2011高考物理复习同步教学教案--交流电 理想变压器 远距离输电

2011高考物理复习同步教学教案--交流电 理想变压器 远距离输电 高中教案 会员交流资料 第30讲 交变电流 理想电压器 远距离输电 教学目标 1. 知道交变电流，能用函数表达式和图像描述交变电流 2. 理解变压器原理，了解变压器的构造、变压器的变压比、变压器的变流比。 3. 知道远距离输电的方式，会进行简单的计算。 重点:对描述交变电流四个值的理解和应用以及远距离输电的运用 难点:远距离输电在现实生活中的运用 知识梳理 一、交变电流 1. 交变电流定义 1)大小和方向均随时间而作周期性变化的电流叫做交变电流。 ( (2)随时间按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电。这里需要注意的问题就是，正弦交流电的图象也并非一定是正弦曲线，余弦曲线反映的也是正弦交流电的变化规律，也叫正弦交流电。其实，正弦曲线和余弦曲线只是坐标原点选取的不同而已。 2. 交变电流的产生: (1)线圈在匀强磁场中匀速转动时产生按正弦规律变化的交变电流。 (2)线圈处在中性面时，虽然穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率最小为零，从而感应电动势的瞬时值也为零; (3)当线圈处在与中性面垂直的位置上时，虽然穿过它的磁通量最小，为零，但磁通量的变化率却是最大的，所以这时感应电动势的瞬时值最大。需要弄清楚的一个问题就是感应电动势是与磁通量的变化率成正比的～ 3. 描述交变电流的物理量: (1)描述交变电流的物理量有瞬时值、最大值、有效值、平均值，这是描述交变电流强弱的物理量;另外还有角速度、转速、周期和频率等，这几个是描述交变电流变化快慢的物理量。 e,Esin,t电动势的瞬时值: m E,NBS,电动势的最大值: m ,,E,电动势的平均值:(求电量时用) ,t 有效值:由电流的热效应求得。 (2)交流电的有效值是根据电流的热效应定义的，解题时要牢牢地记住这一点。列式计算时，时间的选取显得很关键，一般取一个周期为宜。 保护原创权益?净化网络环境 - 1 - 高中教案 会员交流资料 EUImmmE,U,I,，，。 对于正弦交流电来说，有效值与最大值之间有如下的关系: 222 3)要弄清楚上述几个物理量之间的关系及各自的用途，瞬时值是随时而变的，最大值就是最大的瞬时( 值，计算电热、电功等物理量、考虑保险丝的熔断电流时用的都是交变电流的有效值，计算电荷量时用的是平均值，而考虑电容器等的击穿电压时用的则是交变电流的最大值。 (4)常识性问题:各种用电器的铭牌上所标的电压、电流值以及交流电表所测量的电压、电流值，还有我们平常所说的交变电流的电压、电流值，以及保险丝的熔断电流值等等，都是指的有效值。 二、变压器 1. 变压器的构造: 变压器是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个线圈组成的(一个线圈跟电源连接，叫原线圈(也叫初级线圈);另一个线圈跟负载连接，叫副线圈(也叫次级线圈)(两个线圈都是用绝缘导线绕制成的，铁芯由涂有绝缘漆的硅钢片叠合而成( 2. 原理:电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流大小方向在不断的变化，铁芯中的磁场也在不断变化。变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流。互感现象是变压器工作的基础 3( 理想变压器的理想化条件及其规律( 在理想变压器的原线圈两端加交变电压U后，由于电磁感应的原因，原、副线圈中都将产生感应电动势，1 ,,,,12E,nE,n根据法拉第电磁感应定律:， 2211,t,t 忽略原、副线圈内阻，有:U,E ，U,E 1122 另外，考虑到铁心的导磁作用而且忽略漏磁，即认为在任意时刻穿过原、副线圈的磁感线条数都相等，于是 ,,,,,又有: 12 Un11,由此便可得理想变压器的电压变化规律为: Un22 在此基础上再忽略变压器自身的能量损失(一般包括线圈内能量损失和铁芯内能量损失这两部分，分别俗称 P,P为“铜损”和“铁损”) 有: 12 4. 理想变压器的物理量之间的规律: 保护原创权益?净化网络环境 - 2 - 高中教案 会员交流资料 U,U =n,n，U,n = U,n= U,n =„ (1)电压关系:1212112233 ?理想变压器原副线圈的端电压跟匝数成正比，输出电压由输入电压决定。 ?当n,n时，U,U，变压器使电压升高，这种变压器叫做升压变压器( 2121 ?当n,n时，U,U，变压器使电压降低，这种变压器叫做降压变压器( 2121 2)功率关系:理想变压器的输入功率由输出功率决定(P原=P副， (3)电流关系: In12UI,UI,,?当变压器只有一个副线圈工作时，有: 1122In21 ?有多个副线圈时, 有P=P，即P= P+ P +P+ P+„„„ 入出12345 由UI=UI+UI+„„，得到 nI=nI+nI+„„ 112233112233 变压器的高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制 变压器的低压线圈匝数少而通过的电流大，可用较粗的导线绕制 三、电能的输送 1. 降低输电损耗的两个途径: 2. 