2021届高考物理一轮复习课件 新高考版 课件 专题13 交变电流 传感器

讨论电容器的击穿电压.
考点帮 必备知识通关
物理量
重要关系
E=
有效值
U=
I=
适用情况及说明
(1)计算与电流的热效应有关的量 (如电功、电功率、电热等); (2)电气设备“铭牌”上所标的值; (3)保险丝的熔断电流; (4)交流电表的读数.
平均值
计算通过电路截面的电荷量.
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4. 几种典型交变电流的有效值
考点2 变压器、远距离输电
考点帮 必备知识通关
1.理想变压器
(1)构造 如图,变压器由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个 线圈组成.
(2)原理 原线圈中变化的电流在铁芯中激发变化的磁场, 变化的磁场在副线圈中产生感应电动势.
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(3)基本关系式
功率 原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,即P入=P出.
示例4 如图1所示,一个半径为r的半圆形线框,以直 径ab为轴匀速转动,周期为T,ab的左侧有垂直于纸面 向里(与ab垂直)的匀强磁场,磁感应强度大小为B.M 和N是两个集流环,负载电阻为R,线框电阻为R0,摩擦 和其他部分的电阻均不计,从图示位置开始计时. (1)在图2中画出线框产生的电动势随时间变化的图 像(至少画两个周期); (2)求线框转过 时间内通过负载电阻R的电荷量; (3)求线框转过 时间内外力做的功; (4)求电压表的示数.
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解析：(1)根据题意得,最大电动势 Em= Bπr2· =
电动势随时间变化的图像如图所示. (2)从图示位置起转过 圈的时间内,穿过线框平面的磁通量的变化量为ΔΦ= Bπr2 又 = ,则通过负载电阻R的电荷量为
q= ·Δt=
·Δt=
=
.
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(3)线框转过 时间内外力做的功
考情解读
命题探究 1.命题分析:本专题的考题贴近生活,与生活、生产实际联系紧密.题目多以 发电机为载体,考查交变电流的产生及其描述,综合变压器以及远距离输电 等多个考点,以选择题形式出现,难度中等. 2.趋势分析:根据近几年考情可知,高考对本专题的考查较为常规,交变电流 的产生原理及远距离输电问题应引起重视.
考情解读
核心素养聚焦 物理观念:1.理解交变电流的产生,理解交变电流“四值”问题,理解理想变 压器及远距离输电原理;2.掌握交变电流的描述方法,运用能量观念分析变 压器及远距离输电问题. 科学思维:1.运用等效思想求解交变电流问题;2.建构理想变压器及远距离 输电模型分析求解问题. 科学探究:通过实验,认识交变电流,了解变压器的工作原理,探究传感器的 简单使用.
2.对非正弦式交变电流,有效值需根据电流的热效应计算.可先观察非正弦式交变电流的
变化形式,将一个周期分成若干小段,求出各段电流通过相同电阻所产生的热量和,再利
用焦耳定律求出与恒定电流、恒定电压等效的有效值.需注意以下几点:
(1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”(“相同时间”内“相同电阻”上
考情解读
核心考点
考题取样
1.交变电流的产生 2019天津,T8
及其描述
2018全国Ⅲ,T16
2020全国Ⅱ,T19 2.变压器、远距离
2020全国Ⅲ,T20 输电
2020山东,T5
3.实验:传感器的简 2019全国Ⅱ,T23
单使用
2017江苏,T11
考法考向
考查交变电流的产生及其描述 考查交变电流有效值的计算及焦耳 定律热效应的计算 考查远距离输电问题 考查理想变压器的工作原理 考查理想变压器的电路分析 研究硅二极管在恒定电流下的正向 电压U与温度t的关系 考查温控装置的原理及设计
W=
.
(4)根据电流的热效应得
解得电动势有效值
则电压表的示数为
.
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归纳总结
书写交变电流瞬时值表达式的一般思路
1.求出角速度,
.
2.根据公式Em=nBSω求出相应峰值. 3.明确线圈的初始位置,找出对应的瞬时值表达式.
(1)开始计时时线圈与中性面重合,则电流瞬时值表达式为i=Imsin ωt; (2)开始计时时线圈与中性面垂直,则电流瞬时值表达式为i=Imcos ωt; (3)开始计时时线圈与中性面夹角为θ,则电流瞬时值表达式为i=Imsin (ωt+θ).
