2020-2021学年物理人教版选修3-2课件：第五章 交变电流 章末总结
(4)电流思路：变压器有一个副线圈时，有II12＝nn21；当变压器 有多个副线圈时，有 n1I1＝n2I2＋n3I3＋….
(5)制约思路
①电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1一定时，输出 n2
电压 U2 由输入电压决定，即 U2＝nn21U1，可简述为“原制约副”． ②电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比nn12一定且输入电
所以UU12＝nn12·ΔΔΦΦ12＝21×21＝41.
【答案】 41 见解析
(2)理想变压器中的动态变化问题 【例 9】 [多选]如图所示，理想变压器的副线圈通过输电 线接有两个相同的灯泡 L1 和 L2，输电线的等效电阻为 R，开始 时开关 S 断开．当 S 接通时，以下说法中正确的是( BCD )
【例 2】 边长为 a 的 N 匝正方形线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，以角速度 ω 绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线 圈的电阻为 R.求线圈从中性面开始转过 90°角的过程中产生的 热量．
【解析】 线圈中产生的热量需从转动过程中交变电流的 有效值考虑．因线圈中感应电动势的峰值为 Em＝NBa2ω，故线 圈中电流的有效值为 I＝ Im ＝ Em ＝NBa2ω，线圈转过 90°角的
第五章
交变电流
章末总结
[专题突破]
专题一 交变电流的“四值” 近几年高考在考查“交变电流”一章中的有关内容时，主
要是考查了交变电流的四值，即最大值、有效值、平均值、瞬 时值．下面举例说明在什么情况下应该使用交变电流的什么值．
1．研究电容器的耐压值时，只能用峰值(最大值) 【例 1】 一电容器两端允许加的直流电压最大值是 260 V， 能否将它接在按正弦规律变化的电压为 220 V 的电路中？
【例 6】 [多选]一个按正弦规律变化的交变电流的 i－t 图 象如图所示，根据图象可以断定( BD )
A．交变电流的频率 f＝0.2 Hz B．交变电流的有效值 I＝14.1 A C．交变电流瞬时值的表达式 i＝20sin0.02t A D．在 t＝T8时刻，电流的大小与其有效值相等
【解析】 从图中可以看出，交变电流的最大值为 Im＝20
专题二 交变电流图象的应用
任何物理规律的表达都可以用表达式和图象两种方法，交 变电流的变化规律除可用瞬时值表达外，也可以用图象来进行 表达，其主要结构是：横轴为时间 t 或角度 θ，纵轴为感应电动 势 e、交变电压 u 或交变电流 i.
正弦式交变电流的电动势、电流、电压的图象都是正弦(或 余弦)曲线，其图象有如下应用：
A．副线圈的输出电压减小 B．通过灯泡 L1 的电流减小 C．原线圈中的输入电流增大 D．变压器的输入功率增大
【解析】 理想变压器不计原、副线圈的直流电阻，副线圈 两端的电压 UMN 不受负载电阻的影响，保持不变，故选项 A 错 误．S 接通后，副线圈回路的总电阻减小，故副线圈回路中的电 流 I2 增大．因此，等效电阻 R 两端的电压增大，导致灯泡 L1 两 端的电压减小，L1 中电流减小，故选项 B 正确．又因为 UMN 不 变，I2 增大，变压器的输出功率增大，输入功率也随之增大，原 线圈中的电流 I1 增大，故选项 C、D 也正确．
【点评】 输出电压由输入电压和原、副线圈的匝数决定， 与负载电阻的大小无关．由于 P ＝ 输入 P 输出，输入电流由输出电 流和原、副线圈的匝数决定．
(3)变压器原线圈中接有用电器的问题 【例 10】 在如图所示的电路中，理想变压器的变压比为 21，四个灯泡完全相同．若已知灯泡 L3 和 L4 恰能正常工作，那 么( A )
2 2R 2R 时间为 t＝T4＝2πω，所以在转动过程中产生的热量 Q＝I2Rt＝ πN2B2a4ω
4R .
【答案】
πN2B2a4ω 4R
【点评】 不仅热量用有效值，各种交流电表指示的电压、 电流和交流用电器上标注的额定电流、额定电压指的都是有效 值，与热效应有关的计算，如保险丝的熔断电流等都必须用有 效值
所以流过导体横截面的电荷量为
【答案】
NBa2 R
q＝
I
t＝NBRa2.
【点评】 电磁感应现象中通过导体横截面的电荷量
q＝NΔRΦ，解答选择、填空题时可直接用公式，但解答计算 题时必须进行推导．
4．研究交变电流某一时刻的电流、电压时，只能用瞬时值 【例 4】 有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于 e＝110 2 V 时导电，低于 e＝110 2 V 时则不导电，若把这个 电子元件接到 220 V、50 Hz 的正弦交变电流的两端，1则它在 1 s 内导电__1_0_0____次，每个周期内的导电时间为_____7_5__s___．
(4)有两组以上副线圈的变压器问题 【例 11】 如图所示，理想变压器的线圈匝数比为 n1 n2
n3＝22 1 1，此时灯 L 恰能正常发光，电阻消耗的功率 为 12 W，则此变压器的输入电压为________V，原线圈中的电 流为________A.
【解析】 两个副线圈消耗的能量均由原线圈提供，因此原
3．研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均
值
【例 3】 在例 2 中，求线圈从中性面开始转过 90°角的过
程中，通过导线横截面的电荷量． 【解析】 线圈转过 90°角的过程中，感应电动势和感应电
流的平均值分别为： E ＝NΔΔΦt ＝NBπa2＝2NBπa2ω， 2ω
I
＝
E R
＝2NπBRa2ω.
