高考物理一轮总复习第十一章第1讲交变电流的产生和描述讲义含解析新人教版.docx

交变电流的产生和描述全国卷3年考情分析考点内容考纲要求三年考题201620172018交变电流、交变电流的图象卷T16，理想变压器(原线圈中串有电阻)卷T19，理想变压器(原线圈中串有灯泡)卷T21，交变电流的产生卷T23，传感器的使用卷T16，有效值的计算卷T23，热敏电阻的特性正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值理想变压器远距离输电实验：传感器的简单使用第1讲交变电流的产生和描述基础知识填一填知识点1正弦式交变电流1产生：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(1)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.(2)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：一个周期内线圈中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5交变电动势随时间的变化规律：enBSsin_t.判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化()(2)大小变化而方向不变的电流也叫交变电流()(3)线圈经过中性面时产生的感应电动势最大()知识点2描述交变电流的物理量1周期和频率(1)周期T：交变电流完成1次周期性变化所需要的时间，单位是秒(s)表达式为T(n为转速)(2)频率f：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz).(3)周期和频率的关系：T或f.2交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数(2)最大值：交变电流或电压所能达到的最大的值(3)有效值：让恒定电流和交变电流分别通过阻值相等的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，就可以把恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值(4)正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系I，U，E.(5)交变电流的平均值：n，.判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)最大值和有效值之间的 倍关系只适用于正弦交流电()(2)交流电压表及交流电流表的读数均为峰值()(3)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值()教材挖掘做一做1(人教版选修32 P35思考与讨论改编)通过一阻值R100 的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s电阻两端电压的有效值为()A12 VB4 VC15 V D8 V解析：B根据图象，一个周期T1 s，设该交变电流的有效值为U,00.4 s的时间间隔为t10.4 s,0.40.5 s的时间间隔t20.1 s，根据电流的热效应，由2(IRt1IRt2)T，解得U4 V，B正确2(人教版选修32 P36第2题改编)某电容器两端所允许加的最大直流电压是250 V它在正弦交流电路中使用时，交流电压可以是()A250 V B220 VC352 V D177 V解析：D电容器的耐压值是指最大值，根据正弦交流电的有效值公式得：U V177 V3(人教版选修32 P34第5题改编)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1 ，线圈绕OO轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图所示，匀强磁场的磁感应强度为0.5 T，问：(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)线圈从中性面位置开始转过30时，感应电动势的瞬时值是多大？解析：(1)交变电流电动势的峰值为EmnBS100.50.2210 V6.28 V电流的峰值为Im6.28 A.(2)从中性面位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为eEmsin t6.28sin 10t V.(3)线圈从中性面位置开始转过30，感应电动势的瞬时值eEmsin 303.14 V.答案：(1)6.28 V6.28 A(2)e6.28sin 10t V(3)3.14 V考点一正弦交变电流的产生及变化规律考点解读1正弦式交变电流的图象(线圈在中性面位置开始计时)函数表达式图象磁通量mcos tBScos t电动势eEmsin tnBSsin t电流iImsin tsin t电压uUmsin tsin t2.交变电流图象的“五个”确定(1)确定交变电流的最大值(峰值)(2)确定不同时刻交变电流的瞬时值(3)确定周期T.(4)确定中性面对应的时刻(5)确定交变电流方向改变时对应的时刻典例赏析典例1(多选)如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则()A两次t0时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为23C曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10 V解析AC线圈位于中性面时，磁通量最大，电动势为零，结合et图象知，A正确；转速之比等于周期的反比，故该比值为32，B错；频率为周期的倒数，a的周期为0.04 s，频率为25 Hz，C对；正弦交变电动势的有效值为E，已知Ea V，且ba，故可知Eb V V5 V，D错交变电流瞬时值表达式的书写1确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式EmnBS求出相应峰值2明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式如：(1)线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为iImsin t.(2)线圈从垂直于中性面的位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为iImcos t.