高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 1交变电流的产生及其描述课件.ppt

第十一章交变电流传感器 2 3 第1节交变电流的产生及其描述 5 基础夯实 自我诊断 一 交变电流1 定义大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交变电流 简称交流 2 图象如图所示 图甲 乙 丙 丁所示电流都属于交变电流 图戊所示电流属于恒定电流 6 基础夯实 自我诊断 二 正弦式交变电流的产生和变化规律1 产生如图所示 在匀强磁场里 线圈绕垂直磁场方向的轴匀速转动时 可产生正弦式交变电流 简称正弦式电流 7 基础夯实 自我诊断 2 中性面及其特点 1 定义 与磁场方向垂直的平面 2 特点 线圈位于中性面时 穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率为零 感应电动势为零 线圈转动一周 2次经过中性面 线圈每经过中性面一次 电流的方向就改变一次 8 基础夯实 自我诊断 3 图象用以描述交变电流随时间变化的规律 如果线圈从中性面位置开始计时 其图象为正弦曲线 如图所示 9 基础夯实 自我诊断 4 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 emsin t 2 电压u随时间变化的规律 u umsin t 3 电流i随时间变化的规律 i imsin t 其中 等于线圈转动的角速度 em nbl1l2 nbs 10 基础夯实 自我诊断 三 描述交变电流的物理量1 周期和频率 1 周期 t 交变电流完成一次周期性变化 即线圈转一周所需要的时间 单位是秒 s 公式t 2 频率 f 交变电流在单位时间内内完成周期性变化的次数 单位是赫兹 hz 2 交变电流的周期和频率的关系 11 基础夯实 自我诊断 3 交变电流的 四值 1 瞬时值 交变电流某一时刻的值 是时间的函数 2 峰值 交变电流 电流 电压或电动势 所能达到的最大的值 也叫最大值 3 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值 对正弦式交变电流 其有效值和峰值的关系为 12 基础夯实 自我诊断 如图为交流发电机线圈的平面图 设磁感应强度为b 线圈边长为l 匝数为n 以o1o2为起点 角速度 匀速转动 经过时间t转至实线位置 试推导此时线圈中感应电动势的表达式 13 基础夯实 自我诊断 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 导体制作的两个电刷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的瞬间 穿过线圈的磁通量最大b 当线圈平面转到中性面的瞬间 线圈中的感应电流最大c 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d 当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间 线圈中的感应电流最小 答案 14 基础夯实 自我诊断 2 家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现的 由截去部分的多少来调节电压 从而实现灯光的可调 比用变压器调压方便且体积较小 某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示 若用多用电表测灯泡两端的电压 多用电表示数为 答案 解析 15 基础夯实 自我诊断 3 在小型交流发电机中 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 电路中的其他电阻不计 下列说法正确的是 a 交变电流的周期为0 125sb 交变电流的频率为8hzc 交变电流的有效值为ad 交变电流的最大值为4a 答案 解析 16 基础夯实 自我诊断 4 多选 一个按正弦规律变化的交变电流的i t图象如图所示 根据图象可以判定 a 交变电流的频率f 0 02hzb 交变电流的有效值i 14 14ac 交变电流瞬时值表达式为i 20sin0 02tad 在t 时刻 电流的大小与其有效值相等 答案 解析 17 考点一 考点二 考点三 考点一交变电流的产生及变化规律 师生共研 1 正弦式交变电流的产生 1 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 线圈平面与中性面重合时 s b 最大 0 e 0 i 0 电流方向将发生改变 线圈平面与中性面垂直时 s b 0 最大 e最大 i最大 电流方向不改变 3 电流方向的改变 线圈通过中性面时 电流方向发生改变 一个周期内线圈两次通过中性面 因此电流的方向改变两次 4 交变电动势的最大值em nbs 与转轴位置无关 与线圈形状无关 18 考点一 考点二 考点三 2 正弦式交变电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 19 考点一 考点二 考点三 20 考点一 考点二 考点三 例1如图甲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 图乙是线圈的主视图 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 21 考点一 考点二 考点三 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 如图丙所示 试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式 答案 解析 22 考点一 考点二 考点三 例2 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 产生的交流电动势图象如图乙中曲线a b所示 则 a 两次t 0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2 3c 曲线a表示的交流电动势频率为25hzd 曲线b表示的交流电动势有效值为10v 答案 解析 23 考点一 考点二 考点三 规律总结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函数形式 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 24 考点一 考点二 考点三 突破训练1 2016 江苏连云港摸底 如图甲为一台小型发电机的示意图 单匝线圈逆时针转动 若从中性面开始计时 产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示 已知发电机线圈内阻为1 0 外接灯泡的电阻为9 0 求 1 写出流经灯泡的瞬时电流的表达式 2 转动过程中穿过线圈的最大磁通量 3 线圈匀速转动一周的过程中 外力所做的功 答案 解析 25 考点一 考点二 考点三 考点二有效值的理解与计算 师生共研 1 公式法 2 利用有效值的定义计算 非正弦式电流 计算时 相同时间 取一个周期或周期的整数倍 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 26 考点一 考点二 考点三 例3通过一阻值r 100 的电阻的交变电流如图所示 其周期为1s 则电阻两端电压的有效值为 答案 解析 27 考点一 考点二 考点三 例4电压u随时间t的变化情况如图所示 求电压的有效值 答案 解析 28 考点一 考点二 考点三 方法归纳计算交变电流有效值的方法 1 计算有效值时要根据电流的热效应 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 分段计算电热 求和得出一个周期内产生的总热量 29 考点一 考点二 考点三 突破训练2 2016 四川泸州模拟 如图所示 图甲和图乙分别表示一种正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系 若这两种电流分别通过两个完全相同的电阻 则经过1min的时间 两电阻消耗的电功之比w甲 w乙为 甲乙a 1 b 1 2c 1 3d 1 6 答案 解析 30 考点一 考点二 考点三 考点三交变电流 四值 的比较 师生共研 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 31 考点一 考点二 考点三 32 考点一 考点二 考点三 33 考点一 考点二 考点三 例5如图所示 线圈abcd的面积是0 05m2 共100匝 线圈电阻为1 外接电阻r 9 匀强磁场的磁感应强度b t 当线圈以300r min的转速匀速旋转时 问 1 若从线圈处于中性面开始计时 写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式 2 线圈转过s时电动势的瞬时值多大 3 电路中 电压表和电流表的示数各是多少 4 从中性面开始计时 经s通过电阻r的电荷量是多少 34 考点一 考点二 考点三 解析 1 由于 10 rad s em nbs 50v 所以正弦式交流电动势可写成e emsin t 即e 50sin10 tv 35 考点一 考点二 考点三 答案 1 e 50sin10 tv 2 43 3v 3 31 86v3 54a 4 c 36 考点一 考点二 考点三 特别提醒交变电流 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