第13章交變電流電磁波傳感器

物理新高考適用目錄第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生與描述考點(diǎn)1正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律考點(diǎn)2交變電流四值的理解與應(yīng)用第2節(jié)變壓器遠(yuǎn)距離輸電實(shí)驗(yàn)：探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn):探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系考點(diǎn)2理想變壓器及其應(yīng)用考點(diǎn)3遠(yuǎn)距離高壓輸電線(xiàn)路分析及有關(guān)物理量的計(jì)算微專(zhuān)題30含變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析第3節(jié)電磁振蕩與電磁波傳感器考點(diǎn)1電磁振蕩與電磁波考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)：利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生與描述考點(diǎn)1正弦式交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1.產(chǎn)生:線(xiàn)圈繞垂直于磁感線(xiàn)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。2.兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)(1)線(xiàn)圈平面與中性面重合時(shí),S⊥B,Φ最大,

=0,e=0,i=0,電流方向?qū)l(fā)生改變。(2)線(xiàn)圈平面與中性面垂直時(shí),S∥B,Φ=0,

最大,e最大,i最大,電流方向不改變。(3)電流方向的改變:線(xiàn)圈通過(guò)中性面位置時(shí),電流方向發(fā)生改變,一個(gè)周期內(nèi)線(xiàn)圈兩次

通過(guò)中性面位置,因此電流的方向改變兩次。(4)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=nBSω,與轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān),與線(xiàn)圈形狀無(wú)關(guān)。3.交變電流的變化規(guī)律(從線(xiàn)圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí))

函數(shù)表達(dá)式圖像

Φ=Φm

cosωt=BScosωt

e=Em

sinωt=nBSωsinωt

即練即清判斷正誤,正確的打√,錯(cuò)誤的打?。如圖所示,一正方形線(xiàn)圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng),沿

著OO'方向觀(guān)察,線(xiàn)圈沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,線(xiàn)圈匝

數(shù)為n,邊長(zhǎng)為l,電阻為R,轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω。

(1)線(xiàn)圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流。

(

)(2)當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí),穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為0。

(

)(3)當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí),穿過(guò)每匝線(xiàn)圈磁通量

的變化率為Bl2ω。

(

)?√√提分關(guān)鍵·規(guī)律總結(jié)書(shū)寫(xiě)交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的基本思路(1)求出角速度ω,ω=

=2πf。(2)確定正弦式交變電流的峰值,根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em=nBSω求出相應(yīng)峰值。(3)明確線(xiàn)圈的初始位置,寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。

物理含義重要關(guān)系適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值e=Em

sinωti=Im

sinωt計(jì)算線(xiàn)圈某時(shí)刻的受力

情況峰值最大的瞬時(shí)值Em=nBSωIm=

討論電容器的擊穿電壓平均值交變電流圖像中圖線(xiàn)與

時(shí)間軸所圍的“面積”

與時(shí)間的比值

=BL

=N

=

計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)

線(xiàn)橫截面的電荷量考點(diǎn)2交變電流四值的理解與應(yīng)用有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等

效的恒定電流的相關(guān)值E=

U=

I=

適用于正弦式交變電流計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有

關(guān)的物理量(例如電功、

電功率、電熱、保險(xiǎn)絲

的熔斷電流等)能力進(jìn)階典例

如圖所示,電阻為r的單匝金屬直角線(xiàn)框abcd放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)

磁場(chǎng)中,a、d兩點(diǎn)連線(xiàn)與磁場(chǎng)垂直,ab、cd的長(zhǎng)度均為l,bc的長(zhǎng)度為2l,定值電阻的阻值

為R。線(xiàn)框繞ad連線(xiàn)以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí),則

(

)

A.線(xiàn)框每轉(zhuǎn)一圈,回路電流方向改變一次B.回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為2Bl2ωC.a、d兩點(diǎn)間的電壓為

Bl2ωD.

