高考江苏版物理一轮复习讲义第10章 章末高效整合.docx
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高考江苏版物理一轮复习讲义第10章章末高效整合
章末高效整合
物理模型1|电动机、发电机模型
模型特点
两种模型
电动机
发电机
工作原理
通电线圈在磁场中受到安培力而转动
闭合线圈在磁场中受外力转动,产生感应电动势
能量转化
电能转化为机械能
机械能转化为电能
解题要点
(1)受力方向由左手定则来判断;
(2)能量关系:
P总=P输出+P热;
(1)产生的感应电动势方向由右手定则判断;
(2)感应电动势大小由法拉第电磁感应定律计算;
解题要点
(3)实际功率:
P实际≤P额定;
(4)电压、电流关系:
U>IR
(3)注意感应电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值的计算;
(4)能量转化中满足能量守恒定律
形象比喻
左手抓着电动机
右手抓着发电机
某兴趣小组设计了一种发电装置,如图101所示.在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为80°,磁场均沿半径方向.匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=L、bc=ad=2L.线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动,bc和ad边同时进入磁场.在磁场中,这两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直.线圈的总电阻为r,外接电阻为R.
图101
(1)求出感应电动势的最大值;
(2)若产生的交流电周期为T,感应电动势的最大值为Em,画出感应电动势随时间变化的图象;
(3)求线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小F;
(4)计算外接电阻上电流的有效值I.
【规范解答】
(1)bc、ad边的运动速度v=
感应电动势的最大值Em=2NB·2Lv=2NBL2ω.
(2)产生的交流电周期为T=,感应电动势随时间变化的图象如图所示.
(3)电流Im=
安培力F=2NBImL
解得F=.
(4)在一个周期内,电阻R中有电流的时间为t=.
根据有效值的定义,R上消耗的电能IRt=I2RT,
联立解得I=.
【答案】
(1)2NBL2ω
(2)见解析 (3)
(4)
[突破训练]
1.如图102所示为电动机的简化模型,线圈abcd可绕轴O1O2自由转动.当线圈中通入如图所示的电流时,顺着O1O2的方向看去,线圈将( )【导学号:
96622183】
图102
A.顺时针转动
B.逆时针转动
C.仍然保持静止
D.既可能顺时针转动,也可能逆时针转动
A 在题中图示位置,由左手定则可以判断,ab边受到的安培力向上,cd边受到的安培力向下,则线圈顺时针转动,故A项正确.
物理模型2|三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,如图103所示.
图103
2.互感器
分为电压互感器和电流互感器,比较如下:
类型
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
串联在待测交流电路中
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=I2n2
3.双副线圈变压器
计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时,应注意三个联系:
(1)电压关系:
===…
(2)电流关系:
n1I1=n2I2+n3I3+…
(3)功率关系:
P1=P2+P3+…
(多选)一自耦调压变压器(可看做理想变压器)的电路如图104甲所示,移动滑动触头P可改变副线圈匝数.已知变压器线圈总匝数为1900匝;原线圈为1100匝,接在如图10214乙所示的交流电源上,电压表为理想电表.则( )
甲 乙
图104
A.交流电源电压瞬时值的表达式为u=220sin100πt(V)
B.P向上移动时,电压表的最大示数为380V
C.P向下移动时,原、副线圈的电流之比减小
D.P向下移动时,变压器的输入功率变大
【规范解答】 由图乙结合交流电瞬时值表达式u=Um·sinωt可得交流电源电压瞬时值的表达式为u=220·sin100πt(V),A错误;P向上移动时,电压表的示数为有效值,当副线圈匝数达到1900时,副线圈输出的电压最大,由变压器原、副线圈电压比跟线圈匝数成正比的关系可知副线圈最大输出电压为380V,即电压表的最大示数为380V,B正确;P向下移动时,副线圈匝数减少,由变压器原副线圈电流比跟线圈匝数成反比的关系可知C正确;由P=可知副线圈的输出功率减小,故原线圈的输入功率也减小,D错误.
【答案】 BC
[突破训练]
2.(2017·苏州模拟)为了测量高电压和强电流的大小,常用到变压器的有关原理.如图105所示,L1和L2是输电线,甲是电压互感器,乙是电流互感器,电压表和电流表为理想交流电表.若电压互感器上下线圈的匝数比为1000∶1,电流互感器上下线圈的匝数比为1∶100,电压表示数为220V,电流表示数为10A,则下列说法正确的是( )
图105
A.两输电线间的电压为220V
B.L2中的电流为10A
C.输电线中输送的功率为2.2×108W
D.两输电线间的电阻为22Ω
C 根据变压器的工作原理有=和=,解得U1=2.2×105V,I1=1000A,所以A、B错误;输电线中输送的功率P=U1I1=2.2×108W,C正确;由于输电线路不能视为简单的纯电阻电路,不能用欧姆定律求出电阻,D错误.