【解析】 由题意知，加在电子元件两端的电压随时间变 化的图象如图所示，表达式为 u＝220 2sinωt.
因 ω＝2πf，f＝50 Hz，ω＝100 π，T＝1f＝0.02 s， 得 u＝220 2sin100πt V.
把 u′＝110 2V 代入上述表达式， 得到 t1＝6100 s，t2＝6500 s. 故每个周期内的通电时间为 Δt＝2(t2－t1)＝3400 s＝715 s. 由所画的 u－t 图象知，一个周期内导电两次，所以 1 s 内 导电的次数为 n＝2Tt ＝100 次．
A．L1 和 L2 都能正常工作 B．L1 和 L2 都不能正常工作 C．L1 和 L2 只有一个能正常工作 D．条件不足，无法判断
【解析】 根据原、副线圈的电压与匝数成正比可知，原线 圈的电压是副线圈电压的二倍．由于灯泡 L1、L2 与原线圈是串 联的，所以只有当电源电压是副线圈电压的 4 倍时，L1 和 L2 才 能正常发光，然而由于电源电压是未知的，因此往往觉得条件不 足，无法判断．
【解析】 (1)交变电压的有效值 U＝220 2 V＝220 V，灯 2
泡的额定电压为 UL＝220 V，因此恰好正常发光．由“220 V 100 W”知，该灯泡电阻为 R＝UP2＝484 Ω，通过灯泡的电
流的最大值为 Im＝URmL＝2240842 A≈0.64 A. (2)灯泡的实际功率与额定功率相同，P＝100 W.
【解析】 题中所述的 220 V 交变电压是指有效值，其峰 值为 Um＝220 2 V≈311 V>260 V，故不能将该电容器接在按正 弦规律变化的电压为 220 V 的电路中，否则该电容器将会被击 穿．
【答案】 不能
【点评】 电容器两端所加的电压不能超过其击穿电压， 否则电容器将被击穿损坏．
2．研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有 效值
2.有关变压器的考题主要有以下几种类型： (1)采用原理思路分析“ ”型理想变压器问题 【例 8】 在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图所示 的变压器铁芯的左右两个臂上，若n1＝2，当通入正弦式电流时，
n2 1 在不接负载的情况下，U1的值是多少？为什么？
U2
【解析】 U1＝n1ΔΔΦt1，U2＝n2ΔΔΦt 2.由磁通量关系有，Φ1＝ 2Φ2，所以 ΔΦ1＝2ΔΦ2.
专题三 变压器的有关问题 理想变压器必须具备以下条件：①不计铜损，即变压器的
原、副线圈的内阻很小，可以忽略，在有电流通过时认为不产 生焦耳热；②不计铁损，即变压器铁芯内不产生涡流，无热损 耗；③不计磁漏，即原、副线圈中的磁通量总保持相同．
变压器问题是近年来高考的热点，考查的重点是对单相理 想变压器工作原理的理解和对变压器动态变化问题的分析．由 于变压器与电能输送密切相关，贴近生活实际，触及能源利用 的热点，应当作为备考的重点．
(3)周期 T＝0.02 s,1 s 内电流方向改变的次数 n＝Tt ×2＝0.102 ×2 次＝100 次．
(4)通过灯泡的电流的瞬时值表达式为： i＝Imsinωt＝0.64sin100πt A.
【答案】 (1)0.64 A (2)100 W (3)100 次 (4)i＝0.64sin100πt A
如果根据电流与匝数的关系进行分析，则能迅速得出答 案．由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡 L3、L4，每个灯泡正 常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈中的电流等于 一个灯泡额定电流的两倍；根据原副线圈的电流与匝数成反比可 知，原线圈中的电流等于副线圈中的电流的二分之一，即恰好等 于灯泡 L1、L2 的额定电流，从而可以得出结论：L1 和 L2 都能正 常工作．
A．t＝0 时刻线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s 时刻，Φ 的变化率达最大 C．t＝0.02 s 时刻，交流电动势达到最大 D．该线圈相应的交流电动势图象如图乙所示
【解析】 由于 t＝0 时，Φ 有最大值，故线圈应在中性面 位置，A 错．从图象上可直观的判断出 t＝0.01 s 时刻，Φ 的变化 率达最大，B 正确．t＝0.02 s 时刻，Φ 的变化率最小，交流电动 势达到最小，C 错误．t＝0 时，Φ 的变化率最小，交流电动势应 有最小值，D 错误．
【点评】 研究交变电流某一时刻的电流、电压或某一时 刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值．
5．综合应用“四值” 【例 5】 将交变电压 u＝220 2sin100πt V 接到“220 V 100 W”的灯泡两端，如灯泡灯丝电阻保持不变，求： (1)通过灯泡电流的最大值； (2)灯泡的实际功率； (3)每秒钟电流方向改变的次数； (4)通过灯泡的电流 i 的瞬时值表达式．
(5)制约思路
①电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比n1一定时，输出 n2
电压 U2 由输入电压决定，即 U2＝nn21U1，可简述为“原制约副”． ②电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比nn12一定且输入电
所以UU12＝nn12·ΔΔΦΦ12＝21×21＝41.