周期內(nèi)通過(guò)R的電荷量為

D解析線(xiàn)框產(chǎn)生的是正弦式交變電流,在一個(gè)周期內(nèi)其方向改變2次,A錯(cuò)誤。回路

中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值E=

=

=

Bl2ω,a、d兩點(diǎn)間的電壓為路端電壓,U=

E=

Bl2ω,B、C錯(cuò)誤。

周期內(nèi)通過(guò)R的電荷量

=

t=

t=

=

,D正確。進(jìn)階1

(由一般到特殊)如圖所示,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、阻值為R的等邊三角形單匝金屬線(xiàn)圈abc

從圖示位置開(kāi)始繞軸EF以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng),EF的左側(cè)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁

感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,右側(cè)沒(méi)有磁場(chǎng)。下列說(shuō)法正確的是

(

)

A.圖示位置通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大,磁通量的變化率也最大B.從圖示位置轉(zhuǎn)出磁場(chǎng)的過(guò)程中,線(xiàn)圈中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流C.線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為

D.轉(zhuǎn)動(dòng)一周,外力做功的功率為

C解析題圖所示位置通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大,磁通量的變化率為0,A錯(cuò)誤。從題圖

所示位置轉(zhuǎn)出磁場(chǎng)的過(guò)程中,根據(jù)楞次定律可知,線(xiàn)圈中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,B

錯(cuò)誤。線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=BSω=

,C正確。線(xiàn)圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E=

=

,PT=

×

(易錯(cuò):線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)周期的過(guò)程中,只有半個(gè)周期產(chǎn)生感應(yīng)電流),聯(lián)立解得P=

,D錯(cuò)誤。進(jìn)階2

(結(jié)合圖像求有效值)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的單匝正方形線(xiàn)框處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向與

線(xiàn)框平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示(前半個(gè)周期為正弦波形的一半),

線(xiàn)框的電阻為R,則線(xiàn)框中感應(yīng)電流的功率為

(

)

A.

B.

C.

D.

D解析根據(jù)題意可知,前半個(gè)周期感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=

B0L2ω=

B0L2·

=

(點(diǎn)撥:前半個(gè)周期產(chǎn)生的是正弦式交變電流),則前半個(gè)周期感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E1=

=

,后半個(gè)周期感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小恒定不變(點(diǎn)撥:E=

=

,B-t圖線(xiàn)斜率的絕對(duì)值不變),有E2=

L2=

,線(xiàn)框一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q=PT=

·

+

·

,聯(lián)立解得P=

。提分關(guān)鍵·規(guī)律總結(jié)其他交變電流有效值的計(jì)算(1)計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)電流的熱效應(yīng),抓住“三同”:“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上

產(chǎn)生“相同熱量”,列式求解。(2)分段計(jì)算熱量并求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量Q。(3)利用公式Q=I2Rt和Q=

t可分別求得電流有效值和電壓有效值。(4)若交變電流圖像部分是正弦(或余弦)函數(shù)圖像或圖像的一部分,則其中的

周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和

周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系I=

、U=

分析。第2節(jié)變壓器遠(yuǎn)距離輸電實(shí)驗(yàn):探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn):探究變壓器原、副線(xiàn)圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)原理1.實(shí)驗(yàn)電路圖

2.控制變量法(1)n1、U1一定,研究U2和n2的關(guān)系。(2)n2、U1一定,研究U2和n1的關(guān)系。二、操作步驟1.保持原線(xiàn)圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變,改變副線(xiàn)圈的匝數(shù)n2,研究n2對(duì)副線(xiàn)圈電壓U2的影響。(1)估計(jì)被測(cè)電壓的大致范圍,選擇多用電表交流電壓擋適當(dāng)量程。若不知道被測(cè)電壓

