1、第十一章交变电流变压器定标核心素养物理观念熟知交变电流特点、了解理想变压器和远距离输电特点。科学思维掌握理想变压器模型，并能分析解决实际问题。定位主干知识1.交变电流、交变电流的图像2正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值3理想变压器4.远距离输电5实验：探究变压器线圈两端电压与匝数的关系6实验：利用传感器制作简单的自动控制装置第1课时交变电流的产生和描述必备知识(一)交变电流的产生与变化规律1中性面和峰值面如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置时()A穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大B穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小C穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大D穿
2、过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小解析：选C题图所示位置线圈平面与磁感线平行，处于垂直于中性面的位置，故穿过线圈的磁通量为零(即最小)，而磁通量的变化率最大，故C正确。2交变电流的函数表达式一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e200sin 100t(V)，下列说法正确的是()A该交变电流的频率是100 HzB当t0时，线圈平面恰好与中性面垂直C当t s时，e达到峰值D该交变电流的电动势的有效值为200 V解析：选C由交变电流的电动势瞬时值表达式enBSsin t可知，交变电流的频率f Hz50 Hz，选项A错误。在t0时，电动势瞬时值为0，线圈平面恰好在中性面处，选项B错误。当t s
3、时，e达到峰值Em200 V，选项C正确。该交变电流的电动势的有效值E200 V，选项D错误。3交变电流的图像(多选)如图是正弦交变电流的图像，由该图像可知()A该交变电流的频率是0.02 HzB该交变电流的有效值是14.14 AC该交变电流的瞬时值表达式是i20sin(0.02t)AD在t(T是周期)时刻，该电流的大小与其有效值相等解析：选BD由题图可知，周期T0.02 s，频率f50 Hz，A错误；电流的最大值Im20 A，有效值I A14.14 A，B正确；瞬时值表达式i20sin(100t)A，C错误；将t代入瞬时值表达式，解得i14.14 A，D正确。系统归纳正弦式交变电流的产生及特
4、点(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)两个特殊位置的特点：线圈平面与中性面重合时，SB，最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变。线圈平面与中性面垂直时，SB，0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。(4)交变电动势的最大值EmnBS，与转轴位置无关，与线圈形状无关。必备知识(二)有效值的理解与计算1有效值的理解(多选)下面关于交变电流的说法中正确的是()A交流电器设备上所标的电压和电流值是所用交流的峰值B用交流电流表和电压表测定的读数值是交流的瞬时值C给定的交流电数值，
5、在没有特别说明的情况下都是指有效值D跟交变电流有相同热效应的直流电流的有关数值是交变电流的有效值系统归纳对有效值的理解(1)交流电流表、交流电压表的示数是指有效值；(2)用电器铭牌上标的值(如额定电压、额定功率等)指的均是有效值；(3)计算热量、电功率及保险丝的熔断电流用的是有效值；(4)通常没有特别加以说明的，一般指有效值。2有效值的计算(1)公式法电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接，R110 ，R220 。合上开关S后，通过电阻R2的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。则()A通过R1的电流有效值是1.2 ABR1两端的电压有效值是6 VC通过R2的电流有效值是1.2
6、A DR2两端的电压最大值是6 V(2)热效应法一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示。则Q方Q正等于()A1B.1C12D21有效值的两种计算方法1公式法：若图像部分是正弦(或余弦)交流电，其中从零(或最大值)开始的周期整数倍的部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系ImI、UmU求解。2热效应法：若交变电流为非正弦交变电流，在计算有效值时要注意根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内在“相同电阻”上产生“相同热量”。再利用两类公式：QI2Rt和Qt分别