【答案】 41 见解析
(2)理想变压器中的动态变化问题 【例 9】 [多选]如图所示，理想变压器的副线圈通过输电 线接有两个相同的灯泡 L1 和 L2，输电线的等效电阻为 R，开始 时开关 S 断开．当 S 接通时，以下说法中正确的是( BCD )
【例 2】 边长为 a 的 N 匝正方形线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，以角速度 ω 绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线 圈的电阻为 R.求线圈从中性面开始转过 90°角的过程中产生的 热量．
【解析】 线圈中产生的热量需从转动过程中交变电流的 有效值考虑．因线圈中感应电动势的峰值为 Em＝NBa2ω，故线 圈中电流的有效值为 I＝ Im ＝ Em ＝NBa2ω，线圈转过 90°角的
第五章
交变电流
章末总结
[专题突破]
专题一 交变电流的“四值” 近几年高考在考查“交变电流”一章中的有关内容时，主
要是考查了交变电流的四值，即最大值、有效值、平均值、瞬 时值．下面举例说明在什么情况下应该使用交变电流的什么值．
1．研究电容器的耐压值时，只能用峰值(最大值) 【例 1】 一电容器两端允许加的直流电压最大值是 260 V， 能否将它接在按正弦规律变化的电压为 220 V 的电路中？
【例 6】 [多选]一个按正弦规律变化的交变电流的 i－t 图 象如图所示，根据图象可以断定( BD )
A．交变电流的频率 f＝0.2 Hz B．交变电流的有效值 I＝14.1 A C．交变电流瞬时值的表达式 i＝20sin0.02t A D．在 t＝T8时刻，电流的大小与其有效值相等
【解析】 从图中可以看出，交变电流的最大值为 Im＝20
专题二 交变电流图象的应用
任何物理规律的表达都可以用表达式和图象两种方法，交 变电流的变化规律除可用瞬时值表达外，也可以用图象来进行 表达，其主要结构是：横轴为时间 t 或角度 θ，纵轴为感应电动 势 e、交变电压 u 或交变电流 i.
正弦式交变电流的电动势、电流、电压的图象都是正弦(或 余弦)曲线，其图象有如下应用：
A．副线圈的输出电压减小 B．通过灯泡 L1 的电流减小 C．原线圈中的输入电流增大 D．变压器的输入功率增大
【解析】 理想变压器不计原、副线圈的直流电阻，副线圈 两端的电压 UMN 不受负载电阻的影响，保持不变，故选项 A 错 误．S 接通后，副线圈回路的总电阻减小，故副线圈回路中的电 流 I2 增大．因此，等效电阻 R 两端的电压增大，导致灯泡 L1 两 端的电压减小，L1 中电流减小，故选项 B 正确．又因为 UMN 不 变，I2 增大，变压器的输出功率增大，输入功率也随之增大，原 线圈中的电流 I1 增大，故选项 C、D 也正确．
【点评】 输出电压由输入电压和原、副线圈的匝数决定， 与负载电阻的大小无关．由于 P ＝ 输入 P 输出，输入电流由输出电 流和原、副线圈的匝数决定．
(3)变压器原线圈中接有用电器的问题 【例 10】 在如图所示的电路中，理想变压器的变压比为 21，四个灯泡完全相同．若已知灯泡 L3 和 L4 恰能正常工作，那 么( A )
2 2R 2R 时间为 t＝T4＝2πω，所以在转动过程中产生的热量 Q＝I2Rt＝ πN2B2a4ω
4R .
【答案】
πN2B2a4ω 4R
【点评】 不仅热量用有效值，各种交流电表指示的电压、 电流和交流用电器上标注的额定电流、额定电压指的都是有效 值，与热效应有关的计算，如保险丝的熔断电流等都必须用有 效值
所以流过导体横截面的电荷量为
【答案】
NBa2 R
q＝
I
t＝NBRa2.
【点评】 电磁感应现象中通过导体横截面的电荷量
q＝NΔRΦ，解答选择、填空题时可直接用公式，但解答计算 题时必须进行推导．
4．研究交变电流某一时刻的电流、电压时，只能用瞬时值 【例 4】 有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于 e＝110 2 V 时导电，低于 e＝110 2 V 时则不导电，若把这个 电子元件接到 220 V、50 Hz 的正弦交变电流的两端，1则它在 1 s 内导电__1_0_0____次，每个周期内的导电时间为_____7_5__s___．
(4)有两组以上副线圈的变压器问题 【例 11】 如图所示，理想变压器的线圈匝数比为 n1 n2
n3＝22 1 1，此时灯 L 恰能正常发光，电阻消耗的功率 为 12 W，则此变压器的输入电压为________V，原线圈中的电 流为________A.
【解析】 两个副线圈消耗的能量均由原线圈提供，因此原
3．研究交变电流通过导体横截面的电荷量时，只能用平均
值
【例 3】 在例 2 中，求线圈从中性面开始转过 90°角的过
程中，通过导线横截面的电荷量． 【解析】 线圈转过 90°角的过程中，感应电动势和感应电
流的平均值分别为： E ＝NΔΔΦt ＝NBπa2＝2NBπa2ω， 2ω
I
＝
E R
＝2NπBRa2ω.
【解析】 由题意知，加在电子元件两端的电压随时间变 化的图象如图所示，表达式为 u＝220 2sinωt.
因 ω＝2πf，f＝50 Hz，ω＝100 π，T＝1f＝0.02 s， 得 u＝220 2sin100πt V.