的大致范圍,則應(yīng)選擇交流電壓擋的最大量程進(jìn)行測(cè)量。(2)組裝可拆變壓器:把兩個(gè)線(xiàn)圈穿在閉合鐵芯上,用交流電壓擋測(cè)量輸入、輸出電壓。2.保持副線(xiàn)圈的匝數(shù)n2和原線(xiàn)圈兩端的電壓U1不變,研究原線(xiàn)圈的匝數(shù)對(duì)副線(xiàn)圈電壓的影響,重復(fù)以上操作。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論原、副線(xiàn)圈的電壓比等于原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比。四、注意事項(xiàng)1.在改變學(xué)生電源電壓、線(xiàn)圈匝數(shù)前均要先斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān),再進(jìn)行操作。2.為保障人身安全,學(xué)生電源的電壓不能超過(guò)12V,通電時(shí)不能用手接觸裸露的導(dǎo)線(xiàn)和

接線(xiàn)柱。3.為了多用電表的安全,使用交流電壓擋測(cè)電壓時(shí),先用最大量程擋試測(cè),大致確定被測(cè)

電壓后再選用合適的擋位進(jìn)行測(cè)量。五、誤差分析1.由于漏磁,通過(guò)原、副線(xiàn)圈的每一匝的磁通量不嚴(yán)格相等造成誤差。2.原、副線(xiàn)圈有電阻,原、副線(xiàn)圈中的焦耳熱損耗造成誤差。3.鐵芯有磁損耗,形成渦流產(chǎn)生誤差?？键c(diǎn)2理想變壓器及其應(yīng)用一、理想變壓器的基本特點(diǎn)1.無(wú)漏磁,故原、副線(xiàn)圈中的Φ、

相同。2.線(xiàn)圈無(wú)電阻,因此,U=E=n

。3.

=

,套在同一鐵芯上的線(xiàn)圈,無(wú)論是原線(xiàn)圈,還是副線(xiàn)圈,該比例都成立。二、理想變壓器的基本關(guān)系功率關(guān)系原線(xiàn)圈的輸入功率等于副線(xiàn)圈的輸出功率,即P入=P出電壓關(guān)系原、副線(xiàn)圈的電壓比等于匝數(shù)比,即

=

電流關(guān)系(1)只有一個(gè)副線(xiàn)圈時(shí):

=

(2)有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí):由P入=P出得I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn或I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn頻率關(guān)系f1=f2,變壓器不改變交變電流的頻率典例1

(2024北京,T5改編)如圖所示,理想變壓器原線(xiàn)圈接在正弦式交流電源上,輸入交

流電壓u=24

sin100πt(V),副線(xiàn)圈接規(guī)格為“6V,3W”的燈泡。若燈泡正常發(fā)光,下列說(shuō)法正確的是

(

)

A.副線(xiàn)圈兩端電壓的周期為0.01sB.副線(xiàn)圈中電流的有效值為0.5AC.原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比為1∶4D.原線(xiàn)圈的輸入功率為12WB解析

ω=

=100πrad/s,T=0.02s,A錯(cuò)誤。原線(xiàn)圈電壓有效值U1=

=24V;燈泡正常發(fā)光,副線(xiàn)圈中電流的有效值I=

=

=0.5A,B正確。

=

=4,C錯(cuò)誤。理想變壓器沒(méi)有能量損失,P1=PL=3W,D錯(cuò)誤。電路構(gòu)成

各個(gè)量之間的聯(lián)系

=

,P1=P2,

=

=

,P3=P4,

=

I2=I3=I線(xiàn)能量關(guān)系P1=P損+P4考點(diǎn)3遠(yuǎn)距離高壓輸電線(xiàn)路分析及有關(guān)物理量的計(jì)算輸電線(xiàn)路損耗電壓損失ΔU=U2-U3=I2R功率損失P損=P2-P3=

R=

R=I2ΔU=

教考銜接

典例2

(人教版選必二P67,T5改編)如圖甲所示,某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P=

100kW,發(fā)電機(jī)的電壓U1=250V,經(jīng)升壓變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電,輸電線(xiàn)總電阻R線(xiàn)=

