高考物理大一轮总复习（主干回顾固基础+典例突破知规律+特色培优增素养）101 交变电流的产生和描述课件.ppt

01主干回顾固基础 知识点1交变电流 交变电流的图象 一 交变电流1 定义 大小和方向都随时间做的电流叫做交变电流 2 图象 图 a b c d 所示电流都属于交变电流 其中 如图 a 所示 周期性变化 按正弦规律变化的交变电流叫正弦交变电流 二 正弦交变电流的产生和变化规律1 产生 在匀强磁场中 线圈绕垂直于磁场方向的轴 产生的电流是正弦交变电流 2 中性面 1 中性面 称为中性面 2 中性面的特点以及与峰值面 中性面的垂面 的比较 匀速转动 线圈平面与磁感线垂直的位置 3 正弦交流电的图象 用以描述交变电流随时间变化的规律 如果从线圈位于中性面位置时开始计时 其图象为正弦曲线 如图甲 乙所示 知识点2正弦交变电流的函数表达式正弦交变电流的函数表达式 线圈在中性面位置时开始计时 1 电动势e随时间变化的规律 其中 表示线圈转动的角速度 em nbs 2 负载两端的电压u随时间变化的规律 3 电流i随时间变化的规律 e emsin t u umsin t i imsin t 知识点3描述交变电流的物理量1 周期和频率 2 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值 1 瞬时值 交变电流某一的值 是时间的函数 2 峰值 交变电流的电流或电压所能达到的 3 有效值 定义 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相等 就把这一直流的数值叫做这一交流的 最大值 时刻 热量 有效值 4 平均值 交变电流图象中波形与横轴 跟时间的比值 所围面积 一 基础知识题组1 交变电流的产生和变化规律 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流 下列说法中正确的是 a 线圈平面每经过中性面一次 感应电流的方向就改变一次 感应电动势的方向不变b 线圈每转动一周 感应电流的方向改变一次 c 线圈平面每经过中性面一次 感应电动势和感应电流的方向都改变一次d 线圈每转动一周 感应电动势和感应电流的方向都改变一次 解析 依据交流电的变化规律可知 如果从中性面开始计时 有e emsin t和i imsin t 如果从垂直于中性面的位置开始计时 有e emcos t和i imcos t 不难看出 线圈平面每经过中性面一次 感应电流的方向就改变一次 感应电动势的方向也改变一次 线圈每转动一周 感应电流的方向和感应电动势的方向都改变两次 故正确答案为c 答案 c 答案 c 3 描述交变电流的物理量 小型交流发电机中 矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动 产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系 如图所示 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 答案 c 4 有效值的计算 如图所示表示交变电流随时间变化的图象 则交变电流有效值为 答案 b 二 规律方法题组5 交变电流的产生和变化规律 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示 则下列说法正确的是 a t 0时刻 线圈平面与中性面垂直b t 0 01s时刻 的变化率最大c t 0 02s时刻 交流电动势达到最大d 该线圈产生的交流电动势的图象如图乙所示 答案 b 6 瞬时值表达式的书写 多选 如图所示 图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象 当调整线圈转速后 所产生正弦交流电的图象如图线b所示 以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是 a 在图中t 0时刻穿过线圈的磁通量均为零b 线圈先后两次转速之比为3 2c 交流电a的瞬时值表达式为u 10sin5 t v d 交流电b的最大值为5v 答案 bc 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 根据已知图象读出或由公式em nbs 求出相应峰值 2 明确线圈初始位置 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i t图象为正弦函数图象 函数式为i imsin t 2 线圈从垂直中性面位置开始转动 则i t图象为余弦函数图象 函数式为i imcos t 02典例突破知规律 考点1正弦式电流的变化规律及应用考点解读 1 正弦式电流的变化规律 从线圈在中性面位置开始计时 1 磁通量 函数 m cos t bscos t 图象 2 电动势 函数 e em sin t nbs sin t 图象 典例透析 2012 安徽高考 图1是交流发电机模型示意图 在磁感应强度为b的匀强磁场中 有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴oo 转动 由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕oo 转动的金属圆环相连接 金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触 这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻r形成闭合电路 图2是线圈的主视图 导线ab和cd分别用它们的横截面来表示 已知ab长度为l1 bc长度为l2 线圈以恒定角速度 逆时针转动 只考虑单匝线圈 1 线圈平面处于中性面位置时开始计时 试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式 2 线圈平面处于与中性面成 0夹角位置时开始计时 如图3所示 