高考物理一轮总复习 专题十一 第1讲 交变电流的产生和描述课件.ppt

专题十一交变电流 续表 第1讲交变电流的产生和描述 考点1 正弦交变电流的产生和变化规律 1 交变电流 和 都随时间做周期性变化的电流 2 正弦式交变电流 大小 方向 1 定义 按 变化的交变电流 简称正弦 式电流 正弦规律 2 产生 当闭合线圈由中性面位置 图11 1 1中o1o2位置 开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 转动时 线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数 e emsin t 其中 em nbs 这就是正弦交变电流 3 正弦式电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 图11 1 1 匀速 续表 4 对中性面的理解 垂直 最大 0 0 1 中性面是与磁场方向 的平面 是假想的参考面 2 线圈平面位于中性面时 穿过线圈平面的磁通量 而磁通量的变化率为 产生的感应电动势为 3 线圈平面与中性面垂直时 穿过线圈平面的磁通量为 但磁通量的变化率 产生的感应电动势 0 最大 最大 4 线圈每经过中性面一次电流方向就改变一次 线圈转动一周 两次经过中性面 所以电流的方向改变两次 5 确定交变电流瞬时值表达式的基本思路 1 确定正弦交变电流的峰值 根据已知图象或由公式 em nbs 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 如 线圈从中性面开始转动 则i t图象为正弦函数图 象 函数式为i imsin t 线圈从垂直中性面开始转动 则i t图象为余弦函数图 象 函数式为i imcos t 跟踪训练 1 下列选项所示的线圈中不能产生交变电流的是 ac bd 解析 当线圈绕垂直于磁场的轴转动 磁通量发生变化 才能产生交变电流 b c d均符合要求 a项中线圈的磁通量不发生变化 故不产生交变电流 答案 a 2 某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动 产生交变电流的图象如图11 1 2所示 由图中信息可以判断 a 在a和c时刻线圈处于中性面位置b 在b和d时刻穿过线圈的磁通量为零 c 从a d时刻线圈转过的角度为2 d 若从o d时刻历时0 02s 则在1s内交变电流的方向改变100次 图11 1 2 解析 从该图象来看 在o b d时刻电流为零 所以此时线圈恰好在中性面的位置 且穿过线圈的磁通量最大 在a c时刻电流最大 线圈处于和中性面垂直的位置 此时磁通量为零 1s内线圈转动50个周期 100次经过中性面 电流方向改变100次 综合以上分析可得 只有选项d正确 答案 d 3 双选 2011年肇庆检测 一矩形金属线圈 绕垂直于磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动 线圈中产生的电动势e随时间t变化的情况如图11 1 3所示 下列说法正确的是 a 此交流电的频率为0 5hzb 此交流电的电动势有效值为2v c t 0 01s时 线圈平面与磁场方向垂直d t 0 02s时 线圈磁通量变化率为零 图11 1 3 答案 cd 3 周期和频率的关系 f 考点2 描述交变电流的物理量 1 周期和频率 交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量 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 周期越大 交变电流变化越 在 一个周期内 交变电流的方向变化 次 慢 两 2 频率f 交变电流在1s内完成周期性变化的 单位是赫兹 符号为hz 频率越大 交变电流变化越 1 t2 次数 快 4 我国生活用电的电压是 周期是 频率是 每秒钟电流方向变化 次 0 02s 50hz 100 2 交变电流瞬时值 最大值 有效值和平均值的比较 线圈在中性面位置开始计时 220v 续表 3 对交变电流最大值 有效值的理解 以电动势为例 1 最大值 峰值 em 当线圈转到与中性面垂直时 穿过线圈的磁通量为0 感应电动势最大 其表达式为em nbs 应强调指出的是 em仅由匝数n 线圈面积s 磁感应强度b和角速度 四个量决定 与转轴位置 线圈的形状及线圈是否闭合都无关 2 交变电流的有效值 有效值是根据电流的热效应来规定的 如果交变电流与某恒定电流在相同时间内通过相同电阻时其产生的热效应相 同 则将该恒定电流的数值叫做该交变电流的有效值 注意 这是在 三个相同 即 相同电阻 相同时间 内产生 相同热量 下的等效 计算时 相同时间 要取周期的整数倍 一般取一个周期 注意 在交流电路中 电压表 电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值 一般用电器铭牌上直接标出的是交变电流的有效值 在没有具体说明的情况下 所给出的交变电流的电压 电流指的是有效值 跟踪训练 4 一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e 答案 c 5 正弦交变电源与电阻r 交流电压表按照图11 1 4甲所示的方式连接 r 10 交流电压表的示数是10v 图 乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象 则 图11 1 