8Ω,在用戶(hù)端用降壓變壓器把電壓降為U4=220V。已知輸電線(xiàn)上損失的功率P線(xiàn)=

5kW。假設(shè)兩個(gè)變壓器均是理想變壓器。

(1)(回歸教材)輸電線(xiàn)上的電流、降壓變壓器的匝數(shù)比與用戶(hù)端得到的電流分別是多少？(2)(情境變式)某節(jié)能儲(chǔ)能輸電網(wǎng)絡(luò)如圖乙所示,發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1=250V,輸出功率

為500kW。降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4=50∶1,輸電線(xiàn)總電阻R=62.5Ω,其余線(xiàn)路電阻

不計(jì),用戶(hù)端電壓U4=220V、功率P'=88kW,所有變壓器均為理想變壓器。求:

①輸電線(xiàn)上損失的功率;②輸送給儲(chǔ)能站的功率;③升壓變壓器的匝數(shù)比。(3)(鏈接高考)(2024湖南,6,4分)根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì),截止到2023年9月,我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)4

億千瓦,連續(xù)13年居世界第一位,湖南在國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位。某實(shí)驗(yàn)

小組模擬風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)輸電網(wǎng)絡(luò)供電的裝置如圖所示。已知發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以角速度ω勻速

轉(zhuǎn)動(dòng),升、降壓變壓器均為理想變壓器,輸電線(xiàn)路上的總電阻可簡(jiǎn)化為一個(gè)定值電阻R0。當(dāng)用戶(hù)端接一個(gè)定值電阻R時(shí),R0上消耗的功率為P。不計(jì)其余電阻,下列說(shuō)法正確的

是

(

)

A.風(fēng)速增加,若轉(zhuǎn)子角速度增加一倍,則R0上消耗的功率為4PB.輸電線(xiàn)路距離增加,若R0阻值增加一倍,則R0上消耗的功率為4PC.若升壓變壓器的副線(xiàn)圈匝數(shù)增加一倍,則R0上消耗的功率為8PD.若在用戶(hù)端再并聯(lián)一個(gè)完全相同的電阻R,則R0上消耗的功率為6P答案

(1)25A

A

(2)①4kW②408kW③

(3)A解析

(1)由P線(xiàn)=I線(xiàn)2R線(xiàn)可得I線(xiàn)=

=25A降壓變壓器原、副線(xiàn)圈的功率P4=P-P線(xiàn)=95kW用戶(hù)端得到的電流I4=

=

A降壓變壓器的匝數(shù)比

=

=

。(2)由

=

=

,P'=U4I4聯(lián)立解得I4=400A,I3=8A,U3=11000V①輸電線(xiàn)上損失的功率P損=

R=4kW。②U2=U3+I3R=11500V理想變壓器無(wú)功率損失,有P=U2I3+P儲(chǔ)代入數(shù)據(jù)解得P儲(chǔ)=408kW。③升壓變壓器匝數(shù)比

=

=

。(3)風(fēng)速增加,若轉(zhuǎn)子角速度增加一倍,根據(jù)U有效=

,可知輸電電壓變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,而整個(gè)電路的電阻不變,輸電電流變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,根據(jù)P=I2R0可知,R0上消耗的功率為4P,A

正確;若R0阻值增加一倍,則輸電電流減小,R0上消耗的功率小于2P,B錯(cuò)誤;若升壓變壓器

的副線(xiàn)圈匝數(shù)增加一倍,則輸電電壓變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,而整個(gè)電路的電阻不變,輸電電流

變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,R0上消耗的功率為4P,C錯(cuò)誤;若在用戶(hù)端再并聯(lián)一個(gè)完全相同的電阻R,等效電路如圖所示,k=

,PR01=

R0,PR02=

R0,

=

=

<4,即R0上消耗的功率小于4P,D錯(cuò)誤。

微專(zhuān)題30含變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析題型含變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析1.理想變壓器中各量的制約關(guān)系是怎樣的?制約關(guān)系電壓副線(xiàn)圈電壓U2由原線(xiàn)圈電壓U1和

