【三维设计】高三物理一轮 （14年预测+目标定位+规律总结） 10.1交变电流的产生及描述教学案 新人教版.doc

第十章 交变电流 传感器一、三年高考考点统计与分析考点试题题型分值交变电流的产生及描述2012年北京t152012年广东t192012年山东t182012年安徽t232011年天津t42010年广东t19选择选择选择计算选择选择6分6分5分16分6分6分变压器、电能的输送2012年全国新课标t172012年福建t142012年天津t42012年重庆t152012年江苏t72012年海南t42011年全国新课标t172011年山东t202011年广东t192011年福建t152011年海南t112011年江苏t132010年浙江t17选择选择选择选择选择选择选择选择选择选择填空计算选择6分6分6分6分4分3分6分4分6分6分4分15分6分实验：传感器的简单应用2011年江苏t6选择4分(1)从近三年高考试题考点分布可以看出，高考对本章内容的考查重点有变压器的原理及应用、交变电流的有效值、交变电流的平均值以及远距离输电等知识的理解和应用。其中针对变压器的原理及应用的题目出现的频率非常高，另外交流电的最大值、瞬时值、平均值、有效值的计算和应用也是考查频率较高的知识点。(2)高考对本章内容的考查主要以选择题的形式出现，多和电路相结合进行命题。试题难度一般在中等及中等偏下的层次。二、2014年高考考情预测预计在2014年高考中，对交流电的考查仍会集中在上述知识点上，仍将通过交变电流的图象考查交变电流的四值、变压器等问题，以分值不超过6分的选择题为主。备课札记 第十章交变电流传感器学习目标定位考 纲 下 载考 情 上 线1.交变电流、交变电流的图象()2正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值()3理想变压器()4远距离输电()实验十一：传感器的简单使用高考地位高考对本部分知识的考查主要以选择题的形式出现，但也出现过关于交变电流的计算题，试题的难度一般在中等偏下，分值在610分左右。考点点击1.交变电流的产生、图象和有效值问题。2变压器、电压、功率、电流关系及远距离输电。第1单元交变电流的产生及描述交变电流的产生及变化规律想一想线圈在匀强磁场中转动产生交变电流，线圈平面每转动一周，感应电流的方向改变几次？线圈在什么位置，电流方向会发生改变？提示线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次，线圈平面每转动一周，经过两次中性面，故感应电流的方向改变两次。记一记1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。(2)图象：如图1011(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流。其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图1011(a)所示。图10112正弦式电流的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置时开始计时，其图象为正弦曲线。如图1011(a)所示。3正弦式电流的函数表达式若n匝面积为s的线圈以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为enbssin_t，用emnbs表示电动势最大值，则有eemsin t。其电流大小为isin timsin t。试一试1一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1012甲所示，则下列说法正确的是()图1012at0时刻，线圈平面与中性面垂直bt0.01 s时刻，的变化率最大ct0.02 s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解析：选b由t图知，t0时，最大，即线圈处于中性面位置，此时e0，故a、d两项错误；由图知t0.04 s，在t0.01 s时，0，最大，e最大，则b项正确；在t0.02 s时，最大，0，e0，则c项错误。描述正弦式电流的物理量想一想有一个10匝的正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 ，线框绕oo轴以10 rad/s的角速度匀速转动，如图1013所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 t。则正弦式电流电动势和电流的峰值和有效值分别为多少？图1013提示电动势的峰值emnbs6.28 v。电动势的有效值e4.44 v。电流的峰值im a6.28 a。电流的有效值为i4.44 a。记一记1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，单位是秒(s)，公式t。(2)频率(f)：交变电流在1 s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(hz)。(3)周期和频率的关系：t 或f。2有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻，如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等，而这个恒定电流是i、电压是u，我们就把i、u叫做这个交流的有效值。正弦式电流的有效值跟最大值之间的关系是：e em、i im，u um。试一试2.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1014所示。此线圈与一个r10 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1014a交变电流的周期为0.125 sb交变电流的频率为8 hzc交变电流的有效值为 ad交变电流的最大值为4 a解析：选c由图象可知交变电流的周期t0.250 s，频率f4 hz，故选项a、b错误；交变电流的有效值ia a，故选项c正确；交变电流的最大值im a2 a，故选项d错误。正弦式交变电流的变化规律1.正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数图象磁通量mcos tbscos t电动势eemsin tnbssin t电压uumsin t sin t电流iimsin tsin t2两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，sb，最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变。