高考物理总复习 第10章 1讲 交变电流的产生和描述课件 新人教版.ppt

第一讲交变电流的产生和描述 1 知道什么是中性面 理解交变电流的产生原理 掌握交变电流的变化规律 2 理解什么是交变电流的最大值和有效值 知道它们之间的关系 理解交变电流的周期 频率以及它们之间的关系 3 掌握变压器的原理及应用和远距离输电原理 一 交变电流的产生和变化规律1 交变电流大小和都随时间做变化的电流 叫做交变电流 简称交流电 2 正弦式交变电流 如图所示 方向 周期性 1 定义 按变化的交变电流 2 产生 将闭合矩形线圈置于磁场中 并绕的轴做转动 3 中性面 与磁场方向的平面 4 正弦式交变电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 电动势e随时间变化的规律 e 负载两端的电压u随时间变化的规律 u 电流i随时间变化的规律 i 其中 等于线圈转动的角速度 em 正弦规律 匀强 垂直于磁感线 匀速 垂直 emsin t umsin t imsin t nbs 5 正弦交变电流的图象 如图所示 1 电流大小变化但方向不变的电流仍然是直流电 2 分析交流电的产生时 注意 情 数 电 的结合 即线圈转动的情形 数学表达式 电学量特点密切相关 1 线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴转动时 电动势的表达式是e emsin t 若将转速提高一倍 表达式又怎样 提示 表达式为e 2emsin2 t 不要错写成e 2emsin t或e emsin2 t 二 描述交变电流的物理量 时间 周期性变化 hz 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 让交流与恒定电流通过相同的电阻 如果它们在一个周期内相等 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 在某一时刻 最大值 产生的热量 2 如果线圈开始转动的计时位置与中性面垂直 电动势瞬时值的表达式将如何 此时最大值 有效值是否变化 提示 瞬时值表达式为e emcos t 此时最大值不变 有效值不变 4 正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系 一 交变电流的产生和变化规律1 正弦式电流的变化规律 线圈从中性面位置开始计时 友情提示 1 只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动 就产生正弦式交流电 其变化规律与线圈的形状 转动轴处于线圈平面内哪个位置无关 2 线圈转动一周两次经过中性面 所以一个周期内电流方向改变两次 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 错源探究 对交变电流的产生 变化规律理解不透彻而导致错误 正确解答 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 故选bcd 1 如图所示 矩形线圈边长为ab 20cm bc 10cm 匝数n 100匝 磁场的磁感应强度b 0 01t 当线圈以n 50r s的转速从图示位置开始逆时针匀速转动时 求 1 线圈中交变电动势瞬时值表达式 2 从线圈开始转动起 经0 01s时感应电动势的瞬时值 解 1 线圈的角速度为 2 n 100 rad s 产生的感应电动势的最大值为em nb s nb ab bc 6 28v 又刚开始转动时线圈平面与中性面夹角为30 6 故线圈中交变电动势的瞬时值表达式为e emsin t 6 6 28sin 100 t 6 v 2 把t 0 01s代入上式 可得此时感应电动势的瞬时值 e 3 14v 二 交变电流 四值 的理解和应用1 交变电流的瞬时值 峰值 有效值 平均值的比较 2 对交变电流有效值的理解 1 交变电流的有效值是根据电流的热效应 电流通过电阻生热 进行定义的 所以进行有效值计算时 要紧扣电流通过电阻生热 或热功率 进行计算 注意 三同 即 相同电阻 相同时间 相同热量 计算时 相同时间 至少要取一个周期的时间 2 在交流电路中 电压表 电流表 功率表等仪表的示数均为交变电流的有效值 在没有具体说明的情况下 所给出的交变电流的电压 电流及电功率指的都是有效值 3 非正弦式交变电流的有效值 应按有效值的定义进行计算 一个电阻为r 边长为l的正方形线圈abcd共n匝 线圈在磁感应强度为b的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴oo 以如图所示的角速度 匀速转动 外电路电阻为r 1 判断此刻线圈中感应电流的方向 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 答案 c 三 几种典型交变电流有效值的计算问题 一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中 线框平面与磁场垂直 电阻为0 36 磁感应强度b随时间t的变化关系如图所示 则线框中感应电流的有效值为 答案 b 方法归纳 有效值的求解应该紧紧抓住一个周期内的交变电流产生的热量和某一个恒定电流在相同时间内产生的热量相同这个关系 3 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 c 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 如图乙所示 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 d 2010年12月 我国东北遭受特大暴风雪灾害 使电力中断 某单位紧急启用备用电源 由柴油机带动发电机发电 如图为其结构示意图 abcd为固定在转轴上的矩形线框 转轴过bc边中点 与ab边平行