3.如图106所示,接于理想变压器中的四个规格相同的灯泡都正常发光,那么,理想变压器的匝数比n1:
n2:
n3为( )【导学号:
96622184】
图106
A.1∶1∶1 B.3∶2∶1
C.6∶2∶1D.2∶2∶1
B 灯泡正常发光,可得UA=UB=UC=UD,所以U2=2U3.由变压器的电压比公式===,所以n2=2n3,同理,灯泡正常发光,功率相等,即PA=PB=PC=PD.由P=I2R,得IA=IB=IC=ID,即I1=I2=I3.由U1I1=U2I2+U3I3得n1I1=n2I2+n3I3,即n1=n2+n3=2n3+n3=3n3,所以n1∶n2∶n3=3∶2∶1.
高考热点1|交变电流“四值”的应用
1.正弦式交变电流的重要公式
瞬时值
峰值
有效值
平均值
e=Emsinωt
i=Imsinωt
u=Umsinωt
Em=NBSω
Im=
Um=ImR
E=
U=
I=
=n
=
2.对交变电流有效值的理解
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”上“相同时间”内产生“相同热量”.计算时,“相同时间”至少要取一个周期的时间.
在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图107甲所示,产生的交变电动势的图象如图乙所示,则( )
甲 乙
图107
A.t=0.005s时线框的磁通量变化率为零
B.t=0.01s时线框平面与中性面重合
C.线框产生的交变电动势有效值为311V
D.线框产生的交变电动势频率为100Hz
【规范解答】 线框中感应电动势与磁通量的变化率成正比,而t=0.005s时e最大,故选项A错误;t=0.01s时,e=0,故选项B正确;电动势有效值为311×V≈220V,故选项C错误;周期T=0.02s,频率f==50Hz,故选项D错误.
【答案】 B
[突破训练]
4.如图108甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与电阻R=10Ω连接,与电阻R并联的交流电压表为理想电压表,示数是10V.图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图象.则( )
甲 乙
图108
A.电阻R上的电功率为20W
B.0.02s时R两端的电压瞬时值为零
C.R两端的电压u随时间t变化的规律是
u=14.1cos100πt(V)
D.通过R的电流i随时间t变化的规律是
i=1.41cos50πt(A)
C R上电功率P==10W,A错;0.02s时,Φ=0,最大,此时R两端的电压瞬时值最大,B错;R两端电压的最大值为10V,ω==100πrad/s,因此R两端电压u=14.1cos100πt(V),C正确;i=1.41cos100πt(A),D错.
高考热点2|与变压器相关的综合问题
1.远距离高压输电的几个基本关系
2.理想变压器中相关物理量间的制约关系的分析程序可表示为:
(多选)如图109所示,某理想变压器的原线圈接一交流电,副线圈接如图所示电路,开关S原来闭合,且R1=R2,再将S断开,那么交流电压表的示数U、交流电流表的示数I、电阻R1上的功率P1及该变压器原线圈的输入功率P的变化情况正确的是( )
图109
A.U增大 B.I增大
C.P1减小D.P减小
【规范解答】 开关S由闭合到断开时,负载的总电阻变大,变压器的输出电压U2不变,则输出电流I2变小,R上的电压变小,R1上的电压变大,电阻R1上的功率P1==,R1不变,U变大,则P1增大,故A正确,C错误.由电流与匝数的关系可知电流表的示数I减小,B错误.输出电功率P出=I2U2,U2不变,I2减小,则P出减小,输入功率等于输出功率,所以D正确.
【答案】 AD
[突破训练]
5.如图1010甲所示为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,降压变压器原、副线圈匝数比为100∶1,远距离输电线的总电阻为100Ω.若升压变压器的输入电压如图乙所示,输入功率为750kW.下列说法正确的是( )【导学号:
96622185】
图1010
A.用户端交流电的频率为100Hz
B.输电线中电流为30A
C.用户端电压为250V
D.输电线路损耗功率为180kW
B 变压器不改变交变电流的频率,故用户端交变电流的周期为T=0.02s,频率为50Hz,选项A错误;升压变压器输入电压为U1=250V,则输出电压为U2=25000V,由P2=P1=750kW及P2=I2U2得,输电线中的电流为I2=30A,选项B正确;输电线路损耗功率为ΔP=Ir=302×100W=90kW,选项D错误;线路损失电压为ΔU=I2r=3000V,则降压变压器输入电压为U3=U2-ΔU=22000V,则用户端电压为220V,选项C错误.
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