高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 传感器 11.1 交变电流的产生和描述课件.ppt

第十一章交变电流传感器第1讲交变电流的产生和描述 知识导图 大小和方向 周期性变化 正弦式 锯齿形 正弦式交变电流 一次周期性变化 1s内 在某一时刻 最大值 在相同的时间内产生的热量相等 平均值 微点拨 1 求解交变电流瞬时值表达式的思路 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 im 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 线圈从中性面位置开始转动 函数式为i imsin t 线圈从垂直中性面位置开始转动 函数式为i imcos t 2 片段正弦式电流的有效值 若图象部分是正弦式 余弦式 交变电流 其中的周期 但必须是从0到最大值或从最大值到0 和周期部分的有效值和最大值之间的关系仍然为 慧眼纠错 1 大小变化而方向不变的电流也叫交变电流 纠错 2 矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时 一定会产生正弦式交变电流 纠错 方向不变的电流为直流电 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场方向的轴匀速 转动时 产生正弦式交变电流 3 线圈在磁场中每转动一周 感应电动势和感应电流的方向都改变一次 纠错 线圈经过中性面时方向改变一次 而一个周期内 线圈经过中性面两次 4 交变电流电压的有效值和峰值之间的关系是u um 纠错 只有正弦式交变电流的有效值和峰值之间才满足 u um的关系 考点1正弦式交变电流的产生及变化规律 典题探究 典例1 2018 资阳模拟 如图甲所示 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴oo 匀速转动 产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示 若外接电阻的阻值r 9 线圈的电阻r 1 则下列说法正确的是导学号04450235 a 线圈转速为100 rad sb 0 01s末穿过线圈的磁通量最大c 通过线圈的最大电流为10ad 电压表的示数为90v 解题探究 1 线圈在中性面和垂直中性面时在磁通量 磁通量变化率 感应电动势等方面有什么特点 提示 在中性面时磁通量最大 磁通量变化率 感应电动势为0 在垂直中性面时磁通量为0 磁通量变化率 感应电动势最大 2 电压表测量的是感应电动势还是路端电压 电压表的示数为哪个特征值 提示 路端电压 有效值 解析 选c 由乙图可知 线圈转动的周期t 0 04s 故线圈转速n数值上等于频率 而f 25hz 因此线圈转速为n 25r s 故a项错误 0 01s末 线圈产生的感应电动势最大 此时线圈处于与中性面垂直位置 穿过线圈的磁通量最小为零 故b项错误 根据闭合电路的欧姆定律可知im a 10a 故c项正确 电压表测量的是有效值 故u r 45v 故d项错误 通关秘籍 1 正弦式交变电流的产生 1 矩形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 3 电流方向的改变 线圈通过中性面时 电流方向发生改变 一个周期内线圈通过中性面两次 电流的方向改变两次 4 感应电动势的最大值em nbs 与转轴的位置无关 与线圈形状无关 2 正弦式交变电流的变化规律 从中性面开始计时 考点冲关 1 2018 芜湖模拟 交流发电机正常工作时 电动势的变化规律为e emsin t 如果把发电机转子的转速减小一半 并且把电枢线圈的匝数增加一倍 其他条件不变 则 a 电动势的最大值增加一倍b 电动势的最大值和周期都增加一倍c 电动势的最大值和周期都减小一半d 频率减小一半 周期增加一倍 解析 选d 交流发电机工作时的电动势最大值表达式为 em nbs 将发电机转子的转速减小一半 减小为原来的一半 同时将把电枢线圈的匝数n增加一倍 则由电动势最大值表达式em nbs 可知 电动势的最大值不变 设转速为n 周期为t 频率为f 则周期t f n 所以可知发电机转子的转速减小一半 频率减小一半 周期增加一倍 故d项正确 a b c项错误 2 2018 珠海模拟 