【红对勾】高考物理 交变电流的产生及描述课件.pptVIP

本部分知识在以前试题均以选择和填空题型出现 也出现过关于交流电的计算题 考查知识的方式既有对本部分知识内容的单独考查也有对本部分知识和电学的其他部分 力学等内容相联系的综合性考查 特别是带电粒子在交变电场中的运动问题 在加强能力考查的高考中更会成为一个热点 发电和电能的输送是与实际紧密结合的内容 有成为综合试题重点考查的可能 还要引起注意的是 发电 输电的内容是物理与其他许多学科 如地理 化学等 知识间的交叉点 引起了强调考查综合能力的人们的极大兴趣 高考对传感器的要求很低 仅在实验要求中有 传感器的简单使用 一个考点 本部分出题的概率不大 若有考题出现 可能是传感器与电路相联系的问题的简单考查 交变电流的重点是 交变电流的产生及其变化规律 表征交变电流的物理量和变压器原理 难点是交流电有效值的意义及变压器原理 这一章所学的交流电的知识 是前面学过的电和磁的知识的发展和应用 并与生产和生活有着密切的关系 与直流电相比 交流电有许多优点 这是由交流电具有随时间做周期性变化的特点而决定的 利用变压器升 降电压 实现了远距离送电 交流电动机也具有结构简单 使用方便等特点 交流电的特点是分析本章问题的基础 在复习过程中应注意培养把物理知识运用于实际的能力 理论联系实际的能力 是高中物理教学的重要目标之一 在复习本章知识时 应注意这方面能力的培养 知道非电学量转换成电学量的技术意义 通过实验知道常见传感器的工作原理 特别了解传感元件 热敏电阻 光敏电阻 金属热电阻的特点以及霍尔元件特点 对力传感器 声传感器 光传感器有一定的理解并能简单应用 课时1交变电流的产生及描述 知识点一交变电流的产生和变化规律 知识回顾 1 交变电流 大小和都随时间做变化的电流 简称交流 ac 电 方向 周期性 图12 正弦式交变电流 如图1 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 并绕方向的轴做转动 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 正弦规律 匀强 垂直于磁场 匀速 垂直 要点深化 1 线圈平面和中性面平行时有哪些特点 1 线圈各边都不切割磁感线 感应电动势为零 即感应电流等于零 2 磁感线垂直于该时刻的线圈平面 所以磁通量最大 但磁通量的变化率为零 3 交变电流的方向在中性面的两侧是相反的 4 线圈每经过一次中性面 电流方向改变一次 2 线圈平面跟中性面垂直时 有哪些特点 1 磁通量为零 2 磁通量的变化率最大 3 感应电动势 感应电流均最大 电流方向不变 3 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 基础自测 1 处在匀强磁场中的矩形线圈abcd 以恒定的角速度绕ab边转动 磁场方向平行于纸面并与ab垂直 在t 0时刻 线圈平面与纸面重合 如图2所示 线圈的cd边离开纸面向外运动 若规定由a b c d a方向的感应电流为正 则下列图中能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是 图2 答案 c 2 如图3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 从线圈开始转起动 经0 01s时感应电动势的瞬时值 图3 解析 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 答案 e 6 28sin 100 t 6 v3 14v 知识点二描述交变电流的物理量 知识回顾 1 周期和频率 1 周期t 交变电流完成变化 线圈转一周 所需的时间 单位是 公式 t 2 频率f 交变电流在1s内完成周期性变化的 单位是赫兹 hz 3 周期和频率的关系 t 或f 一次周期性 秒 s 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 让交流与恒定电流通过的电阻 如果它们在一个周期内产生的相等 则这个恒定电流i 恒定电压u就是这个交变电流的 时刻 最大值 相同 热量 有效值 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 是交变电流图象中波形与横轴所围的面积跟时间的比值 其数值可以用 计算 要点深化 1 交变电流的瞬时值 峰值 有效值 平均值的比较 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 特别提醒 2 对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的 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 上 相同时间 内产生 相同热量 答案 c 题型一正弦交流电图象的应用 例1 电阻r1 r2和交流电源按照下图4甲所示方式连接 r1 10 r2 20 合上开关s后 通过电阻r2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图4乙所示 则 图4 答案 b 题后反思根据图象可以确定的物理量 1 电流最大值 2 周期t和频率f 3 不同时刻交流电的瞬时值 4 线圈处于中性面和最大值对应的时刻 5 任意时刻线圈的位置和磁场的夹角 变式1 1某交流发电机给灯泡供电 产生正弦式交变电流的图象如图5所示 下列说法中正确的是 图5a 交变电流的频率为0 02hzb 交变电流的瞬时值表达式为i 5cos50 t a c 在t 0 01s时 穿过交流发电机线圈的磁通量最大d 若发电机线圈电阻为0 4 则其产生的热功率为5w 答案 d 题型二交流电有效值的计算 例2 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6所示 则线框中感应电流的有效值为 图6 答案 b 图7 图8 题后反思部分电路和闭合电路的有关公式仍适用于正弦交流电路 应用时仍要分清电源 如发电机 和外电路 电动势和路端电压等 而对交流电路特别要注意正确选用交流电的 四值 一般常从图象或瞬时值表达式入手 得出交流电的最大值 有效值 然后再按照电路知识解决相关问题 图9 答案 1 e 50sin 10 t v 2 43 3v 3 3 54a31 86v 1 小型交流发电机中 矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动 产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系 如图10所示 此线圈与一个r 10 的电阻构成闭合电路 不计电路的其他电阻 下列说法正确的是 图10 答案 c 2 如图11 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 如图11 b 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 图11 答案 d 3 图12 1 2 分别表示两种电压的波形 其中图 1 所示电压按正弦规律变化 下列说法正确的是 图12 答案 c 4 平行板间如图13所示周期变化的电压 重力不计的带电粒子静止在平行板中央 从t 0时刻开始将其释放 运动过程无碰板情况 图14中 能定性描述粒子运动的速度图象正确的是 图13 图14 答案 a 5 2009 福建高考 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图15甲所示 已知发电机线圈内阻为5 0 现外接一只电阻为95 0 的灯泡 如图15乙所示 则 图15 a 电压表 v的示数为220