2019年高考物理 高频考点解密 专题12 交变电流教学案.doc

专题12 交变电流核心考点考纲要求交变电流、交变电流的图像正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值理想变压器远距离输电考点1 变压器一、变压器1变压器的构造：原线圈、副线圈、铁芯2电路图中的符号 二、变压器的工作原理在变压器原、副线圈中由于有交变电流而发生互相感应的现象，叫互感现象；铁芯的作用：使绝大部分磁感线集中在铁芯内部，提高变压器的效率。三、理想变压器原、副线圈基本关系的应用1基本关系（1）P入=P出；（2），有多个副线圈时，仍然成立， =；（3），电流与匝数成反比，只对一个副线圈的变压器适用，有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系，n1I1=n2I2+n3I3+；（4）原、副线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同。2制约关系（1）电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定；（2）功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定；（3）电流：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定。3两种特殊的变压器模型（1）自耦变压器高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器（又称调压器），它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压，也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用。（2）互感器电压互感器和电流互感器，比较如下：电压互感器电流互感器原理图原线圈的连接并联在高压电路中串联在待测高流电路中副线圈的连接连接电压表连接电流表互感器的作用将高电压变为低电压将大电流变成小电流利用的公式I1n1=I2n24关于理想变压器的四点说明（1）变压器不能改变直流电压；（2）变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率；（3）理想变压器本身不消耗能量；（4）理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值。四、理想变压器的动态分析1解决理想变压器中有关物理量的动态分析问题的方法（1）分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定；（2）分析该类问题的一般思维流程是：2常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。（1）匝数比不变的情况U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2也不变；当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化；I2变化引起P2变化，由P1=P2知P1发生变化。（2）负载电阻不变的情况U1不变，发生变化，U2变化；R不变，U2变化，I2发生变化；根据和P1=P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化。（2018四川省成都市）如图甲，理想变压器的原、副线圈匝数比n1:n2=10:1，副线圈电路接有滑动变阻器R和额定电压为12 V、线圈电阻为2 的电动机M。原线圈输入的交流电压如图乙。闭合开关S，电动机正常工作，电流表示数为1 A。下列判断正确的是A副线圈两端的电压有效值为22 VB滑动变阻器尺的接入电阻为10C电动机输出的机械功率为12 WD若电动机突然卡住，原线圈输入功率将变小【参考答案】B【试题解析】变压器初级电压有效值为220 V，则副线圈两端的电压有效值为，选项A错误；滑动变阻器接入电阻为，选项B正确；电动机输出的机械功率为，选项C错误；若电动机突然卡住，次级电流将变大，次级消耗的功率变大，则原线圈输入功率将变大，选项D错误。 1（2018山东省济宁市）如图所示，理想变压器原、副线圈接有三个完全相同的灯泡，其额定电压均为U，且三个灯泡均能正常发光。下列说法正确中的是A原、副线圈匝数比为3:1B原、副线圈匝数比为1:3CAB端的输入电压为3UDAB端的输入电压为4U【答案】C考点2 远距离输电问题一、远距离输电1输电过程（如图所示）2输送电流（1）；（2）。3输电导线上的能量损失：主要是由输电线的电阻发热产生的，表达式为Q=I2Rt。4电压损失（1）U=UU；（2）U=IR。5功率损失（1）P=PP；（2）P=I2R=（）2R。6降低输电损耗的两个途径（1）减小输电线的电阻，由电阻定律可知，在输电距离一定的情况下，为了减小电阻，应采用电阻率小的材料，也可以增加导线的横截面积；（2）减小输电导线中的输电电流，由P=UI可知，当输送功率一定时，提高输电电压，可以减小输电电流。二、远距离输电问题1远距离输电的处理思路对高压输电问题，应按“发电机升压变压器远距离输电线降压变压器用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。2远距离高压输电的几个基本关系（以下图为例）（1）功率关系：P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3；（2）电压、电流关系：，U2=U+U3，I2=I3=I线；（3）输电电流：；（4）输电线上损耗的电功率：P损=I线U=I线2R线=R线。当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的3远距离输电问题的“三二一”（1）理清三个回路（2）抓住两个联系理想的升压变压器联系了回路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，P1=P2；理想的降压变压器联系了回路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，P3=P4。（3）掌握一个守恒能量守恒关系式P1=P损+P3（2018山东省聊城市）如图所示远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是，用等效总电阻是的两条输电线输电，输电线路中的电流是，其末端间的电压为。在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为。