匝數(shù)比決定

功率原線(xiàn)圈的輸入功率P入由副線(xiàn)圈的

輸出功率P出決定

電流原線(xiàn)圈電流I1由副線(xiàn)圈電流I2和

匝數(shù)比決定

2.理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題有幾種情況?如何具體分析每種情況?匝數(shù)比不變的情況負(fù)載電阻不變的情況

(1)U1不變,不論負(fù)載電阻R如何變化,U2不變(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí),I2變化,根據(jù)副線(xiàn)圈中電

流I2決定原線(xiàn)圈中電流I1,可以判斷I1的變化(3)I2變化引起P2變化,根據(jù)P1=P2,可以判斷P1的變化(1)U1不變,

發(fā)生變化,U2變化(2)R不變,U2變化,I2發(fā)生變化(3)根據(jù)P2=

和P1=P2,可以判斷P2變化時(shí),P1發(fā)生變化,U1不變時(shí),I1發(fā)生變化3.解決理想變壓器電路動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的一般思路是怎樣的?(1)分清不變量和變化量。(2)弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系。(3)利用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)進(jìn)行分析判定。典例

(2024全國(guó)甲,19,6分)(多選)如圖,理想變壓器的副線(xiàn)圈接入電路的匝數(shù)可通過(guò)滑

動(dòng)觸頭T調(diào)節(jié),副線(xiàn)圈回路接有滑動(dòng)變阻器R、定值電阻R0和R1、開(kāi)關(guān)S。S處于閉合狀

態(tài),在原線(xiàn)圈電壓U0不變的情況下,為提高R1的熱功率,可以

(

)

A.保持T不動(dòng),滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng)B.將T向b端移動(dòng),滑動(dòng)變阻器R的滑片位置不變C.將T向a端移動(dòng),滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng)D.將T向b端移動(dòng),滑動(dòng)變阻器R的滑片向e端滑動(dòng)AC解析當(dāng)滑動(dòng)觸頭T不動(dòng)時(shí),原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比不變,當(dāng)U0不變時(shí),輸出電壓U也不變,

如果滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng),R連入電路阻值減小,所以通過(guò)R1的電流變大,R1的

熱功率增大,A正確;當(dāng)滑動(dòng)觸頭T向b端移動(dòng)時(shí),原、副線(xiàn)圈匝數(shù)之比變大,根據(jù)

=

=k,可知變壓器輸出電壓U變小,滑動(dòng)變阻器R的滑片位置不變時(shí),R1支路電阻不變,電流

變小,所以不能提高R1的熱功率,B錯(cuò)誤;當(dāng)滑動(dòng)觸頭T向b端移動(dòng)時(shí),變壓器輸出電壓U變

小,如果滑動(dòng)變阻器滑片向e端滑動(dòng),則滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值增大,IR1=

變小,所以R1的熱功率P=

R1減小,D錯(cuò)誤;同理可得,T向a端移動(dòng),則輸出電壓U變大,滑動(dòng)變阻器R的滑片向f端滑動(dòng),則滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值減小,R1支路中的電流IR1=

變大,所以R1熱功率變大,C正確。高考變式

(原線(xiàn)圈無(wú)負(fù)載→含負(fù)載)(2022湖南,6,4分)如圖,理想變壓器原、副線(xiàn)圈總

匝數(shù)相同,滑動(dòng)觸頭P1初始位置在副線(xiàn)圈正中間,輸入端接入電壓有效值恒定的交變電

源。定值電阻R1的阻值為R,滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為9R,滑片P2初始位置在最右端。

理想電壓表

的示數(shù)為U,理想電流表

的示數(shù)為I。下列說(shuō)法正確的是

(

)

A.保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動(dòng)的過(guò)程中,I減小,U不變B.保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動(dòng)的過(guò)程中,R1消耗的功率增大C.保持P2位置不變,P1向下緩慢滑動(dòng)的過(guò)程中,I減小,U增大D.保持P2位置不變,P1向下緩慢滑動(dòng)的過(guò)程中,R1消耗的功率減小B解析

