t 0时刻的速度确定感应电动势大小. 3 判定t 0时刻后短时间内电流的变化趋势. 【解析】本题考查正弦式交流电的产生过程、楞次定律等知识和规律.从图 b 可看出线圈与磁场夹角θ 45°，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b到a，故瞬时电流的表达式为 i －Imcos（π/4+ωt），则为D图象所描述.注意对线圈绕垂直于磁场的轴旋转时的瞬时电动势表达式的理解. 【答案】D 1.一矩形线圈，绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是（） A.t1时刻通过线圈的磁通量为零 B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D.每当e改变方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都最大【解析】t1和t3时刻电动势为零，线圈处于中性面位置，此位置磁通量最大，磁通量的变化率为零，电动势改变方向，故A、C错误，D正确；t2时刻电动势最大，磁通量为零，B错误. 【答案】D 例2 如图所示，一个边长L 10
cm，匝数n 100匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速运动，磁感应强度B 0.50 T，角速度ω 10π rad/s,外电路电阻R 4.0 Ω，线圈内阻r 1.0 Ω. 1 求线圈转动的周期和感应电动势的最大值. 2 写出线圈由图中所示位置开始计时时，感应电动势的瞬时值表达式. 3 求交流电压表的示数. 【点拨】由磁场情况和线圈转动情况可确定瞬时值表达式，电压表和电流表的示数为电路中电压和电流的有效值. 【解析】 1 T 2π/ω 2π/10π s 0.2 s. Em nBSω 100×0.50×102×10-4×10π V 5πV. 2 题图所示位置为感应电动势最大值的位置，瞬时值表达式为e Emcosωt 5πcos10πt V . 3 电动势有效值E Em / ,I E/（R+r）. 交流电压表示数U IR 2 πV 2.83 V. 2. 2009??天津如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值
I .线框从中性面开始转过π/2的过程中，通过导线横截面的电荷量 q . 【解析】本题考查交流电的产生和最大值、有效值、平均值的关系及交流电中有关电荷量的计算等问题.电动势的最大值Em BSω,电动势的有效值E Em/ ,电流的有效值I E/R BSω/2R;q IΔt E/RΔt ΔΦ/RΔtΔt ΔΦ/R BS/R. 【答案】 BSω/2R BS/R 例
如图表示一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电的有效值是A.3.5 A B.7/2 A C.5 A D.5 A 【错解】根据
交流电有效值的公式I Im/ ，此交流电的峰值不同，故最
大值取其平均值如图 , Im （4 +3 ）/2 A＝7 /2A，I Im/ 3.5A,选A. 【剖析】第一，有效值公式I Im/ 是有条件的，只有正弦式交流电的最大值和有效值才有这样的数量关
系.本题所给的交流电的图象不是正弦式交流电的图形，故该公式不
适用于此交流电.第二，交流电的最大值不是两个不同峰值的算术平
均值.交流电的有效值是根据其热效应而定义的，它是从电流产生焦
耳热相等的角度出发，使交流电与恒定电流等效.故求非正弦式交流
电的有效值时，应从热效应角度求解.设交流电的有效值为I，令该交流电通过一个纯电阻用电器R，在一个周期内有I2RT
I12RT/2+I22RT/2.所以该交流电的有效值为I 5
A.所以应选D. 【答案】D 第2节变压器电能的输送例
1 2009??江苏如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶5，
原线圈两端的交变电压为u 20 sin 100πt V,氖泡在两端电压
达到100 V时开始发光，下列说法中正确的是（） A.开关接
通后，氖泡的发光频率为50 Hz B.开关接通后，电压表的示数为100
V C.开关断开后，电压表的示数变大 D.开关断开后，变压器的输出
功率不变【点拨】 1 电压表的读数为交流电的有效值. 2 原、副
线圈上交流电的周期与频率是相同的. 3 原、副线圈的电压、电流
与原、副线圈匝数的比例关系. 4 原线圈的输入功率由副线圈的输
出功率决定. 【解析】本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的
最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解.
由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值为U1 20 / 2 V 20 V，由n1/n2 U1/U2得副线圈两端的电
压为U2 100 V，电压表的示数为交流电的有效值，B项正确；交变电
压的频率为f 100π/2πHz 50 Hz，一个周期内电压两次大于100 V，即一个周期内氖泡能发光两次，所以其发光频率为100 Hz，A项错误；开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，C项错误；断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D项错误. 【答案】 B 1.如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器R的滑动触头，U1为加在原
线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流.下
列说法错误的是 A.保持P的位置及U1不变，S由b切
换到a，则R上消耗的功率增大 B.保持P的位置及U1不变，S由a
切换到b，则I2 减小 C.保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则I1减小 D.保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1减小【解析】保持P的位置及U1不变，S由b切换到a的过
程中，副线圈匝数增多，输出电压增大，则R上消耗的功率也增大，原线圈的输入功率也增大；U1不变，输入电流I1增大，所以选项A
错误，.保持P的位置及U1不变，S由a切换到b的过程中，副线圈
匝数减少，则输出电压减少，输出电流也减少.故选项B正确. C错误。

保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则I1增大，D错误. 【答案】B 例2 （2008??上海）某小型实验水电站输出功率是20 kW，输电线路总电阻是6 Ω. （1）若采用380 V输电，求输电线路损
耗的功率. （2）若改用5000 V高压输电，用户端利用n1∶n2＝22∶
1的变压器降压，求用户得到的电压. 【点拨】 1 由P UI求出输
电线上的电流. 2 用P线 I2R线与U线 IR线分别求得输电线损耗
的功率和电压. 3 利用变压器的电压比和匝数比的关系求出用户得
到的电压. 【解析】（1）输电线上的电流强度为 I＝P/U 20×103/380
A＝52.63 A. 输电线路损耗的功率为P损＝I2R＝52.632×6 W≈16
620 W＝16.62 kW. （2）改用高压输电后，输电线上的电流强度变为
I′＝P/U′ 20×103/5 000 A＝4 A. 变压器降压前获得的电压U1 U′
-I′R 5 000-4×6 V ＝4 976 V. 根据U1/U2 n1/n2，用户得到的
电压为U2＝n2/n1U1 ＝1/22×4 976 V＝226.18 V. 2.关于高压输电
下列说法正确的是（）①从发电站到输电线路需要升压变压器②
从发电站到输电线路需要降压变压器③高压输电是为了增大输电电
流④高压输电是为了增大输电功率 A. ①③ B. ①④ C. ②③
D. ②④解析：高压输电输送总功率一定，为了减小输电线路上功
率损失，需要减小输电线上的电流，从发电站到输电线路是用升压变
压器，用来升高电压，故①④正确.答案为B. 答案：B 例收音机
的变压器的原线圈有1 210匝，接在U1 220 V的交流电源上，变压
器有两个副线圈.副线圈Ⅱ的匝数为35匝，副线圈Ⅲ的匝数是1 925
匝.如果不计变压器自身的能量损耗，当变压器工作时，线圈Ⅱ的电
流是0.3 A时，原线圈的电流I1 0.114 A.求线圈Ⅲ中电流和输出电
压.（电流的计算结果保留三位有效数字） *。