7、求电流有效值和电压有效值。精解详析1选CD交流电器设备上所标的电压和电流值是有效值，A错误；交流电表测定的读数值也是有效值，B错误；给定的交流电数值通常都是指有效值，C正确；交变电流的有效值是根据热效应定义的，D正确。2(1)选B首先从交流电图像中找出交变电流的最大值，即通过R2的电流最大值为0.6 A，由正弦式交变电流最大值与有效值的关系ImI，可知其有效值为0.6 A，由于R1与R2串联，所以通过R1的电流有效值也是0.6 A，选项A、C错误；R1两端电压有效值为U1IR16 V，选项B正确；R2两端电压最大值为U2mImR20.620 V12 V，选项D错误。(2)选D由焦耳定律和有效值
8、概念知，一个周期内产生热量Q方T，Q正TTT，故Q方Q正21，D正确。 课堂巩固落实交变电流的“四值”及应用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eEmsin tiImsin t计算线圈某一时刻的受力情况峰值交变电流最大的瞬时值EmnBSIm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EUI(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)用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it图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值n计算通过电路某截面的电荷量1.某单相交流发电机的电动势为eEmsin t，如果将发电
9、机的电枢转速减小到原来的，其他条件不变，产生的电动势应为()AEmsin tB.Emsin tCEmsin D.Emsin解析：选D将转速减小到原来的，则最大值变为Em，角速度变为，电动势变为eEmsin，D正确。2. (多选)边长为L的正方形线框在匀强磁场B中以角速度匀速转动，产生的感应电流的最大值为Im，设小灯泡的电阻为R，其他电阻不计。从如图所示位置开始计时，则()A电路中电流的最大值ImB电路中电流的瞬时值表达式为iImsin tC电流表的读数为D小灯泡的电功率为R解析：选AD感应电动势的最大值EmBL2，则电流的最大值Im，选项A正确；由题图可知线框中电流为最大值时开始计时，故电路中
10、电流的瞬时值表达式应为iImcos t，选项B错误；电流表的读数为有效值，为IIm，选项C错误；小灯泡的电功率PI2RIm2R，选项D正确。3.如图所示，正方形线圈abcd的边长L0.3 m，线圈电阻为R1 。直线OO与ad边相距L，过OO且垂直纸面的竖直平面右侧有磁感应强度B1 T的匀强磁场，方向垂直纸面向里。线圈以OO为轴匀速转动，角速度20 rad/s，以图示位置为计时起点。则()A线圈中产生的交流电瞬时值表达式为u0.6cos 20t(V)B流过ab边的电流方向保持不变C当t s时，穿过线圈的磁通量为0.06 WbD从t0到t s，穿过线圈磁通量的变化量大小为0.06 Wb解析：选C当
11、bc边在磁场中时，线圈中产生的交流电最大值为Em1BS11200.30.1 V0.6 V，则瞬时值表达式为u0.6sin 20t(V)；当ad边在磁场中时，线圈中产生的交流电最大值为Em2BS21200.30.2 V1.2 V，瞬时值表达式为u1.2sin 20t(V)，选项A错误；每个周期电流方向改变两次，故B错误；t s时，线圈转过180，adOO在磁场中，垂直于磁场，故穿过线圈的磁通量为BL210.32 Wb0.06 Wb，故C正确；从t0到t s，线圈转过90，此时线圈与分界面平行，磁通量为零，故穿过线圈磁通量的变化量BS0.03 Wb，故D错误。4如图所示为线圈匝数为n的小型旋转电枢
12、式交流发电机的原理图，其矩形线圈面积为S，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。矩形线圈电阻为r，矩形线圈通过两刷环接电阻R，电压表接在R两端。当线圈以角速度匀速转动，下列说法正确的是()A从线圈平面与磁场平行位置开始计时瞬时电动势为enBSsin tB当线圈平面转到与磁场垂直时电压表示数为零C线圈从与磁场平行位置转过90过程中通过电阻R的电荷量为D线圈转一周的过程中回路产生的焦耳热为解析：选D交流发电机产生电动势的最大值为EmnBS，从线圈平面与磁场平行位置开始计时瞬时电动势为enBScos t，故A错误；交流电压表测量的是电阻R两端的电压，电动势的有效值为E，电流为I，交流电压表的示数为UIR，故B错误；线圈从t0时刻开始转过90的过程中，线圈转动，n，平均电流，电荷量qtn，故C错误；线圈转一周的过程中回路产生的焦耳热为QI2(Rr)T2(Rr)，故D正确。