解法一常規(guī)解法保持P1位置不變,原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)比為2∶1,則副線(xiàn)圈的電流為2I,副線(xiàn)圈兩端電壓的

有效值U2=2IR1,則變壓器原線(xiàn)圈兩端電壓的有效值U1=2U2=4IR1,設(shè)輸入交流電的電壓

有效值為U0,有U0=4IR1+IR2,可得I=

,在P2向左緩慢滑動(dòng)的過(guò)程中,R2減小,則I變大,變壓器原線(xiàn)圈兩端電壓的有效值U1=4IR1變大,輸入電壓有效值U0不變,則R2兩端的電壓

不斷變小,電壓表示數(shù)U變小,原線(xiàn)圈兩端電壓、電流都變大,則變壓器的輸入功率變大,

根據(jù)原、副線(xiàn)圈的功率相等,可知R1消耗的功率增大,A錯(cuò)誤,B正確。設(shè)原、副線(xiàn)圈的匝數(shù)的比值為k,則U1=kU2=k2IR1,U0=k2IR1+IR2,整理可得I=

,保持P2位置不變,在P1向下緩慢滑動(dòng)的過(guò)程中,k變大,則I變小,由U=IR2可知U變小,R1消耗的功率P=IU1=

·

,整理可得P=

,當(dāng)k=3時(shí),R1消耗的功率有最大值,可知R1消耗的功率先增大后減小,C、D錯(cuò)誤。解法二等效電阻法如圖,將理想變壓器及R1等效為電阻R等,由R等=

,

=

,

=

,UR1=IR1·R1,得R等=

·R1(n1和n2分別為變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)),若保持P1位置不變,則R等=4R,P2向左緩慢滑動(dòng),R2接入電路的阻值減小,I=

,I增大,U=U總-IR等,U減小,A錯(cuò)誤;PR1=P等=I2·R等,PR1增大,B正確;若保持P2在最右端位置不變,R2=9R,P1向下緩慢滑動(dòng),n2減小,R等增大,I減小,U=UR2=

IR2,U減小,C錯(cuò)誤;將R2等效為電源內(nèi)阻R內(nèi),當(dāng)R等=R內(nèi)=9R時(shí),R1消耗的功率最大,P1向下緩

慢滑動(dòng),R等由4R逐漸增大,故R1消耗的功率先增大,后減小,D錯(cuò)誤。

提升關(guān)鍵·方法提升等效電阻法與等效電源法1.等效電阻法(1)等效電阻的建立

如圖甲所示,設(shè)理想變壓器原線(xiàn)圈兩端的電壓為U1、電流為I1,副線(xiàn)圈兩端的電壓為U2、

電流為I2,副線(xiàn)圈所接負(fù)載為R,變壓器原、副線(xiàn)圈匝數(shù)分別為n1、n2。由歐姆定律可知

=R,令

=k,則有

=

=k,

=

=k,聯(lián)立可得

=k2R,所以可將變壓器和副線(xiàn)圈所接負(fù)載整體看成阻值為k2R的等效電阻直接連在原線(xiàn)圈一側(cè),等效電路如圖乙所示。(2)拓展:含有兩個(gè)副線(xiàn)圈理想變壓器的等效電阻

變壓器含有多個(gè)副線(xiàn)圈時(shí),每個(gè)線(xiàn)圈等效的電阻應(yīng)為并聯(lián)關(guān)系,U2=

U1,

=

=

=

,U3=

U1,

=

=

=

,R2所在副線(xiàn)圈等效電阻的功率

'=

,R3所在副線(xiàn)圈等效電阻的功率

'=

,將變壓器等效成定值電阻,定值電阻的功率與變壓器的功率相同,即

=

',

=

',由此可得R2'=

R2,R3'=

R3。(3)推廣:兩個(gè)以上副線(xiàn)圈理想變壓器的等效電阻若理想變壓器滿(mǎn)足如圖甲所示情況,則可等效成如圖乙所示電路,且滿(mǎn)足Rk'=

