高考物理一轮复习 10.1 交变电流的产生及其描述课件.ppt

第1节交变电流的产生及其描述 3 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 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 4 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 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 5 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 6 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 7 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 2 频率 f 交变电流在1s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 或 8 2 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 交变电流的电流或电压所能达到的最大值 3 有效值 让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻 如果它们在交变电流的一个周期内产生的热量相等 则这个恒定电流i 恒定电压u就是这个交变电流的有效值 4 正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 5 平均值 交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值 其数值可以用 计算 9 10 11 1 多选 某小型发电机产生的交流电动势为e 50sin100 t v 对此电动势 下列表述正确的有 答案 解析 12 2 如图所示 处在磁感应强度为b的匀强磁场中的单匝矩形线圈abcd 以恒定的角速度 绕ab边转动 磁场方向垂直于纸面向里 线圈所围面积为s 线圈导线的总电阻为r t 0时刻线圈平面与纸面重合 且cd边正在离开纸面向外运动 则 答案 解析 13 3 多选 如图所示 某种正弦式交流电压的波形 由图可确定该电压的 a 周期是0 01sb 最大值是311vc 有效值是220vd 表达式为u 220sin100 t v 答案 解析 14 4 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 比过去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 5 多选 边长为l的正方形闭合线框abcd 在磁感应强度为b的匀强磁场中 以角速度 绕cd从图所示位置开始匀速转动 转动轴与磁场垂直 线框总电阻为r 一理想电压表接在线框的c d两点之间 下列说法中正确的是 答案 解析 16 考点一 考点二 例1 对点训练1 正弦式交变电流的产生及变化规律1 正弦式交变电流的变化规律 线圈从中性面位置开始计时 描述交变电流有两种方法 即图象法和函数表达式法 两种方法可相互转化 17 考点一 考点二 例1 对点训练1 18 考点一 考点二 例1 对点训练1 19 考点一 考点二 例1 对点训练1 如图所示 匀强磁场的磁感应强度b 0 5t 匝数n 50的矩形线圈 绕转轴oo 垂直于匀强磁场匀速转动 每匝线圈长为l 25cm 宽为d 20cm 线圈每分钟转动1500转 在匀速转动过程中 从线圈平面经过图示位置时开始计时 求 1 交流感应电动势e的瞬时值表达式 2 若每匝线圈本身电阻r 0 02 外接一只阻值为13 的电阻 使线圈和外电路构成闭合电路 写出交变电流i的瞬时值表达式 并计算交变电流的有效值是多大 线圈每转一周能产生多少焦耳热 20 考点一 考点二 例1 对点训练1 解题探究 矩形线圈在磁场中匀速转动产生感应电动势的表达式是怎样的 焦耳热的表达式是怎样的 计算焦耳热时电流用有效值还是瞬时值 提示 e nbs cos t 提示 焦耳热的表达式是q i2rt 电流用有效值 21 考点一 考点二 例1 对点训练1 22 考点一 考点二 例1 对点训练1 规律总结 书写交变电流表达式的基本思路及注意事项1 确定交变电流的峰值 1 峰值可根据已知图象读出 2 峰值可由公式em nbs 求出 注意式中的 s 为有效面积且与线圈的形状无关 2 明确线圈的初始位置 找出对应的函数关系式 1 当线圈从中性面位置开始计时时 其i t图象为正弦函数图象 函数关系式为i imsin t 2 当线圈从中性面的垂面位置开始计时时 其i t图象为余弦函数图象 函数关系式为i imcos t 3 若线圈不是从两个位置开始转动 先通过三角函数变换到以上两种形式 再写出函数表达式 23 考点一 考点二 例1 对点训练1 如图甲所示 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中 并绕过ab cd中点的轴oo 以角速度 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 45 时 如图乙 为计时起点 并规定当电流自a流向b时 电流方向为正 则下列四幅图中正确的是 答案 解析 24 考点一 考点二 例2 交变电流 四值 的理解及应用 例3 25 考点一 考点二 例2 例3 26 例2 考点一 考点二 2015 福建厦门质检 在匀强磁场中 一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动 如图甲所示 产生的交流电动势随时间变化的规律如图乙所示 则下列说法正确的是 a t 0 01s时穿过线框的磁通量最小b 该交流电动势的有效值为vc 该交流电动势的瞬时值表达式为e 100 t v d 电动势瞬时值为22v时 线框平面与中性面的夹角为45 例3 答案 解析 27 例2 例3 考点一 考点二 解题探究 正弦式交流电压有效值和最大值的关系是什么 写出图乙中交流电动势瞬时值表达式 用字母表示 提示 e emsin t 28 例2 例3 考点一 考点二 如图所示 图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系 若使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 答案 解析 29 例2 例3 考点一 考点二 规律总结 分析交变电流 四值 时应注意的问题 1 计算有效值时 一般选取交变电流的一个完整的周期进行计算 非正弦式交变电流的有效值要根据电流的热效应进行计算 2 交变电流的有效值和电流的方向无关 交变电流的平均值是根据法拉第电磁感应定律计算的 与交变电流的方向 所选取的时间段有关 30 电动机 发电机模型1 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物理模型 凡在磁场中受安培力作用运动的通电导体均可看作电动机模型 在外力作用下于磁场中做切割磁感线运动的导体均可看作发电机模型 31 2 模型特点 32 33 例题 多选 图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 a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 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 34 解题探究 由i t图象可以看出线圈从哪个位置开始转动 提示 中性面垂直的位置 电流表的读数是什么值 提示 有效值 答案 ac 35 方法归纳 解题思路 1 审题建模闭合线圈在磁场中受外力而转动 线圈是电源 其他为负载 其能量的来源是外力做的功 2 建立方程根据法拉第电磁感应定律计算感应电动势的大小 用右手定则判断感应电动势的方向 结合电路和能量守恒定律正确运用最大值 瞬时值 有效值和平均值列方程计算 3 明确关系线圈转动产生交变电流的过程中 两个特殊位置与图象中某时刻的点对应 线圈在磁场中转动产生的电动势等于每匝线圈产生的电动势之和 线圈受到安培力作用 线圈受到的安培力等于每匝线圈所受安培力之和 36 跟踪训练如图所示 电动机的简化模型 线圈abcd可绕轴o1o2自由转动 当线圈中通入电流时 如图所示 顺着o1o2的方向看去 线圈将 a 顺时针转动b 逆时针转动c 仍然保持静止d 既可能顺时针转动 也可能逆时针转动 答案 解析 37 1 2 3 4 5 1 一个电炉上标有 220v1 5kw 的字样 那么为了使它正常工作 所使用的正弦式交变电流应是 a 电压最大值为220v 电流最大值约为9 6ab 电压最大值为311v 电流最大值约为6 8ac 电压有效值为220v 电流有效值约为6 8ad 电压有效值为311v 电流有效值约为9 6a 答案 解析 38 1 2 3 4 5 2 多选 一交流电压为u sin100 t v 由此表达式可知 a 用电压表测该电压其示数为50vb 该交流电压的周期为0 02sc 将该电压加在 100v100w 的灯泡两端 灯泡的实际功率小于100wd t 0 0025s时 该交流电压的瞬时值为100v 答案 解析 39 1 2 3 4 5 答案 解析 40 1 2 3 4 5 4 如图所示 一交变电流随时间