把 u′＝110 2V 代入上述表达式， 得到 t1＝6100 s，t2＝6500 s. 故每个周期内的通电时间为 Δt＝2(t2－t1)＝3400 s＝715 s. 由所画的 u－t 图象知，一个周期内导电两次，所以 1 s 内 导电的次数为 n＝2Tt ＝100 次．
A．L1 和 L2 都能正常工作 B．L1 和 L2 都不能正常工作 C．L1 和 L2 只有一个能正常工作 D．条件不足，无法判断
【解析】 根据原、副线圈的电压与匝数成正比可知，原线 圈的电压是副线圈电压的二倍．由于灯泡 L1、L2 与原线圈是串 联的，所以只有当电源电压是副线圈电压的 4 倍时，L1 和 L2 才 能正常发光，然而由于电源电压是未知的，因此往往觉得条件不 足，无法判断．
【解析】 (1)交变电压的有效值 U＝220 2 V＝220 V，灯 2
泡的额定电压为 UL＝220 V，因此恰好正常发光．由“220 V 100 W”知，该灯泡电阻为 R＝UP2＝484 Ω，通过灯泡的电
流的最大值为 Im＝URmL＝2240842 A≈0.64 A. (2)灯泡的实际功率与额定功率相同，P＝100 W.
【解析】 题中所述的 220 V 交变电压是指有效值，其峰 值为 Um＝220 2 V≈311 V>260 V，故不能将该电容器接在按正 弦规律变化的电压为 220 V 的电路中，否则该电容器将会被击 穿．
【答案】 不能
【点评】 电容器两端所加的电压不能超过其击穿电压， 否则电容器将被击穿损坏．
2．研究交变电流做功、电功率及产生的热量时，只能用有 效值
2.有关变压器的考题主要有以下几种类型： (1)采用原理思路分析“ ”型理想变压器问题 【例 8】 在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图所示 的变压器铁芯的左右两个臂上，若n1＝2，当通入正弦式电流时，
n2 1 在不接负载的情况下，U1的值是多少？为什么？
U2
【解析】 U1＝n1ΔΔΦt1，U2＝n2ΔΔΦt 2.由磁通量关系有，Φ1＝ 2Φ2，所以 ΔΦ1＝2ΔΦ2.
专题三 变压器的有关问题 理想变压器必须具备以下条件：①不计铜损，即变压器的
原、副线圈的内阻很小，可以忽略，在有电流通过时认为不产 生焦耳热；②不计铁损，即变压器铁芯内不产生涡流，无热损 耗；③不计磁漏，即原、副线圈中的磁通量总保持相同．
变压器问题是近年来高考的热点，考查的重点是对单相理 想变压器工作原理的理解和对变压器动态变化问题的分析．由 于变压器与电能输送密切相关，贴近生活实际，触及能源利用 的热点，应当作为备考的重点．
(3)周期 T＝0.02 s,1 s 内电流方向改变的次数 n＝Tt ×2＝0.102 ×2 次＝100 次．
(4)通过灯泡的电流的瞬时值表达式为： i＝Imsinωt＝0.64sin100πt A.
【答案】 (1)0.64 A (2)100 W (3)100 次 (4)i＝0.64sin100πt A
如果根据电流与匝数的关系进行分析，则能迅速得出答 案．由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡 L3、L4，每个灯泡正 常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈中的电流等于 一个灯泡额定电流的两倍；根据原副线圈的电流与匝数成反比可 知，原线圈中的电流等于副线圈中的电流的二分之一，即恰好等 于灯泡 L1、L2 的额定电流，从而可以得出结论：L1 和 L2 都能正 常工作．
A．t＝0 时刻线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s 时刻，Φ 的变化率达最大 C．t＝0.02 s 时刻，交流电动势达到最大 D．该线圈相应的交流电动势图象如图乙所示
【解析】 由于 t＝0 时，Φ 有最大值，故线圈应在中性面 位置，A 错．从图象上可直观的判断出 t＝0.01 s 时刻，Φ 的变化 率达最大，B 正确．t＝0.02 s 时刻，Φ 的变化率最小，交流电动 势达到最小，C 错误．t＝0 时，Φ 的变化率最小，交流电动势应 有最小值，D 错误．
【点评】 研究交变电流某一时刻的电流、电压或某一时 刻线圈受到的安培力时，只能用瞬时值．
5．综合应用“四值” 【例 5】 将交变电压 u＝220 2sin100πt V 接到“220 V 100 W”的灯泡两端，如灯泡灯丝电阻保持不变，求： (1)通过灯泡电流的最大值； (2)灯泡的实际功率； (3)每秒钟电流方向改变的次数； (4)通过灯泡的电流 i 的瞬时值表达式．
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高中物理 第五章 交变电流综合小结课件 新人教版选修3
例 2 一个次级有两个不同副线圈的理想变 压器，如图甲所示．如图乙，将两盏标有“6 V,0.9 W”和一盏标有“3 V,0.9 W”的三盏灯泡全部 接入变压器的次级，且能够正常发光．已知U1＝ 220 V，匝数如图．
(1)请在次级画出如何连接的示意图； (2)计算灯泡正常发光时变压器初级线圈中的 电流大小．
若将两线圈的端点 2 与 4 连接，则有：UU113＝n2＋n1 n3.解得 U13 ＝9 V.
由公式 R＝UP2知，“6 V,0.9 W”的灯泡电阻 R＝06.29 Ω＝40 Ω， “3 V,0.9 W”的灯泡电阻 R′＝03.29 Ω＝10 Ω.
