沪科版高考物理一轮复习：选修3-2第10章第1节《交变电流、传感器》ppt精编课件.ppt

第10章交变电流传感器 第10章交变电流传感器 第1节交变电流的产生和描述 一 交变电流的产生和变化规律1 交变电流 和方向都随时间做 变化的电流 2 正弦式交变电流 1 定义 按 变化的交变电流 大小 周期性 正弦规律 2 产生 如图10 1 1所示 将闭合线圈置于 磁场中 并绕 方向的轴做匀速转动 匀强 垂直于磁感线 图10 1 1 3 变化规律 线圈在中性面位置开始计时 1 电动势e随时间变化的规律 e 2 电压u随时间变化的规律 u Emsin t Umsin t 3 电流i随时间变化的规律 i 其中 等于线圈转动的 设线圈长为l1宽为l2 则Em 4 正弦交变电流的图像 如图10 1 2所示 Imsin t 角速度 nBl1l2 nBl1l2 图10 1 2 思考感悟1 由正弦交变电流的图像可得到哪些信息 提示 从图中我们可以找出正弦交变电流的最大值Im 周期T 也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零 感应电流i为零 线圈中的磁通量最大的特点找出线圈旋转到中性面的时刻 二 表征交变电流的物理量1 瞬时值 交变电流某一时刻的值 2 最大值 Em 出现在线圈平面和磁感线平行时 瞬时值和最大值关系 Em e t Em 3 有效值 它是根据电流的热效应来规定的 即让交变电流和直流电通过相同的电阻 nBS 如果在相同时间内产生的 相等 就把这一直流的数值叫做该交变电流的有效值 正弦交变电流的有效值和最大值的关系为 E U I 热量 通常所说的交变电流 电压的数值 各种交变电流设备所标的额定电压和额定电流的数值 一般交变电流表测量的数值 都是指有效值 除非有特殊说明 4 交变电流的周期和频率 1 周期T 交变电流完成一次周期性变化 线圈转一周 所需的时间 2 频率f 交变电流在 s内完成周期性变化的次数 1 思考感悟2 交变电流在一个周期内 电流方向改变几次 在哪个位置发生改变 提示 2次中性面 一 交变电流产生与描述的两个要点1 交变电流的产生与描述 2 书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 1 确定正弦交变电流的峰值 根据已知图像读出或由公式Em nBS 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 线圈从中性面位置开始转动 则i t图像为正弦函数图像 函数式为i Imsin t 线圈从垂直中性面的位置开始转动 则i t图像为余弦函数图像 函数式为i Imcos t 即时应用某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动 产生交变电流的图像如图10 1 3所示 由图中信息可以判断 图10 1 3 解析 选CD 根据图像 首先判断出感应电流的数学表达式为i Imsin t 其中Im是感应电流的最大值 是线圈旋转的角速度 而且线圈是从中性面开始旋转 由O到D完成一次周期性变化 相应线圈旋转一周 线圈每旋转一周有两次经过中性面 经过中性面的位置时电流改变方向 如果从O到D时刻历时0 02s 恰好为一个周期 所以1s内线圈运动50个周期 100次经过中性面 交变电流的方向改变100次 二 交变电流四值的理解1 交变电流的 四值 的比较 2 对交变电流的有效值的理解 1 交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的 所以进行有效值计算时 要紧扣电流通过电阻产生的热量进行计算 注意 三同 相同电阻 上 相同时间 内 产生 相同热量 计算时 相同时间 一般取一个周期的时间 2 在交流电路中 电压表 电流表 功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值 在没有具体说明的情况下 所给出的交变电流的电压 电流及电功率指的都是有效值 即时应用2 2018 广东高三六校联考 矩形金属线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动 产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系 如图10 1 4所示 此线圈与一个R 10 的电阻构成闭合电路 不计电路的其他电阻 下列说法正确的是 图10 1 4 一交变电流随时间的变化图线如图10 1 5所示 其中正方向的部分为正弦曲线的一部分 则此交变电流的有效值为多少 思路点拨 解此题的关键是思考以下三点 1 每周期的前半周为正弦 应如何求出有效值 图10 1 5 2 每周期的后半周为直流电 则有效值为多少 3 整体一个周期内的有效值根据电流的热效应如何求解 答案 5 0A 变式训练如图10 1 6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 图10 1 6 电阻R1 R2和交流电源按照图10 1 7甲所示方式连接 R1 10 R2 20 合上开关S后 通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图10 1 7乙所示 则 A 通过R1的电流的有效值是1 2AB R1两端的电压有效值是6V 图10 1 7 答案 B 方法引导 根据图像可以确定的量 1 电流最大值 2 周期T和频率f 3 不同时刻交流电的瞬时值 4 线圈处于中性面和电流最大值对应的时刻 5 任意时刻线圈的位置和磁场的夹角 互动探究根据上例i t图像写出电流随时间的瞬时关系 满分样板16分 一个电阻为r 边长为L的正方形线圈abcd共N匝 线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO 以如图10 1 8所示的角速度 匀速转动 外电路电阻为R 图10 1 8 1 在图中标出此刻线圈感应电流的方向 2 线圈转动过程中感应电动势的最大值为多大 3 线圈平面与磁感线夹角为60 时的感应电动势为多大 4 设发电机由柴油机带动 其他能量损失不计 线圈转一周 柴油机做多少功 5 从图示位置开始 线圈转过60 的过程中通过R的电量是多少 6 图中电流表和电压表的示数各是多少 思路点拨 解此题关键有两点 1 根据磁场分布和转动初始位置确定瞬时值表达式 2 各仪表的示数为有效值 电功 电热的计算用有效值 电量的计算用平均值 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 1 由右手定则可判定电流的方向沿dcba 2分 2 Em NBS NB L2 2分 3 线圈平面与B成60 角时的瞬时感应电动势 名师归纳 在解答有关交变电流问题时 除要注意电路结构外 还要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量值 有效