高考物理一轮复习 第10章 交变电流 传感器 交变电流 传感器 基础课时26 交变电流的产生和描述课件.ppt

高考导航 基础课时26交变电流的产生和描述 知识梳理 知识点一 交变电流 交变电流的图象1 交变电流 1 定义 和 都随时间做周期性变化的电流 2 按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流 2 正弦交变电流的产生和图象 1 产生 在匀强磁场里 线圈绕 方向的轴匀速转动 2 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 如图甲 乙 丙所示 大小 方向 垂直于磁场 一次周期性 次数 2 正弦式交变电流的函数表达式 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 2 负载两端的电压u随时间变化的规律 u emsin t umsin t 3 电流i随时间变化的规律 i 其中 等于线圈转动的 em 3 交变电流的瞬时值 峰值 有效值 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 imsin t 角速度 nbs 知识点三 电感和电容对交变电流的影响1 电感对交变电流的阻碍作用电感对交变电流阻碍作用的大小用 表示 线圈的自感系数越大 交变电流的频率越高 产生的自感电动势就 对交变电流的阻碍作用 感抗就 所以电感具有 通 阻 通 阻 的作用 2 电容器对交变电流的阻碍作用电容对交流电的阻碍作用叫做 电容器的电容越大 交流电的频率越高 充 放电进行得越快 容抗就 可见 电容器具有 隔 通 阻 通 的作用 感抗 越大 越大 越大 直流 交流 低频 高频 容抗 越小 直流 交流 低频 高频 思考 1 线圈平面与中性面重合时 有何特点 线圈平面与中性面垂直时 有何特点 2 我国使用的交变电流周期是0 02s 电流方向每秒改变多少次 诊断自测 1 如图所示 面积均为s的单匝线圈绕其对称轴或中心轴在匀强磁场b中以角速度 匀速转动 能产生正弦交变电动势e bs sin t的图是 解析线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 轴在线圈所在平面内 匀速转动 产生的正弦交变电动势为e bs sin t 由这一原理可判断 a图正确 答案a 2 多选 2016 广东中山六校联考 某正弦式交变电流的i t图象如图1所示 则该电流的 图1 答案bd 3 一边长为l的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动 线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图2所示 已知匀强磁场的磁感应强度为b 则结合图中所给信息可判定 图2 答案d 4 通过一阻值r 100 的电阻的交变电流如图3所示 其周期为1s 电阻两端电压的有效值为 图3 答案b 5 多选 如图4所示 在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为t 转轴o1o2垂直于磁场方向 线圈电阻为2 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时 线圈转过60 角时的感应电流为1a 那么 图4 答案ac 考点一正弦交变电流的产生及变化规律1 交流电产生过程中的两个特殊位置 2 正弦式交变电流的变化规律磁通量 mcos t 电动势 e emsin t 电流 i imsin t 例1 多选 如图5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 图5 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 答案ac 反思总结 1 解决此类问题的关键在于把线圈在匀强磁场中的具体位置与图象上的时刻对应好 也就是电流的变化规律与线圈在磁场中转动的具体情境对应好 2 由正弦式交变电流图象可直接 间接得到的信息 由图象可读出交变电流的电压或电流的最大值 进而利用正弦式交变电流最大值与有效值的关系得到有效值 根据最大值 角速度等信息可以写出交变电流的瞬时值表达式 3 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 变式训练 1 交变电流的产生过程 2016 四川成都新津中学考试 一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴oo 匀速转动 线圈平面位于如图6甲所示的匀强磁场中 通过线圈内的磁通量 随时间的变化规律如图乙所示 下列说法正确的是 图6 a t1 t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大b t2 t4时刻线圈中感应电流方向改变c t1 t3时刻线圈中感应电流方向改变d t2 t4时刻线圈中感应电动势最小解析t1 t3时刻磁通量最大 磁通量的变化率为零 这两个时刻感应电流方向改变 t2 t4时刻感应电动势最大 选项a b d错误 c正确 答案c 2 图象信息的应用 2016 陕西宝鸡质检 如图7所示 图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦式交变电流的图象 当调整线圈转速后 所产生的正弦式交变电流的图象如图线b所示 以下关于这两个正弦式交变电流的说法中正确的是 图7 答案c 考点二描述交变电流的物理量1 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 图8 答案b 变式训练 3 多选 2016 河南郑州一模 边长为l的正方形线框在匀强磁场b中以角速度 匀速转动 产生的感应电流的最大值为im 设灯泡的电阻为r 其他电阻不计 从如图9所示位置开始计时 则 图9 答案ad 考点三电感和电容对交变电流的影响电阻 感抗 容抗的比较 特别提醒 电感 电容接到交流电源上时 电能与磁场能或电场能往复转化 所以不会消耗电能 而电流通过电阻时 一定会产生焦耳热 从而造成电能的损耗 例3 2015 江苏无锡一模 某电源输出的电流既有交流成分又有直流成分 而我们只需要稳定的直流 下列设计的电路图中 能最大限度使电阻r2获得稳定直流的是 解析由a图电路图可知 电感线圈阻挡住低频交流电 使低频交流电通过电阻r1 电容器与电阻r2并联 高频交流电通过电容器 直流通过r2 符合要求 故a正确 由b电路图可知 该电路不能有效过滤高频交流电 故b错误 由c电路图可知 该电路不能过滤通过r2的低频交流电 故c错误 由d电路图可知 该电路不能有效过滤通过r2的低频成分 故d错误 答案a 变式训练 4 2015 江苏盐城二模 某电源输出的电流中既有交流成分又有直流成分 如果需要在r上得到直流成分 应在如图10所示电路中的a b两处连接合适的元件 合理的连接方式是 图10 a a b处均接电感b a b处均接电容c a处接电感 b处接电容d a处接电容 b处接电感解析由电感线圈通直流 阻交流 电容器隔直流 通交流的特点可知 a应接电感 b处应接电容器 故c正确 答案c 1 2016 北京朝阳区一模 一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图11所示 由图可知该交变电流 图11 答案b 2 2015 四川理综 4 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12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 不计线圈电阻 则发电机输出电压 图12 答案d 3 多选 一正弦交流电源的u t图象如图13甲所示 将它接在图乙所示电路的ef两端 若电阻的阻值为110 电源的内阻不计 交流电压表是量程为250v的理想电表 则下列说法中正确的是 图13 a 通过电阻的电流方向1秒钟改变50次b 交流电压表示数为220vc 产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为100 rad sd 在1分钟内电阻r上产生的热量为5 28 104j 答案bc 4 多选 2015 四川南充期末 如图14所示 闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴oo 匀速转动 沿着oo 方向观察 线圈沿顺时针方向转动 已知匀强磁场的磁感应强度为b 线圈匝数为n ab边的边长为l1 ad边的边长为l2 线圈电阻为r 转动的角速度为 则当线圈转至图示位置时 图14 a 线圈中感应电流的方向为abcdab 线圈中的感应电动势为2nbl2 c 穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大d 线圈ab边所受安培力的大小为n2b2l1l2 r解析当线圈转至图示的位置时 由楞次定律可知 线圈中感应电流的方向为abcda 选项a正确 穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大 感应电动势最大 线圈中的感应电动势为nbl1l2 选项b错误 c正确 图示时刻 ab边中的电流与磁场方向平行 此时ab不受安培力 选项d错误 答案ac 5 多选 如图15所示 面积为s的矩形线圈共n匝 线圈总电阻为r 在磁感应强度为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场中以竖