由以上所求数据可知，当两盏“6 V,0.9 W”的灯泡并联再与“3 V,0.9 W”灯泡串联接入 U13 时恰正常发光．所以在次级的连接示 意图如图所示．
2．粒子在交变电场中，常见的运动情境有以 下三种：
例 1 (多选)如图甲所示，两平行金属板MN、 PQ的板长和板间距离相等，板间存在如图乙所示 的随时间周期性变化的电场，电场方向与两板垂
直，不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方
向源源不断地射入电场，粒子射入电场时的初动 能均为Ek0，已知t＝0时刻射入电场的粒子刚好沿 上板右边缘垂直电场方向射出电场．则( )
在t＝0时刻射入电场的粒子垂直于电场方向 上先做加速运动，后做减速运动，竖直速度的变 化量为零，时间为周期的整数倍，该方向上的位 移最大，此种情况下，粒子刚好沿上板右边缘垂 直电场方向射出电场，则所有粒子都不会打到两 极板上，故A选项正确；带电粒子进入电场的时 刻不同，运动轨迹不同，时间均为周期的整数倍， 离开极板时，竖直速度为零，故所有粒子最终都 垂直电场方向射出电场，B选项正确，D选项错误； 当t＝0时刻射入电场的粒子在电场中运动的时间 为一个周期时，电场力做功最多，粒子获得的动 能最大；研究粒子在平行于电场方向上匀加速运
(1)请在次级画出如何连接的示意图； (2)计算灯泡正常发光时变压器初级线圈中的 电流大小．
若将两线圈的端点 2 与 4 连接，则有：UU113＝n2＋n1 n3.解得 U13 ＝9 V.
由公式 R＝UP2知，“6 V,0.9 W”的灯泡电阻 R＝06.29 Ω＝40 Ω， “3 V,0.9 W”的灯泡电阻 R′＝03.29 Ω＝10 Ω.
由以上所求数据可知，当两盏“6 V,0.9 W”的灯泡并联再与“3 V,0.9 W”灯泡串联接入 U13 时恰正常发光．所以在次级的连接示 意图如图所示．
2．粒子在交变电场中，常见的运动情境有以 下三种：
例 1 (多选)如图甲所示，两平行金属板MN、 PQ的板长和板间距离相等，板间存在如图乙所示 的随时间周期性变化的电场，电场方向与两板垂
直，不计重力的带电粒子沿板间中线垂直电场方
向源源不断地射入电场，粒子射入电场时的初动 能均为Ek0，已知t＝0时刻射入电场的粒子刚好沿 上板右边缘垂直电场方向射出电场．则( )
在t＝0时刻射入电场的粒子垂直于电场方向 上先做加速运动，后做减速运动，竖直速度的变 化量为零，时间为周期的整数倍，该方向上的位 移最大，此种情况下，粒子刚好沿上板右边缘垂 直电场方向射出电场，则所有粒子都不会打到两 极板上，故A选项正确；带电粒子进入电场的时 刻不同，运动轨迹不同，时间均为周期的整数倍， 离开极板时，竖直速度为零，故所有粒子最终都 垂直电场方向射出电场，B选项正确，D选项错误； 当t＝0时刻射入电场的粒子在电场中运动的时间 为一个周期时，电场力做功最多，粒子获得的动 能最大；研究粒子在平行于电场方向上匀加速运
人教新课标高中物理选修3-2第5章交变电流回顾总结课件(56张PPT)
识结合在一起，并注重交流电路与工农业生产
和日常生活紧密联系，并常以选择题的形式考 查，多以难度中等或中等偏下的考题出现．
• 【高考冲浪】
• 常考点一：交变电流的产生及应用
• 1．(天津高考)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，如图甲所示， 产生的交变电动势的图象如图乙所示，则( )
• 综观高考命题，对于变压器问题，多集中于对 变压器的工作原理及I、U、P、n各量间基本关 系的考查．由于变压器与电能的输送密切相关， 贴近生活实际，触及能源利用的社会热点，符 合贴近现实、突出能力的命题趋势，应当作为 备考的重点．
解题思路如下． 思路 1：电压思路 变压器原、副线圈的电压之比为UU12＝nn12；当变压器有多个 副线圈时，Un11＝Un22＝Un33＝…
ΔΔΦt 1＝ΔΔΦt 2＋ΔΔΦt3. 此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于 稳定或恒定电流的情况．
• 思路6：输配电原理思路
• 按“发电→升压→输电线→降压→用电器”的 顺序或从“用电器倒推到发电”，以变压器的 铁芯为界划分为三个回路一步一步进行分析．
•
如图所示为一理想变压器，K为单
• A．I1和I2表示电流的瞬时值 • B．U1和U2表示电压的最大值 • C．滑片P向下滑动过程中，U2不变，I1变大 • D．滑片P向下滑动过程中，U2变小，I1变小
解析：该题考查对交流电表的认识及变压器的动态变化问 题，解题的关键是要掌握各物理量之间的关系．在交流电路中 电压表和电流表用的不是直流电表，而是交流电表，而交流电 表所测的电流或电压是有效值，而不是瞬时值或最大值，所以 A、B 选项不正确．由于 U1 保持不变，据UU12＝nn21可知 U2＝nn21U1， 而 I2＝R0U＋2 R＝nn21·R0U＋1 R，据II21＝nn21可知 I1＝nn21I2＝nn212R0U＋1 R， 所以当 R 减小时，U2 不变，I1 变大，C 选项正确．
和日常生活紧密联系，并常以选择题的形式考 查，多以难度中等或中等偏下的考题出现．
• 【高考冲浪】
• 常考点一：交变电流的产生及应用
• 1．(天津高考)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，如图甲所示， 产生的交变电动势的图象如图乙所示，则( )
• 综观高考命题，对于变压器问题，多集中于对 变压器的工作原理及I、U、P、n各量间基本关 系的考查．由于变压器与电能的输送密切相关， 贴近生活实际，触及能源利用的社会热点，符 合贴近现实、突出能力的命题趋势，应当作为 备考的重点．
解题思路如下． 思路 1：电压思路 变压器原、副线圈的电压之比为UU12＝nn12；当变压器有多个 副线圈时，Un11＝Un22＝Un33＝…
ΔΔΦt 1＝ΔΔΦt 2＋ΔΔΦt3. 此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于 稳定或恒定电流的情况．
• 思路6：输配电原理思路
• 按“发电→升压→输电线→降压→用电器”的 顺序或从“用电器倒推到发电”，以变压器的 铁芯为界划分为三个回路一步一步进行分析．