专题十三 交变电流 传感器
考情解读
课标要求 1.通过实验,认识交变电流.能用公式和图像描述正弦交变电流. 2.通过实验,探究并了解变压器原、副线圈电压与匝数的关系.知道远距离输 电时通常采用高压输电的原因. 3.了解发电机和电动机工作过程中的能量转化.认识电磁学在人类生活和社 会发展中的作用. 4.知道非电学量转换成电学量的技术意义. 5.通过实验,了解常见传感器的工作原理.会利用传感器制作简单的自动控制 装置. 6.列举传感器在生产生活中的应用.
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重难突破 对交流电的综合问题的分析
1.交流电发电机所产生的交流电随时间的变化规律是解题的关键.通常 有两种:正弦规律,矩形波规律. 2.计算交流电的最大值,根据变化规律写出瞬时值的表达式,画出e-t图像. 3.根据各物理量对应交流电的不同值来进行计算.
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3.若自中性面的垂面开始计时,则磁通量随时间变化的规律为正
弦规律,电动势、电压和电流随时间变化的规律为余弦规律.
考法帮 解题能力提升
考法2 对非正弦式交流电的有效值的考查 示例2 如图所示的交变电流由正弦式交变电流的一半和反向脉冲电流 组合而成,则这种交变电流的有效值为
A. I0 C. I0
B. I0 DΒιβλιοθήκη I0考法帮 解题能力提升思维导引：
解析：由题图知,t=0时,磁通量为零,磁感线与线圈平面平行 ,A正确;当磁感线与线圈平面平行时,磁通量变化率最大,感 应电动势最大,画出感应电动势随时间变化的图像如图所 示,由图可知,t=1 s时,感应电流没有改变方向,B错误;t=1.5 s 时,感应电动势为0,C错误;感应电动势最大值 Em=NBSω
考法帮 解题能力提升
考法1 对理想变压器原理的理解
示例1 [2020山东,5,3分]图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2
=22:3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示.灯泡L的电阻 恒为15 Ω,额定电压为24 V.定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最 大阻值为10 Ω.为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为 A.1 Ω B.5 Ω C.6 Ω D.8 Ω
求解.
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考法3 对正弦式交流电的“四值”问题的考查
示例3如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.5 T,边 长L=10 cm的正方形线圈共N=100匝,线圈总电阻 r=1 Ω,线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动, 角速度ω=2π rad/s,外电路中的电阻R=4 Ω,求: (1)感应电动势的最大值;
与中性面垂直的位置 B∥S
Φ=0,最小. e=n =nBSω,最大. 感应电流最大,方向不变.
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2.交变电流
函数
的变化规律 若从线圈在 磁通量 Φ=Φmcos ωt=BScos ωt
中性面位置 电动势 e=Emsin ωt=nBSωsin ωt
时开始计时,
则正弦交变 电流的变化
电压 u=Umsin ωt=
名称
电流(电压)图像
正弦式 交变电流
正弦式 半波交 变电流
有效值
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名称
电流(电压)图像
正弦单向 脉冲电流
矩形脉 冲电流
非对称性 交变电流
有效值
考法帮 解题能力提升
考法1 对交流电的图像的考查 示例1 [2017天津,6,6分,多选]在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属 线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图 示正弦规律变化.设线圈总电阻为2 Ω,则 A.t=0时,线圈平面平行于磁感线 B.t=1 s时,线圈中的电流改变方向 C.t=1.5 s时,线圈中的感应电动势最大 D.一个周期内,线圈产生的热量为8π2 J
考法帮 解题能力提升
解析： 由i-t图像知交变电流的周期T=2 s.一个周期内,前半
个周期电流的有效值为I1= ,后半个周期电流的有
效值为I2=I0.设交变电流的有效值为I,据交变电流有
效值的定义有I2RT
,解得
I= I0.故C正确.
考法帮 解题能力提升
归纳总结
交变电流有效值的计算方法
1.对正弦式交变电流,直接利用峰值与有效值的关系计算.
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思维导引：
解析：(1)感应电动势的最大值为
Em=NBL2ω=100×0.5×0.12×2π V=3.14 V. (2)由图示位置转过60°时的瞬时感应电动势的大小为 e=Emcos 60°=3.14×0.5 V=1.57 V.
考法帮 解题能力提升
(3)由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势的大小为
.
(4)减少电能损失的方法
在输电功率一定时,提高输电电压U2是减少电能损失的有效方法.
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交流·研讨 输电线上有电阻,电流通过时产生焦耳热引起电能损失,由P损=I2R线 知,要减小电能在输电线上的损耗,有两种方法: 1.减小输电导线的电阻,如采用电阻率低的材料做导线,加大导线的 横截面积[代价较高]; 2.提高输电电压,减小输电电流(输送功率一定的情况下)[常用方法].
所以=
.
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应用·实践 1.变压器不能改变直流电压.
2.理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2等均为有效值.
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2.远距离输电