高考物理一轮复习 第10单元交变电流 传感器第1讲　交变电流的产生和描述课件 新人教版.pptVIP

第1讲交变电流的产生和描述 知识建构 模块建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 一 交变电流的产生和变化规律 模块建构 知识建构 技能建构 1 交变电流 大小和方向都随时间做 周期性变化的电流 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式交变电流 如图 a 所示 模块建构 知识建构 技能建构 1 两个特殊位置 线圈平面与中性面重合时 磁感线与线圈平面垂直 磁通量 最大 但磁通量的变化率 0 感应电动势为 零 感应电流为零 电流方向在此位置前后发生变化 线圈平面与中性面垂直时 磁感线与线圈平面平行 磁通量 为 零 但磁通量的变化率 最大 感应电动势 最大 感应电流 最大 电流方向 不变 2 正弦式交变电流的变化规律 模块建构 知识建构 技能建构 2 变化规律 若从线圈转到中性面时开始计时 则感应电动势与感应电流的表达式分别为 e emsin t i imsin t 若从线圈转到与中性面垂直位置开始计时 则感应电动势与感应电流的表达式分别为 e emcos t i imcos t 二 描述交变电流的物理量 模块建构 知识建构 技能建构 1 周期 频率 角速度 交变电流的周期 频率 角速度都是表征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所需的时间 2 频率f 交变电流在1s内完成周期性变化的次数 3 三者关系 t 2 f 我国工农业生产和生活用的交变电流的周期为0 02s 频率为50hz 模块建构 知识建构 技能建构 2 交变电流的 四值 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 2 若图象部分是正弦交变电流 其中的t和t部分的有效值可直接应用i u 的关系 注意 1 由感应电动势的最大值公式em nbs 得 em仅由n b s 四个物理量所决定 与轴的具体位置和线圈的形状都无关 模块建构 知识建构 技能建构 1 2012年山东泰安模拟 一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动 穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示 则下列说法正确的是 a t 0时刻 线圈平面与中性面垂直 b t 0 01s时刻 的变化率最大 c t 0 02s时刻 交流电动势达到最大值 d 该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示 模块建构 知识建构 技能建构 解析 由 t图知 t 0时 最大 即线圈处于中性面位置 此时e 0 故a d两项错误 由图知t 0 04s 在t 0 01s时 0 最大 e最大 则b项正确 在t 0 02s时 最大 0 e 0 则c项错误 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 2 2012年北京海淀区模拟 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 b 第二次灯泡两端的电压有效值是 c 第一 第二次灯泡的电功率之比是2 9 模块建构 知识建构 技能建构 d 第一 第二次灯泡的电功率之比是1 5 解析 甲电源有效值u u0 a错 乙电源 t u u0 b错 p 则两次功率之比 即只有d正确 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 3 2012年浙江湖州模拟 在如图甲所示的电路中 电阻r的阻值为50 若在a b间加上如图乙所示的交流电压 则下列说法错误的是 a 交流电压的有效值为100v b 电流表的示数为2a 模块建构 知识建构 技能建构 c 产生该交变电流的线圈在磁场中转动的角速度为3 14rad s d 如果产生该交变电流的线圈转速提高一倍 则电流表的示数也增大一倍 解析 交变电压的有效值u 100v 电流表的示数为有效值 则i 2a 选项a b正确 314rad s c错误 i 故i d正确 答案 c 模块建构 知识建构 技能建构 4 2012年辽宁本溪模拟 如图所示 单匝闭合线框在匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的轴oo 匀速转动 在转动过程中 穿过线框的最大磁通量为 m 