•
如图所示为一理想变压器，K为单
• A．I1和I2表示电流的瞬时值 • B．U1和U2表示电压的最大值 • C．滑片P向下滑动过程中，U2不变，I1变大 • D．滑片P向下滑动过程中，U2变小，I1变小
解析：该题考查对交流电表的认识及变压器的动态变化问 题，解题的关键是要掌握各物理量之间的关系．在交流电路中 电压表和电流表用的不是直流电表，而是交流电表，而交流电 表所测的电流或电压是有效值，而不是瞬时值或最大值，所以 A、B 选项不正确．由于 U1 保持不变，据UU12＝nn21可知 U2＝nn21U1， 而 I2＝R0U＋2 R＝nn21·R0U＋1 R，据II21＝nn21可知 I1＝nn21I2＝nn212R0U＋1 R， 所以当 R 减小时，U2 不变，I1 变大，C 选项正确．
2020-2021学年人教版选修3-2 5.1 交变电流 课件(34张)
答案：
问题1：由B A；
问题2：由A
B；
问题3：当线圈位于甲、丙位置时，线圈中没 有电流；当线圈位于乙、丁位置时，线圈中电 流最大。
三、交变电流的变化规律
思考：
交变电流的变化规律 又是怎样的呢？
1.两个特殊位置：
N
N
b
c
V
a
a d
SS
d
V
S
中性面：垂直磁场方向的平面叫做中性面。
（1）当线圈位于中性面时，
小结课堂内容： 本节课主要掌握：
1.知道交变电流的定义 2.知道中性面的概念 3.知道交流电是怎样产生的 4.掌握交流电的变化规律及图象 5.会运用正弦交流电的瞬时表达式和图象解决相
关问题
作业：
完成导学案上的练习题；
Thank you! 谢 谢 大 家 ！
3
线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动， 产生的交变电流的图像如图所示，由图可知( D )
A.在A和C时刻线圈处于中性面位置 B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C.从A～D线圈转过的角度为2π D.若从O～D历时0.02 s，则在1 s内交变 电流的方向改变100次
4
如图，有一个正方形线圈的匝数为10匝 ，边长为20 cm，线圈总电阻为1Ω，线 圈绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转 动，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，求 ：(1)该线圈产生的交变电流电动势的峰 值、电流的峰值分别是多少； (2)若从中性面位置开始计时，写出感应 电动势随时间变化的表达式； (3)线圈从图示位置转过60°时，感应电 动势的瞬时值是多大？
时刻， t 电动势的
瞬时值为：
e Em sin t
其中： e为电动势在时刻 t 的瞬时值，Em为电动 势的最大值（峰值）．ωt为线圈转过的角度， 从中性面开始计时。
人教高中物理选修3-2第五章-交变电流-交流电知识点总会(28张)-PPT优秀课件
由于输入功率等于输出功率,所以I1也将减小，C正确
因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，
I3变大，B正确．
A1
R1 A2
V1
V2 R2 R3 R4
A3 S
人教高中物理选修3-2 第五章-交变电流-交流电知识点总 会 课件(共28张PPT)
人教高中物理选修3-2 第五章-交变电流-交流电知识点总 会 课件(共28张PPT)
四川卷
3、如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，
副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关 S是闭合的。V1和V2为理想电压表，读数分别为U1 和U2；A1、A2 和A3为理想电流表，读数分别为I1、 I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的 是 （ BC ）
A．U2变小、I3变小 B．U2不变、I3变大 C．I1变小、I2变小 D．I1变大、I2变大
2.周期和频率
a. 周期 交变电流完一次周期性变化所需的时间, 叫做交变电流的周期，通常用T表示，单位是s．
b. 频率 交变电流在1s内完成周期性变化的次数，叫 做交变电流的频率，通常用f表示,单位是赫兹(Hz)．
c. 周期和频率的 关系是
T 1 f
f1
ω=2π/T= 2πf
T
d. 转速 单位时间线圈转过的转数.单位为 r/s 或 r/min
解： 画出T/2的图像如图示，
在T/2中，放电管发光的时间为
t
(3TT)
5 T
8 6 24
放电管实际发光的时间占总时间的5/12,
在一小时内放电管实际发光的时间为
t 51小时25分钟
12
u/V
1000
500 3
500 2
2020-2021学年高二上学期物理人教版选修3-2第五章第二节描述交变电流变化的物理量 课件
例4、如图所示为一交变电流随时间变化的图像，此交变 电流的有效值为( B )
A. 5 A
B.5 A
C. 3.5 A D.3.5A
解析 根据有效值的交流电的有效值与最大值的关系：
E = Em = 0.707Em
U = Um = 0.707Um
I = Im = 0.707Im
无特别说明时提到的交变电流的数值是指有效值
4、平均值：
➢ 平均电动势： E N t
➢ 平均电流： I E N
R r t(R r)
➢ 电荷量：
q It N Rr
应用：计算电荷 量用平均值
例7：如图所示交流发电机的矩形线圈边长ab＝cd＝0.4 m，ad＝bc＝0.2 m，线圈 匝数N＝100，电阻r＝1 Ω，线圈在磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁 场的轴以ω＝100π rad/s的角速度匀速转动，外接电阻R＝9 Ω，以图示时刻开
注意：任何电流都有有效值，但上述关系只限于正弦式交变电流．
u/V
220 2
O
0.01
-220 2
家庭
t/s
0.02
例5、如图所示交变电流图象为某一正弦式交变电流更换负值后
的i－t 图象，求该交变电流的有效值.
