高考物理总复习 101交流电的产生及描述课件 新人教版.ppt

第十章交变电流传感器 第1单元交流电的产生及描述 一 交流电1 定义强度和方向都随时间做周期性变化的电流 其中按正弦规律变化的交流电叫正弦交流电 名师点拨 广义上的交流电 只要方向随时间做周期性变化的电流 即称为交流电 如矩形波 或方波 交流电 以后所说交流电 无特殊说明 一般指正弦交流电 但在选择题中要注意是否针对性地考查 广义上的交流电 与 正弦交流电 的区别 2 形成由电荷的定向移动形成的 正弦交流电中的自由电荷只有做简谐振动 才能形成正弦交流电 例1 在螺线管中通以正弦交流电 若从螺线管的轴心线方向入射一电子束 则该电子束将做 a 变加速运动b 匀速直线运动c 简谐振动d 匀速圆周运动 解析 螺线管中通入正弦交流电 产生与轴中心线平行的磁场 射入的电子束的运动方向与磁场方向平行 故电子不受洛伦兹力 电子束的合外力为零 故做匀速直线运动 答案 b 二 交流电的产生1 产生条件矩形线圈在匀强磁场中绕平行于磁感线的轴做匀速转动不产生交流电 绕垂直于磁感线的轴做匀速转动产生交流电 在匀强磁场中 矩形线圈的转动轴不能与磁感线平行 这种情况下 线圈磁通量始终为零 故不产生交流电 本节我们讨论轴与磁感线垂直的情况 如右图所示 2 各边作用ad bc两边相当于导线 ab cd两边相当于电源 3 中性面各边瞬时电动势及瞬时电流都为0的位置 名师点拨 对 中性面 概念要注意不能从 顾名思义 的角度来理解 它不是指某一面 而是指线圈 磁通量 最大的位置 比如 元电荷 不是电荷而是电量 例2 2012 安徽 下图1是交流发电机模型示意图 在磁感应强度为b的匀强磁场中 有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴oo 转动 由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕oo 转动的金属圆环相连接 金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触 这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻r形成闭合电路 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 解析 1 从0时刻起经过t时间 线框转过角度 t 线框的切割边线速度v r 得ab边v1 r1 cd边v2 r2 切割速度为vcd r2sin vab r1sin 两条边切割时产生感应电动势e1 bl1r1 sin t 两边产生的感应电动势在闭合电路中环形同向 有e e1 e2 r1 r2 l2 所以e bl1l2 sin t 2 道理同上问 只是有个初相位 e bl1l2 sin t 0 例1 某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示 如果其他条件不变 使线圈的转速加倍 则交流电动势的最大值和周期分别为 a 400v 0 02sb 200v 0 02sc 400v 0 08sd 200v 0 08s 答案 b 学法指导 利用e emsin t讨论问题要全面分析 如转速的变化不仅影响em 同时也影响sin t中的 这种类型问题是高考考查的热点 高考曾在不同年份中多次涉及 应引起大家足够的重视 二 中性面的特征线圈转到中性面具有 最大 e 0 i 0 此处电流方向改变 每一周期线圈两次经中性面 例2 一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 当线圈通过中性面位置时 a 线圈平面与磁感线方向平行 此时通过线圈的磁通量为零b 通过线圈磁通量的变化率达最大值c 因为线圈内无感应电流产生 所以穿过线圈的磁通量为零d 此位置前后的感应电流方向相反 答案 d 学法指导 如果从中性面开始计时 单相发电机中的e i u都是 t的正弦函数 其图线为正弦曲线 在1周期内 其方向改变两次 两次达最大值 数值有两次为零 线圈2次经过中性面 可以用下图图象表示 几种常见情况交流电的产生与变化一 磁场全充满式 例1 如图所示 交流发电机的矩形线圈abcd中 ab cd 50cm bc ad 30cm 匝数n 100 线圈电阻r 0 2 外电阻r 4 8 线圈在磁感应强度b 0 05t的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴oo 匀速转动 转速n 50r s 求 1 产生感应电动势的最大值 2 若从图示位置开始计时 写出感应电流随时间变化的函数表达式 解析 1 根据角速度与转速的关系 得 2 n 100 rad s感应电动势的最大值为em nbs 100 0 05 0 5 0 3 100 v 75 v 235 5v 答案 1 产生感应电动势的最大值为235 5v 2 i 47 1cos 100 t a 学法指导 全满式指磁场始终能够贯满整个矩形线框 始终有两边切割磁感线 相当于电源 另两边相当于导线 这也是最典型 最基础的交流电产生的模型 要求在理解的基础上 记住电动势的表达式 二 磁场半充满式 例2 如图所示 单匝矩形线圈一半放在有界匀强磁场中 中心轴线oo 与磁场边界重合 线圈绕中心轴线按图示方向 从上向下看为逆时针方向 匀速转动 t 0时线圈平面与磁场方向垂直 规定电流方向沿abcd方向为正 则下图表示线圈内感应电流随时间变化规律正确的是 答案 a 学法指导 求瞬时电动势的表达式 首先要明确交流电大小的变化规律的推导过程 这是根本 通过本题可以看出 电动势仍是时间的正弦函数 只是电动势的最大值为全满式 左右两边都在磁场中 时的一半 只有明确各边作用及任一时刻电动势的计算 才能解决变化了的相关问题 再如题图中的oo 移至与线框左边重合 则在从如图所示位置转过60 的过程中 线圈中无感应电动势 其原因请你自己分析 三 直棒切割磁感线产生