高考物理总复习 第1讲 交变电流的产生和描述课件 新人教版选修32.ppt

一 交变电流的产生和变化规律1 交变电流 1 定义 和都随时间做周期性变化的电流 2 图象 如图 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交流电 如图 a 所示 大小 方向 2 正弦交流电的产生和图象描述 1 产生 在匀强磁场里 线圈绕方向的轴匀速转动 2 图象 用以描述交流电随时间变化的规律 如果线圈从中性面位置开始计时 其图象为曲线 如图 a 所示 垂直于磁场 正弦 思考是不是只有矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里才能产生交变电流 提示 不只是矩形线圈 其他形状的线圈只要在匀强磁场中匀速转动 且转动轴与磁场垂直 都能产生正弦交流电 由教材的演示图可以确定在各位置变化时的交变电流的变化规律 从而得到按正 余 弦规律变化的正弦交流电 一次周期性 次数 2 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值 1 瞬时值 交变电流某一的值 是时间的函数 2 峰值 交变电流的电流或电压所能达到的 3 有效值 让交流与恒定电流分别通过的电阻 如果它们在交流的一个周期内产生的相等 则这个恒定电流i 恒定电压u就是这个交流的 4 正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系i u e 5 平均值 是交变电流图象中图线与横轴所围面积跟时间的比值 时刻 最大值 相同 热量 有效值 1 正弦式电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 2 交变电流瞬时值表达式的书写基本思路 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 3 应注意的问题在交变电流的产生过程中 要特别注意两个特殊位置的不同特点 1 线圈平面与中性面重合时 s b 最大 t 0 e 0 i 0 电流方向将发生改变 2 线圈平面与中性面垂直时 s b 0 t最大 e最大 i最大 电流方向不改变 图2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 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3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 则整个线圈的感应电动势为e1 2e1 bl1l2 sin t 2 当线圈由图3位置开始运动时 在t时刻整个线圈的感应电动势为e2 bl1l2 sin t 0 如图 a 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 时为计时起点 如图 b 所示 并规定当电流自a流向b时电流方向为正 则图 c 所示的四幅图中正确的是 答案 d 交变电流的瞬时值 峰值 有效值和平均值的比较 1 说明此刻线圈感应电流的方向 2 线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大 3 线圈平面与磁感线夹角为60 时的感应电动势为多大 4 设发电机由柴油机带动 其他能量损失不计 线圈转一周 柴油机做多少功 5 从图示位置开始 线圈转过60 的过程中通过r的电量是多少 6 图中电流表和电压表的示数各是多少 思路启迪 线圈转动一周 柴油机做的功等于电路一周期内产生的电热 而电流表 电压表的示数为电流和电压的有效值 尝试解答 1 由右手定则可判定电流的方向沿dcba 2 em nbs nb l2 一个10 的电阻 它两端的电压u随时间t的变化规律如图所示 则 a 流过电阻的最大电流是22ab 用交流电压表测量电阻两端的电压 其示数约为311v c 电阻消耗的功率为9680wd 在交流电变化的半个周期内 电阻产生的焦耳热是48 4j 对应学生用书p206 物理建模 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凡在安培力作用下于磁场中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 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 2 模型特点 在磁场中 两条边所经过处的磁感应强度大小均为b 方向始终与两边的运动方向垂直 线圈的总电阻为r 外接电阻为r 求 1 线圈切割磁感线时 感应电动势的大小em 2 线圈切割磁感线时 bc边所受安培力的大小f 3 外接电阻上电流的有效值 如下图所示为电动机的简化模型 线圈abcd可绕轴o1o2自由转动 当线圈中通入如图所示的电流时 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 解析 在题中图示位置 由左手定则可以判定 ab边受到的安培力向上 cd边受到的安培力向下 则线圈顺时针转动 故a项正确 答案 a 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的有效值为311vd 线框产生的交变电动势的频率为100hz 线圈绕垂直磁场的轴旋转产生的交流电具有以下特点 1 交变电流的大小与转轴在线圈平面内的具体位置无关 未必是线圈的对称轴 2 交变电流的最大值与线圈的面积成正比 与线圈的具体形状无关 3 线圈转动的快慢既影响交变电流的周期和频率 又影响交变电流的最大值 如图所示 abcd为一边长为l 匝数为n的正方形闭合线圈 绕对称轴oo 匀速转动 角速度为 空间中只有oo 左侧存在垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为b 若闭合线圈的总电阻为r 则 答案 b 2012 安徽示范性高中联考 先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电 第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化 如图甲所示 第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示 若甲 乙图中的u0 t所表示的电压 周期值是相同的 则以下说法正确的是 a 第一次 灯泡两端的电压有效值是u0 2b 第二次 灯泡两端的电压有效值是3u0 2c 第一 第二次 灯泡的电功率之比是2 9d 第一 第二次 灯泡的电功率之比是1 5 答案 d 对应学生用书p207 1 一矩形线圈 绕垂直于匀强磁场并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的变化规律如图所示 下面说法中正确的是 a t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零b t1和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零c 图中是从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时的d 每当感应电动势e变换方向时 穿过线圈的磁通量的绝对值都为最大 解析 由图象可知 在t 0时 感应电动势有最大值 说明穿过线圈的磁通量的变化率最大 即线圈平面与磁场方向平行时开始计时 选项c正确 t1 t3时刻感应电动势为零 即线圈平面与磁场方向垂直 位于中性面 穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率为零 所以选项b正确 选项a错误 当线圈通过中性面时是感应电动势改变方向的时刻 选项d正确 答案为bcd 答案 bcd 2 2012 云南省建水一中月考 风速仪的简易装置如图甲所示 在风力作用下 风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动 线圏中的感应电流随风速的变化而变化 风速为v1时 测得线圈中的感应电流随时间变化的关系如图乙所示 若风速变为v2 且v2 v1 则感应电流的峰值im 周期t和电动势e的变化情况是 a im变大 t变小b im变大 t不变c im变小 t变小d im不变 e变大 解析 风速增大 感应电流的峰值im变大 周期t变小 电动势e变大 选项a正确 答案 a 3 如右图所示 矩形线圈abcd 面积为s 匝数为n 线圈电阻为r 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴p1和p2以相同的角速度 匀速转动 p1以ab边为轴 p2以ad边中点为轴 当线圈平面从与磁场方向平行开始计时 线圈转过90 的过程中 绕p1及p2轴转动产生的交流电的电流大小 电量及焦耳热分别为i1 q1 q1及i2 q2 q2 则