解析：根据交变电流有效值的定义取一个周期 T。 I2RT＝ 1022R·T2 ＋102R·T2 ， T＝0.2 s， 即 2I2＝1020＋100，所以有效值 I＝ 75 A≈8.7 A。
2）应用：电容器的耐压值（也称击穿电压）要高于交 流电的峰值，否则电容器可能被击穿。
例如将e=400sin314t加在电容器两 端，那么电容器的耐压值不得低于
400V
描述交变电流大小的物理量
人教版高中物理选修(3-2)第5章第1讲《交变电流》ppt课件
(4)若线圈有N匝
则e＝NBsωsin ωt
课堂讲义
2．两个特殊位置
交变电流
(1)中性面位置(S⊥B位置) 线圈平面与礠场垂直的位置，此时e为0，i为0，Φ最大， t 为0. 线圈每经过中性面，电流方向发生改变 线圈转一圈电流方向改变两次 (2)垂直中性面位置(S∥B位置) 此时e最大，i最大，Φ为0， t 为最大． 3．正弦式交流电的峰值． Em＝NBsω 4．正弦式交流电的瞬时值表达式 e＝Em sin ωt，u＝Um sin ωt，i＝Imsin ωt
2．注意：开始计时时线圈所处的位 置不同，得到的i－t图象也不同．
分析有关图象时，要注意从图象 中找出两个特殊位置对应的时刻 ．如右图所示
课堂讲义
例3 线圈在匀强磁场中匀速 转动，产生交流电的图象如 图所示，由图可知( ) 中 性 面 时 与 磁 感 线 平 行 时 磁通量最大 感应电动势为零 感应电流为零 磁通量为零
高中物理· 选修3-2· 人教版
第五章 交变电流
第一讲 交变电流
目标定位
交变电流
理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向. 1 理解交变电流、直流的概念，会观察交流电的波形图
2
理解正弦式交变电流的产生，掌握交流电产生的机理
3
知道交变电流的变化规律及表示方法
预习导学
一、交变电流 周期性变化 磁感线 方向 匀速 大小和方向
交变电流
电流方向
二、交变电流的产生
想一想 如图所示，当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，哪些边切割 磁感线？线圈转到哪些位置时没有感应电流？ 答案 当线圈在磁场中绕OO′轴转动时，AB、CD边切割磁感线 产生的感应电流．线圈转到甲和丙位置时没有感应电流，我们 称之为中性面． 三、交变电流的变化规律 Emsinωt Umsinωt Imsinωt
2020-2021学年人教版选修3-2 第五章 1 交变电流 课件(85张)
值表达式为 ( )
A.e=2Emsin 2ωt C.e=Emcos 2ωt
B.e=4Emsin 2ωt D.e=4Emcos 2ωt
【解析】选D。产生感应电动势的最大值Em=NBSω,当N′=2N,ω′=2ω 时,Em′=4Em,所以交变电流的感应电动势的瞬时值表达式为e=4Emcos 2ωt,选 项D正确。
【规律方法】交变电流的变化特点 (1)线圈转至与磁感线平行时,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,故线圈 每转一周,电动势最大值出现两次。 (2)线圈每经过中性面一次,感应电流和感应电动势的方向都要改变一次。线 圈转动一周,两次经过中性面,感应电动势和感应电流的方向都改变两次。
【素养训练】 1.(多选)如图所示,一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴 OO′以恒定的角速度ω转动,从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,则在0～ 这段时间内 ( ) A.线圈中的感应电流一直在减小 B.线圈中的感应电流先增大后减小 C.穿过线圈的磁通量一直在减小 D.穿过线圈的磁通量变化率一直在减小
【解析】选A、D。计时开始时线圈平面与磁场平行,感应电流最大,在0～ 时 间内线圈转过四分之一个圆周,感应电流从最大减小为零,磁通量逐渐增大,其 磁通量变化率一直减小,故A、D正确。
2.(多选)(2020·抚顺高二检测)矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动 时,线圈中产生如图所示的交流电,则对应t1时刻线圈的位置可能为图中的
第五章 交 变 电 流 1 交变电流
必备知识·自主学习
一、交变电流 【情境思考】
图片为某用电器的铭牌,其中输入的AC是什么意思? 提示:交流电
1.交变电流:大小和方向随时间_周__期__性__变__化__的电流,简称交流(AC)。如图所 示。其中甲图是正弦式交变电流。
人教版高中物理选修(3-2)第五章《交变电流》ppt章末整合课件
一二三
3.研究交变电流某一瞬间的电流、电压、功率等,用瞬时值 (1)当线圈平面与中性面重合时,线圈中感应电动势为零。 若从此位置开始计时,则瞬时值表达式为 e=Emsinωt,i=Imsinωt。 (2)当线圈平面与中性面垂直时,线圈中感应电动势最大。 若从此位置开始计时,则瞬时值表达式为 e=Emcosωt,i=Imcosωt。 4.研究交变电流通过导体截面的电荷量时,用平均值 交流电的平均值应根据E=n������������Φt 求解,在计算交流电路中通过某段导体 的电荷量时,应用平均值计算,即 q=������t。
但是当把电压加在 P、Q 两端时,电流只经过下面那个电阻,上面的电阻 中没有电流,M、P 两端也就没有电势差,即 M、P 两点的电势相等。所以当 P、Q 接 4 V 直流时,M、N 两端电压也是 4 V。