(2)线圈平面与中性面垂直时，sb，0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。3书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式emnbs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。若线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为iimsin t。若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为iimcos t。例1(2012安徽高考)图1015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)图1015(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；(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)尝试解题(1)矩形线圈abcd在磁场中转动时，只有ab和cd切割磁感线，且转动的半径为r，设ab和cd的转动速度为v，则v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e1bl1v由图可知vvsin t则整个线圈的感应电动势为e12e1bl1l2sin t(2)当线圈由图丙位置开始运动时，在t时刻整个线圈的感应电动势为e2bl1l2sin(t0)(3)由闭合电路欧姆定律可知i这里e为线圈产生的电动势的有效值e则线圈转动一周在r上产生的焦耳热为qri2rt其中t于是qrr2答案(1)e1bl1l2sin t(2)e2bl1l2sin(t0)(3)r2交变电流瞬时值表达式求法：(1)先求电动势的最大值emnbs；(2)求出角速度，；(3)明确从哪一位置开始计时，从而确定是正弦函数还是余弦函数；(4)写出瞬时值的表达式。交流电“四值”的理解与应用交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值 eemsin t iimsin t计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值emnbsim讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值eem/ uum/ iim/(只适用于正弦式电流)(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等) (2)电气设备“铭牌”上所标的一般是指有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值bln计算通过电路截面的电荷量例2 (2012河北衡水调研)如图1016所示，在磁感应强度为b的匀强磁场中，有一矩形线圈，面积为s，匝数为n，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴oo以角速度匀速转动，从图示位置转90的过程中，下列说法正确的是()图1016a通过电阻r的电量qb通过电阻r的电量qc外力做功平均功率pd从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为enbssin t审题指导第一步：抓关键点关键点获取信息匀强磁场、转轴垂直于磁场、匀速转动线圈中产生交流电从图示位置开始计时产生余弦式交流电第二步：找突破口(1)要求产生电量应利用电流的平均值。(2)要求平均功率应利用电流的有效值。(3)要求瞬时值表达式eemcos t。尝试解题从图示位置转90的过程中，磁通量变化bs，通过电阻r的电量qittn，选项a错误，b正确；矩形线圈绕垂直磁感线的对称轴oo以角速度匀速转动，产生的感应电动势最大值emnbs，感应电流有效值为i，外力做功平均功率peii2(rr)，选项c正确；从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为enbssin(t/2)，选项d错误。答案bc模型概述“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。电动机发电机工作原理通电线圈在磁场中受到安培力而转动闭合线圈在磁场中受外力转动，产生感应电动势能量转化电能转化为机械能机械能转化为电能解题要点(1)受力由左手定则来判断(2)能量关系：p总p输出p热(3)实际功率：p实际p额定(4)电压、电流关系：uir(1)产生的感应电动势方向由右手定则判定(2)感应电动势大小由法拉第电磁感应定律计算(3)注意感应电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值的计算(4)能量转化中满足守恒形象比喻左手抓着电动机右手抓着发电机典例如图1017甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，一个半径r0.10 m、匝数n20的线圈套在永久磁铁槽中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)。在线圈所在位置磁感应强度b的大小均为b0.20 t，线圈的电阻为r10.50 ，它的引出线接有r29.5 的小电珠l。外力推动线圈框架的p端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过电珠。当线圈向右的位移x随时间t变化的规律如图丙所示时(x取向右为正)。求：(1)线圈运动时产生的感应电动势e的大小；(2)线圈运动时产生的感应电流i的大小；(3)每一次推动线圈运动过程中作用力f的大小；(4)该发电机的输出功率p。图1017解析(1)由xt图，可得线圈的切割速度v0.8 m/s。线圈做切割磁感线运动产生的感应电动势en2rbv2023.140.10.20.8 v2 v。(2)由闭合电路的欧姆定律，感应电流i a0.2 a(3)由于线圈每次运动都是匀速直线运动，由平衡条件f推f安，即f推nbi2r200.20.223.140.1 n0.5 n。(4)发电机的输出功率即小电珠的电功率pi2r20.229.5 w0.38 w。答案(1)2 v(2)0.2 a(3)0.5 n(4)0.38 w题后悟道