高考物理一轮 专题29 交变电流的产生和描述学案 新课标.doc

2013届高三新课标物理一轮原创精品学案 专题29 交变电流的产生和描述课时安排：2课时教学目标：1知道交变电流产生的原理，正弦式电流的图象和三角函数表达2理解最大值与有效值，周期与频率3知道电阻、电感和电容对交变电流的作用，感抗和容抗本讲重点：交变电流的描述、有效值本讲难点：交流电路的分析与计算考点点拨：1交变电流的瞬时值2交变电流的最大值3交变电流的平均值4交变电流的有效值第一课时2表征交变电流的物理量（1）交变电流的最大值（也叫峰值），em= 。（2）交变电流的有效值是根据电流的 规定的，使交变电流和直流电通过同一电阻，若在相等时间内产生的热量相等，我们就把这一直流电的数值叫做这一交变电流的有效值。交流用电设备上所标的额定电压和额定电流指的就是有效值，交流电压表和交流电流表的示数是有效值，在无特别说明时，交流电的数值都是指有效值。（3）交变电流的有效值i、u、e与最大值im、um、em之间的关系为 。（4）周期：交变电流完成一次 ，叫周期。表示符号是 ，单位是 。（5）频率： ，叫频率。表示符号是_，单位是_。周期与频率的关系式为_。（二）重难点阐释1正弦交流电的产生当闭合矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，闭合线圈中就有交流电产生如图所示设矩形线圈abcd以角速度绕oo 轴、从线圈平面跟磁感线垂直的位置开始做逆时针方向转动此时，线圈都不切割磁感线，线圈中感应电动势等于零经过时间t线圈转过t角，这时ab边的线速度v方向跟磁感线方向夹角等于t ，设ab边的长度为l，bd边的长度为l，线圈中感应电动势为当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时，线圈转过时间，t=，ab边和cd边都垂直切割磁感线，sint=1，线圈中感应电动势最大，用em来表示，em=bs则e=emsint。根据闭合电路欧姆定律：，令，则i=imsint路端电压u=ir=imrsint，令um=imr，则u=umsint 如果线圈从如图所示位置开始转动，电路中感应电动势、感应电流和路端电压将按余弦规律变化e=emcost ，i=imcost ，u=umcost 3正弦交流电的图象 当线圈从中性面开始转动，在一个周期中：在t=0t/4内，线圈中感应电动势从0达到最大值em在t =t/4t/2内，线圈中感应电动势从最大值em减小到0在t =t/23t/4内，线圈中感应电动势从0增加到负的最大值-em在t =3t/4t内，线圈中感应电动势的值从负的最大值-em减小到0电路中的感应电流、路端电压与感应电动势的变化规律相同，如图所示二、高考要点精析（一）交变电流的瞬时值考点点拨它是反映不同时刻交流电的大小和方向，正弦交流电瞬时值表达式为：，。注意必须从中性面开始计时。生活中用的市电电压为220v，其最大值为220v=311v（有时写为310v），频率为50hz，所以其电压瞬时值的表达式为u=311sin314tv。【例1】有一正弦交流电源，电压有效值u=120v，频率为f=50hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为u0=60v，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？（二）交变电流的最大值考点点拨也叫峰值，它是瞬时值的最大者，它反映的是交流电大小的变化范围，当线圈平面跟磁感线平行时，交流电动势最大，（转轴垂直于磁感线）。电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值。【例2】把一电容器c接在220v的交流电路中，为了保证电容不被击穿，电容器c的耐压值是多少？解析：不低于200v，不少学生往把电容器与灯泡类比，额定电压220 v的灯泡接在220 v的交流电源上正常发光.从而错误的认为电容器的耐压值也只要不低于220v即可，事实上，电容器接在交流电路中一直不断地进行充、放电过程.电容器两极间电压最大可达200v，故电容器c的耐压值应不低于200v.第二课时（三）交变电流的平均值考点点拨交变电流的平均值是指交流电图象中图线与横轴所围成的面积值跟时间的比值。其量值可用法拉第电磁感应定律来求，特殊地，当线圈从中性面转过90度的过程中，有.计算平均值切忌用算术平均法即求解。平均值不等于有效值。对于非正弦电流的有效值以上关系不成立，应根据定义来求。通常所说交流电压、电流是用电压表、电流表测得的，都是指有效值。用电器上所标电压、电流值也是指有效值.在计算交流电通过导体产生热量、热功以及确定保险丝的熔断电流时，只能用有效值。求电热应该用有效值，先求总电热q，再按照内外电阻之比求r上产生的电热qr。，。这里的电流必须要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬时值。根据能量守恒，外力做功的过程是机械能向电能转化的过程，电流通过电阻，又将电能转化为内能，即放出电热。因此w=q 。一定要学会用能量转化和守恒定律来分析功和能。此题中，求电阻产生的焦耳热应该用电流的有效值计算，由于无法求，因此只能通过能量关系求得.考点精炼参考答案（2）把线框拉过磁场区域时，因为有效切割长度是按正弦规律变化的，所以，线框中的电流也是按正弦规律变化的（有一段时间线框中没有电流）。电动势的有效值是：v 通电时间为：s 拉力做功：j 三、考点落实训练1一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生交变电动势的瞬时表达式为e = 10sin4tv ，则（ ）a该交变电动势的频率为2hz b零时刻线圈平面与磁场垂直ct=0.25s时，e达到最大值 d在1s时间内，线圈中电流方向改变100次2下列关于交变电流的说法正确的是（ ）a交变电流的大小和方向都一定随时间变化b交变电流的有效值就是平均值c线圈平面跟磁场垂直时，穿过线圈的磁通量最大，而感应电动势为零d线圈平面跟磁场平行时，穿过线圈的磁通量为零，而感应电动势为零3一个矩形线圈的匝数为n匝，线圈面积为s ，在磁感强度为b的匀强磁场中以的角速度绕垂直磁感线的轴匀速转动，开始时，线圈平面与磁场平行。对于它产生的交变电动势，下列判断正确的是（ ）a瞬时表达式为e = nbssint b有效值为nbsc平均值为nbs d频率为26如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕oo轴匀速旋转，产生感应电动势最小的位置是（ ）. a.线圈平面与磁力线平行 b.线圈平面与磁力线成45角 c.线圈平面与磁力线成60角 d.线圈平面与磁力线垂直 7一个电热器接在10v的直流电源上，具有一定的热功率.把它改接在交流电源上要使其热功率为原来的一半，则交流电源电压的最大值应为（ ）. a.7.07v b.6v c.14v d.10v 8处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直。在t=0时刻，线圈平面与纸面重合（如图），线圈的cd边离开纸面向外运动。若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是（ ）9正弦交流电源与电阻r、交流电压按照甲图所示的方式连接，r=10，交流电压表的示数是10v，乙图是交变电源输出电压u随时间变化的图象，则：甲图a通过r 的电流i随时间t变化的规律是icos100t（a）b通过r 的电流i随时间t变化的规律是i=cos50t（a）cr两端的电压ur随时间t的变化规律是ur=5cos100t（v）dr两端的电压ur随时间t的变化规律是ur=5cos50t（v）10将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它的磁感应强度为b、方向如图所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为p的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为：11一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动，形成如图所