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2020年高考一轮复习知识考点
专题11
《交变电流》
第一节　交变电流的产生和描述
【基本概念、规律】
一、交变电流的产生和变化规律
1．交变电流
大小和方向随时间做周期性变化的电流．
2．正弦交流电
(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动．
(2)中性面
①定义：与磁场方向垂直的平面．
②特点：线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．
(3)图象：用以描述交变电流随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线．
二、描述交变电流的物理量
1．交变电流的周期和频率的关系：T＝.
2．峰值和有效值
(1)峰值：交变电流的峰值是它能达到的最大值．
(2)有效值：让交流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交变电流的有效值．
(3)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系
I＝，U＝，E＝.
3．平均值：＝n＝BL.
【重要考点归纳】
考点一　交变电流的变化规律
　　
1．正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)
函数
图象
磁通量
Φ＝Φmcos
ωt＝BScos
ωt
电动势
e＝Emsin
ωt＝nBSωsin
ωt
电压
u＝Umsin
ωt＝sin
ωt
电流
i＝Imsin
ωt＝sin
ωt
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.解决交变电流图象问题的三点注意
(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式，其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关．
(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S为有效面积．
(3)在解决有关交变电流的图象问题时，应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来，再根据特殊位置求特征解．
考点二　交流电有效值的求解
　
　
1．正弦式交流电有效值的求解
利用I＝，U＝，E＝计算．
2．非正弦式交流电有效值的求解
交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．注意“三同”：即“相同电阻”，“相同时间”内产生“相同热量”．计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期．
考点三　交变电流的“四值”的比较
物理含义
重要关系
适用情况
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e＝Emsin
ωt
计算线圈某一时刻的受力情况
峰值
最大的瞬时值
Em＝nBSωIm＝
确定用电器的耐压值，电容器的击穿电压
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
E＝
U＝
I＝
(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)(2)交流电表的测量值(3)电器设备标注的额定电压、额定电流(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值
＝＝
计算通过电路截面的电荷量
1.书写交变电流瞬时值表达式的基本思路
(1)求出角速度ω，ω＝＝2πf.
(2)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．
(3)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．
①线圈从中性面位置开始转动，则i－t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsin
ωt.
②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcos
ωt
第二节　变压器　远距离输电
【基本概念、规律】
一、变压器原理
1．工作原理：电磁感应的互感现象．
2．理想变压器的基本关系式
(1)功率关系：P入＝P出．
(2)电压关系：＝，若n1>n2，为降压变压器；若n1(3)电流关系：只有一个副线圈时，＝；
有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn.
二、远距离输电
1．输电线路(如图所示)
2．输送电流
(1)I＝.
(2)I＝.
3．电压损失
(1)ΔU＝U－U′.
(2)ΔU＝IR.
4．功率损失
(1)ΔP＝P－P′.
(2)ΔP＝I2R＝2R＝.
【重要考点归纳】
考点一　理想变压器原、副线圈关系的应用
1．基本关系
(1)P入＝P出，(有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋……)
(2)＝，有多个副线圈时，仍然成立．
(3)＝，电流与匝数成反比(只适合一个副线圈)
n1I1＝n2I2＋n3I3＋……(多个副线圈)
(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.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．
考点二　理想变压器的动态分析
1.匝数比不变的情况(如图所示)
(1)U1不变，根据＝可以得出不论负载电阻R如何变化，U2不变．
(2)当负载电阻发生变化时，I2变化，根据＝可以判断I1的变化情况．
(3)I2变化引起P2变化，根据P1＝P2，可以判断P1的变化．
2.负载电阻不变的情况(如图所示)
(1)U1不变，发生变化，U2变化．
(2)R不变，U2变化，I2发生变化．
(3)根据P2＝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．
3.变压器动态分析的思路流程
考点三　关于远距离输电问题的分析
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”这样的顺序，或从“用电器”倒推到“发电机”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＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I线．
(3)输电电流：I线＝＝＝.
(4)输电线上损耗的电功率：
P损＝I线ΔU＝I2线R线＝2R线．
3.解决远距离输电问题应注意下列几点
(1)画出输电电路图．
(2)注意升压变压器副线圈中的电流与降压变压器原线圈中的电流相等．
(3)输电线长度等于距离的2倍．
(4)计算线路功率损失一般用P损＝I2R线．
【思想方法与技巧】
特殊变压器问题的求解
一、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．
二、互感器
分为：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
串联在大电流电路中
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
将大电流变为小电流
利用的公式
＝
I1n1＝I2n2
三、多副线圈变压器
对于副线圈有两个及以上的理想变压器，电压与匝数成正比是成立的，而电流与匝数成反比的规律不成立．但在任何情况下，电流关系都可以根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率即P入＝P出进行求解．
实验十一　传感器的简单使用
一、实验目的
1．了解传感器的工作过程，探究敏感元件的特性．
2．学会传感器的简单使用．
二、实验原理
闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察．
三、实验器材
热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、温度计、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．
四、实验步骤
1．研究热敏电阻的热敏特性
(1)将热敏电阻放入烧杯中的水中，测量水温和热敏电阻的阻值(如实验原理图甲所示)．
(2)改变水的温度，多次测量水的温度和热敏电阻的阻值，记录在表格中．
2．研究光敏电阻的光敏特性
(1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器连接好(如实验原理图乙所示)，其中多用电表置于“×100”挡．
(2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据．
(3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．
(4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录．
一、数据处理
1．热敏电阻的热敏特性
(1)画图象
在右图坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线．
(2)得结论
热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大．
2．光敏电阻的光敏特性
(1)探规律
根据记录数据定性分析光敏电阻的阻值与光照强度的关系．
(2)得结论
①光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小；
②光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量．
二、误差分析
本实验误差主要来源于温度计和欧姆表的读数．
三、注意事项
1．在做热敏实验时，加开水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温．
2．光敏实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少．
3．欧姆表每次换挡后都要重新调零．
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