线框中的最大感应电动势为em 下列说法中正确的是 a 在穿过线框的磁通量为的时刻 线框中的感应电动势为 b 在穿过线框的磁通量为的时刻 线框中的感应电动势为 c 线框每转动一周 线框中的感应电流方向改变一次 d 线框转动的角速度为 解析 闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 若从中性面开始计时 穿过线框的磁通量 按余弦规律变化 线 模块建构 知识建构 技能建构 框中产生的感应电动势按正弦规律变化 在穿过线框的磁通量为的时刻 线框中的感应电动势大于 a错误 在穿过线框的磁通量为的时刻 线框的感应电动势等于 b正确 线框每转动一周 线框中感应电流的方向改变两次 c错误 由em bs m 解得线框转动的角速度 d正确 答案 bd 模块建构 知识建构 技能建构 一 交变电流的产生和变化规律 模块建构 知识建构 技能建构 例1一个面积为s的单匝矩形线圈abcd在匀强磁场中以其一条边ab为转轴匀速转动 磁场方向与转轴垂直 线圈中产生的感应电动势e与时间t的关系图象如图甲所示 感应电动势的最大值和周期可以从图中读出 则 甲 模块建构 知识建构 技能建构 2 画出t 0时刻线圈平面与磁感线间的相对位置关系 1 磁感应强度b多大 3 在t 时 线圈平面与磁感线方向间的夹角多大 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 解答本题时可按以下思路分析 由图象知em和t由em求b由em确定b与s关系由瞬时式确定夹角关系 规范全解 1 由e t图象可直接读得em和t 由em bs 和 得b 模块建构 知识建构 技能建构 2 t 0时线圈中感应电动势为最大值 故该时刻线圈与磁场的位置关系如图乙所示 乙 模块建构 知识建构 技能建构 3 由图象可知e emcos t emcos t 当t 时 有e emcos emcos 即线圈平面与磁感线方向间的夹角 30 答案 1 2 如图乙所示 3 30 方法概述 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动能产生正弦式交变电流 其最大值和瞬时值都与轴的位置无关 em nbs e emsin t 0 其中 0为t 0时线圈与中性面的夹角 t 0 为t时刻线圈与中性面的夹角 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练1如图甲所示 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中 并沿过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 模块建构 知识建构 技能建构 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时 产生的电流按正弦规律变化 由于t 0时 线圈的转动方向如图乙 由右手定则判断可得 此时ad中电流方向为由a到d 线圈中电流方向为a d c b a 与规定的电流正方向相反 电流为负值 又因为此时ad bc两边切割磁感线的速度方向与磁场方向成45 角 由e 2blv 可得e 2 blv em 即此时的电动势为最大值的倍 电流当然也是最大值的倍 由图乙还能观察到 线圈在接下来45 的转动过程中 ad bc两边的切割速度越来越小 所以感应电动势应减小 感应电流也应减小 综合上述三点可知d项正确 答案 d 模块建构 知识建构 技能建构 例2一个电阻为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 匀速运动 外电路电阻为r 二 正弦交变电流的 四值 模块建构 知识建构 技能建构 2 求线圈转动过程中感应电动势的最大值 1 在图中标出此刻线圈感应电流的方向 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 模块建构 知识建构 技能建构 名师点金 由磁场分布情况和线圈转动情况可确定瞬时值表达式 电压表和电流表的示数为电路中电压和电流的有效值 而电荷量的计算则需用该时间内的平均值 模块建构 知识建构 技能建构 2 em nbs nb l2 规范全解 1 由右手定则可判定电流的方向沿dcba 3 线圈平面与b成60 角时的瞬时感应电动势 e em cos60 nb l2 模块建构 知识建构 技能建构 4 电动势的有效值e 电流的有效值i 柴油机做的功转化为电能 线圈转一周柴油机做的功 w eit t 模块建构 知识建构 技能建构 5 因为i平均 故电量q i平均 t 模块建构 知识建构 