顺便指出,如果 M、N 或 P、Q 换成接交变电压,上述关系仍然成立,因 为在交流纯电阻电路中欧姆定律照样适用。
(5)0.99 J (6)0.087 C
一二三
专题二 解决变压器问题的几种思路
1.原理思路
变压器原线圈中磁通量发生变化,铁芯中������������Φt 相等。 2.电压思路
变压器原、副线圈的电压之比为U1
U2
=
nn12;当变压器有多个副线圈时,只
要绕在同一闭合铁芯上,任意两线圈之间总有UUQP
A.10 V,10 V B.10 V,4 V C.4 V,10 V D.10 V,0
一二三
解析:图甲是一个自耦变压器,当 A、B 作为输入端,C、D 作为输出端时, 是一个降压变压器,两边的电压之比等于两边线圈的匝数之比;当 C、D 作 为输入端,A、B 作为输出端时,是一个升压变压器,电压比也等于匝数比,所 以 C、D 接 4 V 交流时,A、B 间将得到 10 V 交流。图乙是一个分压电路, 当 M、N 作为输入端时,上下两个电阻上的电压跟它们的电阻的大小成正 比。
高中物理人教版选修3-2(课件)第五章 交变电流 章末分层突破
前逐一分析各物理量的变化情况．
(1)首先明确变压器各物理量间的制约关系．变压器原、副线圈匝数n1、n2确 定，U1决定了U2，与输出端有无负载、负载大小无关，也与变压器有无其他副线 圈无关．U2与负载电阻R，决定了输出电流I2的大小，输出功率P2决定输入功率 P1，P1＝U1I1，从而决定I1大小．
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3．有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和直流
通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流
的数值叫做这一交流的有效值．正弦交流电的有效值跟最大值之间的关系是U＝
1 2
Em，I＝
1 2
Im.对于非正弦交变电流的有效值，以上关系不成立，应根据定义来
【导学号：94530085】
A．A1、A2两表的示数相同 B．L1、L2两灯泡的亮度相同 C．R1消耗的功率大于R3消耗的功率 D．R2两端的电压小于R4两端的电压
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图5-6
【解析】 根据理想变压器的工作原理、远距离输电规律、欧姆定律和电功
率公式解决问题．
设A、B两端所加电压为U.由欧姆定律知，通过A2表的电流大小I2＝
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(2014·福建高考)图5-6为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器 的匝数n1＝n4＜n2＝n3，四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R， A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻RL>2R，忽 略灯丝电阻随温度的变化．当A、B端接入低压交流电源时( )
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图5-2
【解析】 (1)线圈转动时，总有一条边切割磁感线，且ad边和bc边转动的线 速度大小相等，当线圈平行于磁场时，产生的感应电动势最大，为E＝nBLv＝ nBLω·L2＝12nBL2ω
人教新课标高中物理选修3-2 5.2描述交变电流的物理量课件(48张ppt)
• 对有效值的理解和计算
•
如图所示为一交变电流的图象，则 该交变电流的有效值为多大？
T 思 路 点 拨 ： 找出交流电的周期 → 计算0～ 产生的热量 2
由有效值定义 T → 计算 ～T产生的热量 → 2 计算有效值
T 解析：令该交变电流通过一电阻 R，它在前半周期 内通过 2 该电阻产生的热量
• 思路点拨：
解析：(1)感应电动势的最大值为 Em≈NBωS≈3.14 V. (2) 转 过 60°角 时 的 瞬 时 感 应 电 动 势 为 e ＝ Emcos 60° ≈3.14×0.5 V＝1.57 V. (3)转过 60° 角过程中产生的平均感应电动势为 3 0.5×0.1×0.1× 2 ΔФ BSsin 60° －＝N E ＝N ＝100× V≈2.6 Δt 1 1 2π T × 6 6 2π V.
解析：(1)图示位置为中性面，从此时开始计时，交流电动 势的瞬时值为 e＝Emsin ωt. π 将 ωt＝ ，e＝10 V 代入上式，求得 Em＝20 V. 6 (2)此电流为正弦交变电流，所以交流电动势的有效值 E＝ Em 20 ＝ V＝10 2 V. 2 2
π (3)在线圈转过 的过程中，穿过线圈平面的磁通量变化量 2 Em 20 ΔΦ＝B·ΔS.据 Em＝BSω 得 ΔΦ＝ ω ＝ Wb＝0.2 Wb，故 q 100 ΔΦ 0.2 ＝R＝ C＝0.2 C. 1
重要关系 Em E＝ 2 Um U＝ 2 Im I＝ 2 －＝nΔФ E Δt － －＝ E I R＋r
适用情况 (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)电气设备标注的额 定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 计算通过电路截面的 电荷量