4 答案 a 热点1 交变电流的产生 描述及图象 例1 2011年天津卷 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11 1 5所示 产生的 交变电动势的图象如图11 1 6所示 则 图11 1 5 图11 1 6 a t 0 005s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的频率为100hz 答案 b 解析 由交变电动势的图象可知 该交变电动势瞬时值的表达式为e 311sin100 t 当t 0 005s时 瞬时值e 311v 此时磁通量变化率最大 a错误 同理当t 0 01s时 e 0v 此时线框处于中性面位置 磁通量最大 磁通量的变化率为零 备考策略 要将图象上的点与线圈的实际位置对应起来 牢记线圈经过两个特殊位置时的特点是处理图象问题的关键 此外 由图象直接可以看出周期与峰值 进而可求得频率和有效值 要注意交变电动势 电流实际上还是由电磁感应产生的 其大小取决于磁通量的变化率 当线圈平面处于中性面时 磁通量最大 但磁通量的变化率却为零 感应电动势和感应电流也为零 用交变电流的图象能够较全面的考查描述交变电流和各物理量 还可以结合交变电流的产生 变压器 电阻定律等命题 因此倍受命题专家的青睐 遇到此类问题 考生应尽量先写出交变电流的表达式 然后才进一步作答 触类旁通 1 双选 珠海2011届高三调研 如图11 1 7所示的交流电压加在一阻值 为22 的电阻两端 下列说法正确的是 a 流过电阻的电流方向每秒改变50次c 并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110vd 该电阻消耗的功率为1100w 图11 1 7 答案 bc 热点2 非正弦交变电流有效值的计算 例2 2011年安徽卷 如图11 1 8所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场 磁感应强度为b 电阻为r 半径为l 圆心角为45 的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的o 轴以角速度 匀速转动 o轴位于磁场边界 则线框内产生的感应电流的有效值为 图11 1 8 图11 1 9 答案 d 触类旁通 2 2010年湛江模拟 某家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦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 与过去用变压器调压的方法相比较更方便且体积小 某电子调光灯经调整后的电压波形如图11 1 10所示 若用多用电表测灯泡 的两端的电压 多用电表示数为 图11 1 10 答案 c 易错点1 根据图象判断两特殊位置的特点 例1 一矩形线圈 绕垂直于匀强磁场位于线圈平面内的固定轴转动 线圈中的感应电动势e随时间t的变化关系如 图11 1 11所示 下面说法中正确的是 图11 1 11 a t1时刻通过线圈的磁通量为零 b t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 c t3时刻通过线圈的磁通量的变化率的绝对值最大 d 每当e变换方向时 通过线圈磁通量的绝对值都为最 大 正确解析 t1 t3时刻对应线圈与中性面重合 穿过线圈的磁通量最大 但磁通量变化率为零 此时感应电动势为零 感应电流也为零 恰是电流改变方向的时刻 故a c均错 t2 t4时刻对应线圈与中性面垂直 线圈平面与磁感线平行 穿过线圈的磁通量为零 但磁通量变化率却最大 此时感应电动势最大 感应电流最大 故选d 答案 d 指点迷津 这道试题结合交流电的产生考查了线圈在匀强磁场中转动时 通过线圈磁通量与磁通量变化率这两个不同物理量的变化情况 是一个典型的通过具体问题考查考生对两个有联系但根本不同的物理概念的理解程度 类似的如速度与加速度的概念等 在平时学习中注意理解磁通量与磁通量变化率问题 关键是将图象与线圈转动过程中的实际位置对应起来 尤其是中性面和中性面的垂直面位置分别对应图象中的哪一个时刻 深刻理解并牢记线圈经过两个特殊面位置时的特点 纠错强化 1 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转 动 下列说法正确的是 a 在中性面时 通过线圈的磁通量最大b 在中性面时 感应电动势最大c 穿过线圈的磁通量为零时 感应电动势也为零d 线圈每通过中性面两次 电流方向改变一次解析 线圈处于中性面位置时 通过线圈的磁通量最大 磁通量变化率为零 感应电动势为零 而当线圈转至其平面与磁感线平行时 恰是磁通量为零处 而磁通量变化率却最大 因而感应电动势也最大 a 易错点2 四值问题的计算 例2 2011年佛山一模 交流发电机转子有n匝线圈 每匝线圈所围面积为s 匀强磁场的磁感应强度为b 匀速转动的角速度为 线圈内阻为r 外电路电阻为r 当线圈由图11 1 12中实线位置匀速转动 90 到达虚线位置过程中 求 1 通过r的电荷量q为多少 2 r上产生电热qr为多少 3 外力做的功w为多少 图11 1 12 指点迷津 求解计算电荷量时 电流 电压必须要用平均值 不能用有效值 求解电流发热的问题时 电流 电压必须要用有效值 而不能用平均值 最大值或瞬时值 纠错强化 2 如图11 1 13所示 匀强磁场的磁感应强度b 0 5t 边长l 10cm的正方形线圈ab