则A用户端的电压为B理想变压器的输入功率为C输电线路上损失的电功率为D当用户消耗的功率增大时，输电效率将下降【参考答案】AD【试题解析】由于输电线与用户间连有一理想变压器，设用户端的电压是，则，得，A正确；理想变压器的输入功率为线路上消耗的电功率与用户消耗功率之和，故为，B错误；线路上损失的电功率为，C错误；当用户消耗的功率增大时，用户端的电流增大，根据可知输送电线上的电流增大，电厂的输出功率增大，则：，发电厂的输出电压不变，输电线上的电阻不变，所以输电线上损耗的功率占总功率的比例随着发电厂输出功率的增大而增大；输电效率随着发电厂输出功率的增大而减小，D正确。1（2018山东省枣庄市第八中学东校区）如图所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，输电线电阻可等效为电阻r，灯L1、L2相同且阻值不变。现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光。则下列说法正确的是A仅闭合开关S，灯L1会变亮B仅闭合开关S，r消耗的功率会变大C仅将滑片P下移，电流表的示数会变大D仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小【答案】BC考点3 电感和电容对交变电流的影响一、电感对交变电流的阻碍作用1感抗：表示电感对交变电流的阻碍作用的大小。感抗的大小与自感线圈的自感系数、交变电流的频率有关：自感系数越大、交流的频率越高，线圈的感抗越大。具体关系：。2特性：通直流、阻交流，通低频、阻高频。二、电容对交变电流的阻碍作用1电容器有“通交流，隔直流”的作用。 （1）容抗与交变电流的频率和电容器的电容有关，交变电流的频率越高电容器的电容越大，容抗越小。 （2）公式： 2电容器的特性：通交流、隔直流，通高频、阻低频。（2018安徽省池州市）如图所示，原线圈接有的交变电压，副线圈上接有定值电阻R、线圈L、灯泡A及理想电压表V，理想变压器的原副线圈的匝数比为4:1，以下说法正确的是A副线圈中电流的变化频率为60 HzB灯泡A两端电压为55 VC仅频率增大，则灯泡A的亮度将变暗D仅频率增大，则电压表V的示数将减小【参考答案】AC【试题解析】变压器不会改变电流的频率，电流的频率为，所以A正确。由瞬时值的表达式可知，原线圈的电压最大值为311 V，所以原线圈的电压的有效值为=220 V，在根据电压与匝数成正比可知，副线圈的电压的有效值为55 V，在副线圈中接有电阻R、电感线圈L和灯泡L1，它们的总的电压为55 V，所以灯泡L1两端电压一定会小于55 V，所以B错误。交流电的频率越大，电感线圈对交流电有阻碍作用就越大，所以电路的电流会减小，灯泡L1的亮度要变暗，所以C正确。由C的分析可知，频率增大时，副线圈的电流减小，而副线圈的电压不变，所以电阻R的电压减小，电压表的示数将增加，所以D错误。 1（2018云南省宣威市二中）如图所示，W是瓦特表，用来测量电路的电功率，电流表的读数是I，电压表的读数是U，以下说法中正确的是A当a、b间接直流时，功率表的读数P=UIB当a、b间接交变电流时，功率表的读数P<UIC当a、b间接交变电流时，功率表的读数P=UID当a、b间接脉动电流时，功率表的读数P<UI【答案】ABD1（2018天津卷）教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机（内阻可忽略）通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的，则 AR消耗的功率变为B电压表V的读数为C电流表A的读数变为2ID通过R的交变电流频率不变【答案】B【解析】根据公式分析电动机产生的交流电的最大值以及有效值、频率的变化情况；根据判断原副线圈中电流电压的变化情况，根据副线圈中功率的变化判断原线圈中功率的变化；根据可知转速变为原来的，则角速度变为原来的，根据可知电动机产生的最大电动势为原来的，根据可知发电机的输出电压有效值变为原来的，即原线圈的输出电压变为原来的，根据可知副线圈的输入电压变为原来的，即电压表示数变为原来的，根据可知R消耗的电功率变为，A错误B正确；副线圈中的电流为，即变为原来的，根据可知原线圈中的电流也变为原来的，C错误；转速减小为原来的，则频率变为原来的，D错误。2（2017北京卷）如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有R=55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是A原线圈的输入功率为220WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为110VD副线圈输出交流电的周期为50 s【答案】B3（2017江苏卷）某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则A电感L1的作用是通高频B电容C2的作用是通高频C扬声器甲用于输出高频成分D扬声器乙用于输出高频成分【答案】BD【解析】电感线圈对交流电的阻碍作用由感抗描述，频率越高阻碍作用越大，对输入端的高频和低频交流信号的作用是通低频阻高频，所以A错误；电容对交流电的阻碍作用，频率越高阻碍作用越小，所以是通高频阻低频，故BD正确；C错误。4（2016四川卷）如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其他条件不变，则A小灯泡变亮B小灯泡变暗C原、副线圈两段电压的比值不变D通过原、副线圈电流的比值不变【答案】B5（2016天津卷）如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是A当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D若闭合开关S，则电流表A1示数变大、A2示数变大【答案】B6（2016新课标全国卷）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3 、1 和4 ，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，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、副线圈匝数比为A2B3C4D5【答案】B【解析】该变压器原、副线圈匝数比为k，当开关S断开时，原线圈两端电压，电流为I1=I，副线圈的电压，根据欧姆定律，当开关S闭合时，原线圈两端电压，电流为I1=4I，副线圈的电压，根据欧姆定律综上解得k=3，故A、C、D错误，B正确。 7（2016江苏卷）一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中AU2>U1，U2降低BU2>U1，U2升高CU2<U1，U2降低DU2<U1，U2升高【答案】C