技能建构 6 电流表显示干路电流的有效值 则读数为 i 电压表显示路端电压的有效值 则读数为 u ir 答案 1 沿dcba 2 nb l2 3 nb l2 4 5 6 模块建构 知识建构 技能建构 方法概述 用交流电源给外电路供电 在求解功率或电热问题的时候 同学们很容易把平均值与有效值混淆 而求电荷量时又会乱用有效值 因此 四值 要分明 求电荷量用平均值 焦耳值 功率计算用有效值 模块建构 知识建构 技能建构 变式训练2图示是一个交流发电机的示意图 线框abcd处于匀强磁场中 此时线框平面与磁场方向平行 已知ab bc 10cm b 1t 线圈匝数n 100 线圈总电阻r 5 灯泡电阻r 5 线圈以n 600r min的转速匀速转动 求 模块建构 知识建构 技能建构 2 从图示位置开始经过s时感应电动势的瞬时值 1 电流表和电压表的示数 模块建构 知识建构 技能建构 3 从图示位置开始转过30 角的过程中通过灯泡的电荷量 规范全解 1 图示位置时 线圈的感应电动势最大 为 em nbs nbs 62 8v 有效值e 44 4v 由分压原理可知 电压表的示数为22 2v 由闭合电路欧姆定律可得 电流表的示数为 i 4 44a 模块建构 知识建构 技能建构 2 感应电动势的瞬时值表达式为 e emcos t 62 8cos20 tv t s时 感应电动势的瞬时值e 31 4v 模块建构 知识建构 技能建构 3 线圈转过30 角时 2 1 bssin30 通过灯泡的电荷量为 q t n 0 05c 答案 1 4 44a22 2v 2 31 4v 3 0 05c 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题1 2011年高考 天津理综卷 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 如图甲所示 产生的交变电动势的图象如图乙所示 则 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 模块建构 知识建构 技能建构 c 线框产生的交变电动势有效值为311v d 线框产生的交变电动势频率为100hz 命题分析 本题考查交变电流的产生及变化规律 难度中等 有关交变电流的图象问题 在每年高考中几乎都会考查到 题型一般为选择题 解析提示 首先根据图象得出最大值 周期 0时刻线圈的位置等 再利用这些信息得出瞬时值表达式和频率 有效值等物理量 模块建构 知识建构 技能建构 规范全解 由图象可知 t 0 005s时感应电动势最大 利用法拉第电磁感应定律公式可以判断感应电动势最大 磁通量变化率也最大 a错误 t 0 01s时感应电动势为零 此时线圈平面与中性面重合 b正确 线框产生的交变电动势的有效值e v 220v c错误 线框产生的交变电动势的频率f hz 50hz d错误 答案 b 模块建构 知识建构 技能建构 考向预测1如图甲所示 为一种可调压自耦变压器的结构示意图 线圈均匀绕在圆环形铁芯上 若ab间输入如图乙所示的交变电压 转动滑动触头p到如图甲所示位置 在bc间接一个理想的交流电压表 图甲中未画出 则 a ab间输入的交流电的电压瞬时值表达式为u 220sin 100 t v 模块建构 知识建构 技能建构 b 该交流电的频率为100hz c t 1 10 2s时电压表的读数为零 d bc间输出的电功率为零 解析 由乙图可读出交流电的最大值为um 220v 周期t 2 10 2s 100 rad s 则交流电的电压瞬时值u umsin t 220sin 100 t v a正确 由f 50hz 知b错误 因电压表测交流电电压时 读数为交流电的有效值 不能读出瞬时值 所以读数为220v 则c错误 由于bc间接理想电压表 rv无穷大 则p 0 d正确 答案 ad 模块建构 知识建构 技能建构 高考真题2 2011年高考 四川理综卷 如图所示 在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为t 转轴o1o2垂直于磁场方向 线圈电阻为2 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时 线圈转过60 时的感应电流为1a 那么 a 线圈消耗的电功率为4w b 线圈中感应电流的有效值为2a c 任意时刻线圈中的感应电动势为e 4cost d 任意时刻穿过线圈的磁通量为 sint 模块建构 知识建构 技能建构 命题分析 本题考查交变电流的产生及变化规律 交变电流的有效值的计算 难度中等 此类题在高考中几乎每年都会被考查到 题型一般为选择题 有时会出现