Rk(k>2)。

2.等效電源法如圖甲所示,設(shè)理想變壓器原線(xiàn)圈兩端的電壓為U1、電流為I1,副線(xiàn)圈兩端的電壓為U

2、電流為I2,副線(xiàn)圈所接負(fù)載為R,與原線(xiàn)圈串聯(lián)的定值電阻為R0,變壓器原、副線(xiàn)圈匝

數(shù)分別為n1、n2。將變壓器、定值電阻R0與原交流電源看為一個(gè)整體,等效為一個(gè)新的

電源,令新電源的電動(dòng)勢(shì)為E',新電源的等效內(nèi)阻為r',作出等效后的電路圖如圖乙所

示。

對(duì)圖甲,由串聯(lián)電路的規(guī)律得U1=U-I1R0,令

=k,則

=k,

=k,聯(lián)立可得U2=

-I2

。對(duì)圖乙,由閉合電路歐姆定律得U2=E'-I2r'。兩式比較可得E'=

,r'=

。第3節(jié)電磁振蕩與電磁波傳感器考點(diǎn)1電磁振蕩與電磁波一、電磁振蕩1.電磁振蕩的基本規(guī)律(1)放電過(guò)程:電容器的電荷量、電場(chǎng)強(qiáng)度都減小,線(xiàn)圈中的電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度都增大,

電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能。(2)充電過(guò)程:電容器的電荷量、電場(chǎng)強(qiáng)度都增大,線(xiàn)圈中的電流、磁感應(yīng)強(qiáng)度都減小,

磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。2.電磁振蕩的周期和頻率:周期T=2π

,頻率f=

。3.振蕩電流、極板電荷量隨時(shí)間的變化圖像

3.振蕩電流、極板電荷量隨時(shí)間的變化圖像點(diǎn)撥提醒

U、E、E電規(guī)律與q-t圖像相對(duì)應(yīng);B、E磁規(guī)律與i-t圖像相對(duì)應(yīng)。二、電磁波1.麥克斯韋電磁場(chǎng)理論

2.電磁波(1)變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)地向周?chē)鷤鞑?形成電磁波。電磁波是橫波。(2)電磁波的傳播不需要介質(zhì),可在真空中傳播,在真空中不同頻率的電磁波傳播速度相

同(都等于光速)。(3)不同頻率的電磁波,在同一介質(zhì)中傳播,其速度是不同的,頻率越高,波速越小。(4)v=λf,f是電磁波的頻率。點(diǎn)撥提醒對(duì)電磁波的兩點(diǎn)提醒(1)不同電磁波的頻率或波長(zhǎng)不同,表現(xiàn)出不同的特性。波長(zhǎng)越長(zhǎng),越容易產(chǎn)生干涉、衍

射現(xiàn)象;波長(zhǎng)越短,穿透能力越強(qiáng)。(2)同頻率的電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度不同,不同頻率的電磁波在同一種介質(zhì)中傳

播時(shí),頻率越高,折射率越大,速度越小。典例

(2024屆吉林東北師大附中月考)電感為L(zhǎng)的線(xiàn)圈與電容為C的電容器組成一個(gè)

理想的振蕩電路,某時(shí)刻電路中電流的方向和電容器中電場(chǎng)強(qiáng)度的方向如圖甲所示,電

容器a極板所帶的電荷量隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示(Q0為電容器所帶最大電荷量的

絕對(duì)值)。下列說(shuō)法正確的是

(

)

A.圖甲所示的時(shí)刻可能為圖乙中從t=0時(shí)刻開(kāi)始的第4個(gè)四分之一周期的某個(gè)時(shí)刻B.圖甲所示的時(shí)刻線(xiàn)圈的自感電動(dòng)勢(shì)正在減小C.該振蕩電路從圖乙中t=0時(shí)刻開(kāi)始的