题组巩固1(多选)如图所示为交流发电机示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接关于其工作原理，下列分析正确的是()A当线圈平面转到中性面时，穿过线圈的磁通量最大B当线圈平面转到中性面时，线圈中的感应电流最大C当线圈平面转到跟中性面垂直时，穿过线圈的磁通量最小D当线圈平面转到跟中性面垂直时，线圈中的感应电流最小解析：AC当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，线圈中的感应电流为零，故选项A正确，B错误；当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，选项C正确，D错误2如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其单匝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R10 的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象，则( )A电阻R上的电功率为20 WBt0.02 s时，R两端的电压瞬时值为零CR两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100t VD通过R的电流i随时间t变化的规律是i14.1cos 50t A解析：C电阻R上的电功率为P10 W，选项A错误；由题图乙知t0.02 s时磁通量变化率最大，R两端的电压瞬时值最大，选项B错误；R两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100t V，选项C正确；通过R的电流i随时间t变化的规律是i1.41cos 100t A，选项D错误考点二有效值的理解与计算考点解读1交变电流有效值的几种计算方法(1)公式法利用E、U、I计算，只适用于正(余)弦式交变电流(2)利用有效值的定义计算(非正弦式电流)计算时“相同时间”至少取一个周期或为周期的整数倍(3)利用能量关系当有电能和其他形式的能转化时，可利用能的转化和守恒定律来求有效值2几种典型交变电流的有效值电流名称电流图象有效值正弦式交变电流I正弦半波电流I矩形脉动电流I Im非对称性交变电流I 典例赏析典例2(多选)如图所示，甲、乙为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压波形是正弦函数图象的一部分下列说法正确的是( )A图甲、图乙均表示交变电流B图甲所示电压的瞬时值表达式为u20sin 100t(V)C图乙所示电压的有效值为20 VD图乙所示电压的有效值为10 V解析ABD根据交变电流的定义，题图甲、题图乙均表示交变电流，选项A正确；题图甲中电压的最大值为Um20 V，周期为0.02 s，则电压的瞬时值表达式为uUmsin t20sin 100t(V)，选项B正确；根据有效值的定义有T，解得题图乙中电压的有效值为U10 V，选项C错误，D正确有效值求解的三点注意1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“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解2利用两类公式QI2Rt和Qt可分别求得电流有效值和电压有效值3若图象部分是正弦(或余弦)交流电，其中的从零(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求解题组巩固1如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为( )AUm B. C. D.解析：D从ut图象上看，每个周期正弦波形的有效值U1，根据有效值的定义：T20，解得：U，D正确2一个匝数为100匝，电阻为0.5 的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按图所示规律变化则线圈中产生交变电流的有效值为( )A5 A B2 AC6 A D5 A解析：B01 s内线圈中产生的感应电动势E1n1000.01 V1 V,11.2 s内线圈中产生的感应电动势E2n100 V5 V，在一个周期内产生的热量QQ1Q2t1t212 J，根据交变电流有效值的定义QI2Rt12 J得I2 A，故选项B正确，A、C、D错误考点三交变电流“四值”的理解和应用考点解读物理量表达式适用情况及说明瞬时值eEmsin uUmsin t iImsin t t计算线圈某时刻的受力情况最大值(峰值)EmnBSIm讨论电容器的击穿电压有效值对正(余)弦交流电有：E ，U，I(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”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)电表的读数为有效值平均值BLn，计算通过电路截面的电荷量典例赏析典例3如图所示，N50匝的矩形线圈abcd，ab边长l120 cm，ad边长l225 cm，放在磁感应强度B0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴以n3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r1 ，外电路电阻R9 ，t0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里求：(3.14)(1)t0时感应电流的方向；(2)感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做的功；(4)从图示位置转过90的过程中流过电阻R的电荷量解析(1)根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba.(2)线圈的角速度2n100 rad/s题图位置的感应电动势最大，其大小为EmNBl1l2代入数据得Em314 V感应电动势的瞬时值表达式为eEmcos t314cos (100t) V.(3)电动势的有效值E线圈匀速转动的周期T0.02 s线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即WI2(Rr)TT代入数据得W98.6 J.(4)从t0时起线圈转过90的过程中，t内流过电阻R的电荷量qt代入数据得q0.1 C.答案(1)感应电流方向沿adcba(2)e314cos (100t) V(3)98.6 J(4)0.1 C交变电流“四值”应用的几点提醒1在解答有关交变电流的问题时，要注意电路结构2注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值，最大值是瞬时值中的最大值，有效值是以电流的热效应来等效定义的3与电磁感应问题一样，求解与电能、电热相关的问题时，一定要用有效值；而求解通过导体某横截面的电荷量时，一定要用平均值题组巩固1如图甲所示，标有“220 V40 W”的灯泡和标有“20 F300 V”的电容器并联到交流电源上，为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关下列判断正确的是( )At时刻，的示数为零B灯泡恰好正常发光C电容器不可能被击穿D.的示数保持110 V不变解析：B的示数应是电压的有效值220 V，故A、D错误；电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压，灯泡正常发光，B正确；电压的峰值Um220 V311 V，大于电容器的额定电压，故有可能被击穿，C错误2(多选)如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应