试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式 3 若线圈电阻为r 求线圈每转动一周电阻r上产生的焦耳热 其他电阻均不计 解题探究 1 感应电动势的表达式是 提示 e blvsin 为b与v方向间的夹角 2 焦耳定律是 提示 q i2rt 尝试解答 1 e1 bl1l2 sin t 2 e2 bl1l2 sin t 0 在t时刻 导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为e1 bl1vy 由图可知vy vsin t 则整个线圈的感应电动势为e1 2e1 bl1l2 sin t 2 当线圈由图3位置开始运动时 在t时刻整个线圈的感应电动势为e2 bl1l2 sin t 0 3 由闭合电路欧姆定律可知 则线圈转动一周在r上产生的焦耳热为qr i2rt 解决交变电流图象问题的三点注意 1 只有当线圈从中性面位置开始计时 电流的瞬时值表达式才是正弦形式 其变化规律与线圈的形状及转动轴处于线圈平面内的位置无关 2 注意峰值公式em nbs 中的s为有效面积 3 在解决有关交变电流的图象问题时 应先把交变电流的图象与线圈的转动位置对应起来 再根据特殊位置求特征解 变式训练 1 如图 甲 所示 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中 并绕过ab cd中点的轴oo 以角速度 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场方向夹角 45 时为计时起点 如图 乙 所示 并规定当电流自a流向b时电流方向为正方向 则图 丙 所示的四幅图中正确的是 解析 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动时 由于t 0时 线圈的转动方向如题图 乙 由右手定则判断可得 此时ad中电流方向为由a到d 线圈中电流方向为a d c b a 与规定的电流正方向相反 电流为负值 答案 d 2 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1所示 产生的交变电动势的图象如图2所示 则 a t 0 005s时线框的磁通量变化率为零b t 0 01s时线框平面与中性面重合c 线框产生的交变电动势有效值为311vd 线框产生的交变电动势频率为100hz 答案 b 点拨 解答该类问题关键要明确三点 1 开始计时时线圈的位置 2 i u等正方向的规定 3 计时开始后较短时间内 i u等大小如何变化 考点2交变电流的 四值 的比较考点解读 1 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 2 对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应 电流通过电阻生热 进行定义的 所以进行有效值计算时 要紧扣电流通过电阻生热 或热功率 进行计算 注意 三同 即 相同电阻 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 典例透析如图所示 矩形线圈面积为s 匝数为n 线圈电阻为r 在磁感应强度为b的匀强磁场中绕oo 轴以角速度 匀速转动 外电路电阻为r 当线圈由图示位置转过60 的过程中 下列判断正确的是 解题探究 1 电压表的读数为什么值 提示 有效值 2 求电荷量用什么值 提示 平均值 3 求焦耳热用什么值 提示 有效值 4 求转过60 时的电流用什么值 提示 瞬时值 尝试解答 选b 解决这类问题的关键是 1 用法拉第电磁感应定律把电磁感应和交变电流的 四值 联系起来 2 用交变电流的有效值把用电器的参数 额定功率 额定电压等 联系起来 变式训练 2012 广东高考 多选 某小型发电机产生的交变电动势为e 50sin100 t v 对此电动势 下列表述正确的有 答案 cd 考点3交变电流有效值的计算考点解读 1 交变电流有效值的求解 2 几种典型的交变电流及其有效值 典例透析 解题探究 1 想求电压的最大值应先求哪个量 提示 先求电压的有效值 再求最大值 2 怎样求电压的有效值 尝试解答 选c 计算有效值时应注意的三个问题 2 利用有效值的定义计算 非正弦式交流电 在计算有效值时 相同时间 应取一个周期或周期的整数倍 3 利用能量关系求解 当有电能和其他形式的能转化时 可利用能量守恒定律来求有效值 变式训练 一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中 线框平面与磁场垂直 电阻为0 36 磁感应强度b随时间t的变化关系如图所示 则线框中感应电流的有效值为 于是可作出i随时间变化的图象如图所示由有效值的定义 q直 q交 答案 b 03特色培优增素养 建模提能 电动机 发电机模型 电动机 模型和 发电机 模型是高考题中时常出现的两种物理模型 凡在安培力作用下在磁场中运动的通电导体均可看做电动机模型 在外力作用下在磁场中做切割磁感线运动的导体均可看做发电机模型 此模型综合考查了磁场力的作用 电磁感应 恒定电流 交流电 能量转化与守恒等知识 典题例证 2013 山东高考 多选 图甲是小型交流发电机的示意图 两磁极n s间的磁场可视为水平方向的匀强磁场 为交流电流表 线圈绕垂直于磁场的水平轴oo 沿逆时针方向匀速转动 从图示位置开始计时 产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示 以下判断正确的是 a 电流表的示数为10ab 线圈转动的角速度为50 rad sc 0 01s时线圈平面与磁场方向平行d 0 02s时电阻r中电流的方向自右向左 名师指津 1 要抓住线圈转动产生交变电流的过程中 两个特殊位置与图象中某时刻的点相对应 2 在交变电流的产生过程中 要特别注意两个特殊位置的不同特点 3 线圈在辐射形磁场中切割磁感线产生的电动势等于每匝线圈产生电动势的和 4 线圈所受的安培力等于各匝线圈所受安培力的