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 如图甲所示 产生的感应电动势如图乙所示 则 a t 0 015s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 解析 选b t 0 015s时 感应电动势最大 由法拉第电磁感应定律e n可知 磁通量的变化率最大 不是零 故a项错误 由图乙可知t 0 01s时 e 0 说明此时线框正经过中性面 故b项正确 由图乙可知t 0 02s em 311v 根据正弦式交变电流有效值和峰值的关系可得 该交变电流的有效值为e v 220v 故c项 错误 据周期和频率的关系可得 该交变电流的频率为 f hz 50hz 故d项错误 加固训练 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表示的交变电动势频率为25hzd 曲线b表示的交变电动势有效值为10v 解析 选a c 线圈位于中性面时 磁通量最大 电动势为零 a项正确 转速之比等于周期的反比 故该比值为3 2 b项错误 频率为周期的倒数 a的周期为0 04s 频率为25hz c项正确 正弦交变电流的电动势的有效值为e 已知ea v 且 b a 故可知eb v v d项错误 考点2交变电流有效值的求解 典题探究 典例2 多选 2016 全国卷 如图 m为半圆形导线框 圆心为om n是圆心角为直角的扇形导线框 圆心为on 两导线框在同一竖直面 纸面 内 两圆弧半径相等 过直线omon的水平面上方有一匀强磁场 磁场方向 垂直于纸面 现使线框m n在t 0时从图示位置开始 分别绕垂直于纸面 且过om和on的轴 以相同的周期t逆时针匀速转动 则 导学号04450236 a 两导线框中均会产生正弦交流电b 两导线框中感应电流的周期都等于tc 在t 时 两导线框中产生的感应电动势相等d 两导线框的电阻相等时 两导线框中感应电流的有效值也相等 解析 选b c 两导线框在进磁场的过程中 只有一个半径切割磁感线 属于旋转切割 产生的感应电动势e br2 大小不变 不是正弦交流电 故a错误 它们以相同的周期t逆时针匀速转动 故线框中感应电流的周期相同 b正确 在t 时 它们都在进入磁场的过程中 故两导线框中产生的感应电动势相等 都等于e br2 c正确 m在整个周期中都产生感应电动势 而n只在进磁场和出磁场的时候即0 才产生感应电动势 故电动势的有效值不相等 电流的有效值也不相等 d错误 迁移训练 迁移1 正弦式交变电流的有效值 多选 2018 石家庄模拟 如图所示的正方形线框abcd边长为l 每边电阻均为r 在垂直于纸面向里 磁感应强度为b的匀强磁场中绕cd轴以角速度 匀速转动 c d两点与一阻值为r的电阻相连 各表均可视为理想表 导线电阻不计 则下列说法中正确的是 a 线框abcd产生的电流为交变电流b 当s断开时 电压表的示数为零c 当s断开时 电压表的示数为b l2d 当s闭合时 电流表的示数为 解析 选a c d 线框abcd绕着垂直于磁场的转轴匀速转动 故产生的电流为交变电流 故a项正确 产生的交流电的电动势最大值为em bl2 有效值为e 当s断开时 电压表测量的电压为cd间的电压 故u e bl2 故b项错误 c项正确 s闭合时 电路总电阻为3r ab中电流为i 电流表读数为b l2 故d项正确 迁移2 部分缺失的正弦式交变电流的有效值 2018 抚州模拟 现在的调光台灯 调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的 如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压 即在正弦式电流的每一个周期中 前面的被截去 从而改变了电灯上的电压 那么现在电灯上的电压为 解析 选c 设交流电的有效值为u 将交流电与直流电分别通过相同电阻r 分析一个周期内热量 交流电q1 直流电q2 t 由q1 q2得u 迁移3 方形波式交变电流的有效值 2018 合肥模拟 已知某交变电流在一个周期内的波形如图所示 则该电流通过一阻值为10 的电阻时的发热功率是 a 16wb 18wc 22 5wd 28w 解析 选d 由电流热效应可得 2 12r 0 2 22r 0 3 i2r 1 解得 i2 2 8a2 电阻的热功率为p i2r 28w 迁移4 上下波形不一致的交变电流的有效值 2018 玉溪模拟 如图所示的交变电流由正弦式电流的一半和反向脉冲电流组合而成 