远距离输电示意图 保护原创权益?净化网络环境 - 3 - 高中教案 会员交流资料 题型讲解 1. 交变电流的产生、“四值”的应用 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0，,则外接一只电阻为95.0的灯泡，如图乙所示，则 , vA.电压表?的示数为220V 电路中的电流方向每秒钟改变50次 B. C.灯泡实际消耗的功率为484W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J 2202【解析】A选项:电压表示数为灯泡两端电压的有效值,由图像知电动势的最大值E=V，有效值m REU,,209VE=220V，灯泡两端电压，A错 ，，R，r B选项:由图像知T=0.02S，一个周期内电流方向变化两次，可知1s内电流方向变化100次，B错 22U209C选项:灯泡的实际功率,C错 P,,W,459.8WR95 保护原创权益?净化网络环境 - 4 - 高中教案 会员交流资料 E，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为D选项:电流的有效值I,,2.2AR，r 22，D对。 Q,Irt,2.2，5，1J,24.2Jr 【】D 点评:此题不仅考查了交流电四值的应用，还考查了交变电流的产生过程，这些都是基本知识同学们一定要夯实基础。 2. 变压器的知识 ut,202sin100V,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 氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有 A(开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz 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 ,100【解析】A选项:交变电压的频率为 Hz，f,,50,2 一个周期内电压两次大于100V，即一个周期内氖泡能两次发光，所以其发光频率为100Hz，A选项正确。 nU20211,B选项: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V=20V，由得U,1nU222 U,100副线圈两端的电压为V，电压表的示数为交流电的有效值，B选项正确。C选项:开关断开前后，2 输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，C选项错误。D选项:断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D选项错误。 【答案】AB 点评: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。 3. 变压器工作原理、远距离输电 某小型水电站的电能输送示意图 。发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n，n。降压变压器原副线匝数分别为n、n(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为220V234 的用电器正常工作，则 nnnn3322,,A( B(nnnn1414 C(升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 保护原创权益?净化网络环境 - 5 - 高中教案 会员交流资料 D(升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 n220nU331,，，由于输电线上损失一部分电压，【解析】ABC选项:根据变压器工作原理可知,nUn220224 nn32UU,,升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，有，所以，A选项正确，BC选项不23nn14 正确。 D选项:升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率，D选项正确。 答案】AD 【 点评:理想变压器的两个基本公式是: Un12,? ，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。 Un22 PP,?，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和。只有当变压器只有12 In12一个副线圈工作时，才有。 UI,UI,,1122In21 /远距离输电，从图中应该看出功率之间的关系是:P=P，P=P，P=P=P。电压之间的关系是: 12341r2 IInnUnUn31243311,,,,,,III,,,，,,UUU。电流之间的关系是:。输23r23rInInUnUn21432244 2PIrUIr,,,电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。分析和计算时都必须用，而不能rr22 22,,UPL1r1用。特别重要的是要会分析输电线上的功率损失。 P,,P,,,r,,r2rUSUS,,22 保护原创权益?净化网络环境 - 6 -