其有效值为 解析 选b 设交流电电流的有效值为i 周期为t 电阻为r 则根据有效值的定义可得 i2rt r t 22r t 解得 i a 通关秘籍 求解交变电流有效值的三种方法 1 公式法 利用计算 此方法只适用于正弦式交变电流 2 定义法 设阻值 定时间 设将交变电流加在阻值为r的电阻上 时间取t t 求热量 q q1 q2 分段法 求解有效值 根据q i2rt t代入求解有效值 3 比例法 由p i2r p 可知 r一定时 p i2 p u2 所以可根据功率的变化比例确定有效值的变化比例 此方法适合分析对两种状态进行对比的问题 加固训练 2018 临沂模拟 如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图 电热毯接在交流电源上 通过装置p使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示 此时 接在电热丝两端的交流电压表的读数为 a 110vb 311vc 220vd 156v 解析 选d 由图象可知该交变电流的周期t 2 10 2s 可分两段0 0 01s和0 01 0 02s 根据有效值的定义可得 解得u v 110v 156v 考点3交变电流 四值 的比较和应用 典题探究 典例3 2018 汕头模拟 交流发电机线圈电阻r 1 用电器电阻r 9 电压表示数为9v 如图所示 那么该交流发电机导学号04450237 a 电动势的峰值为10vb 电动势的有效值为9vc 交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10vd 交流发电机线圈自中性面转过90 的过程中的平均感应电动势为v 解析 选d 用电器电阻r 9 电压表示数为9v 则电路中的电流 i a 1a 所以 电路中的电动势 e i r r 1 1 9 v 10v 电压表的读数是交流电的有效值 所以10v是电路中电动势的有效值 其最大值 em e 10v 故a b项错误 由交流电的产生与变化的规律可知 当线圈处于中性面时 线圈中 的瞬时值电动势为零 故c项错误 线圈自中性面转过90 的过程中的平均感应电动势为 故d项正确 通关秘籍 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 考点冲关 1 2018 绵阳模拟 一只低压教学电源输出的交变电压为u 10sin314t v 以下说法正确的是 a 这只电源可以使 10v2w 的灯泡正常发光b 这只电源的交变电压的周期是314sc 这只电源在t 0 01s时电压达到最大值d 10v2 f 电容器可以接在这只电源上 解析 选a 交流电的峰值um 10v 则有效值u v 10v所以电源可以使 10v 2w 的灯泡正常发光 故a项正确 100 则t 0 02s 故b项错误 t 0 01s时 经过半个周期 电压为零 故c项错误 当电容器的耐压值小于峰值 电容器被击穿 10v小于10v 则 10v2 f 电容器不能接在这只电源上 故d项错误 2 2018 吴忠模拟 如图所示 单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为b的水平匀强磁场中 线框面积为s 电阻为r 线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度 从中性面开始匀速转动 下列说法正确的是导学号04450238 a 转过时 线框中的电流方向为abcdb 线框中感应电流的有效值为bs c 从中性面开始转过的过程中 通过导线横截面的电荷量为d 线框转一周的过程中 产生的热量为 解析 选c 转过的过程中 磁通量变小 产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同 根据右手定则可知 电流方向为adcb 故a项错误 线框中产生感应电动势最大值em bs 感应电动势有效值e bs 则电流的有效值为 i 故b项错误 由 i q it得到 电量q 故c项正确 线框转一周的过程中 产生的热量为 q i2rt 故d项错误 加固训练 小型手摇发电机线圈共n匝 每匝可简化为矩形线圈abcd 磁极间的磁场视为匀强磁场 方向垂直于线圈中心轴oo 线圈绕oo 匀速转动 如图所示 矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0