高考物理大一轮复习第十一章交变电流第1课时交变电流的产生和描述课件

第十一章交变电流 统计考情 有的放矢明考情 第1课时交变电流的产生和描述 回扣教材 考点扫描 回扣教材 梳理知识夯基础 知识整合 一 正弦式交变电流的产生1 线圈绕方向的轴匀速转动 2 两个特殊位置的特点 1 线圈平面与中性面重合时 S B 0 e 0 i 0 电流方向将 2 线圈平面与中性面垂直时 S B 0 e最大 i最大 电流方向 3 电流方向的改变 一个周期内线圈中电流的方向改变次 4 交变电动势的最大值Em 与转轴位置无关 与线圈形状无关 5 交变电动势随时间的变化规律e 垂直于磁场 最大 发生改变 最大 不改变 两 nBS nBS sin t 二 描述交变电流的物理量1 周期和频率 2 频率f 交变电流在1s内完成的次数 单位是 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 交变电流或电压所能达到的 时间 周期性变化 赫兹 Hz 某一时刻 最大值 3 有效值 让交变电流与恒定电流分别通过相同的电阻 如果在交变电流的一个周期内它们相等 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 产生的热量 问题思考 1 如图所示是交流发电机的示意图 线圈的匝数为N 线圈的面积为S 线圈匀速转动的角速度为 匀强磁场的磁感应强度为B 选修3 2P32图5 1 3 1 当线圈转到什么位置时线圈的磁通量最大 此时线圈中的磁通量的变化率为多大 线圈中的感应电流为多大 2 当线圈转到什么位置时线圈中的感应电动势最大 最大感应电动势Em为多少 感应电动势的有效值为多少 3 若从甲位置开始计时 线圈中产生的电动势e随时间变化规律的表达式是怎样的 交变电流的周期T是多少 解析 1 当线圈转到甲 丙位置时 线圈的磁通量最大 此时线圈中的磁通量的变化率为0 线圈中的感应电流为0 2 如图所示是通过一个R 1 的电阻的电流i随时间变化的曲线 选修3 2P35图5 2 2 1 通电1s内电阻R中产生的热量Q为多少 2 这个电流的有效值I是多少 答案 1 2 8J 2 1 67A 考点扫描 重点透析通热点 考点一交变电流的产生及变化规律 要点透析 1 正弦式交变电流的产生 1 线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 3 电流方向的改变 线圈通过中性面时 电流方向发生改变 一个周期内线圈两次通过中性面 因此电流的方向改变两次 4 交变电动势的最大值Em nBS 与转轴位置无关 与线圈形状无关 2 正弦式交变电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 典例突破 例1 2016 广东揭阳模拟 在磁场区域中有一粗细均匀的正方形导体线框abcd 线框平面与磁场方向垂直 其中左 右两边的匀强磁场以ab为分界线 磁感应强度大小均为B 方向分别垂直纸面向里 向外 现使线框以ab边为转轴匀速转动 转动方向如图所示 规定abcda方向为电流的正方向 并以图示位置为计时起点 则下列图像中能正确表示线框中的感应电流i和ab两端电压Uab随时间变化的是 核心点拨 1 线圈在匀强磁场中旋转 具备了产生正弦式交变电流的条件 2 由于转轴两侧的磁场等大反向 因此不是一个完整的正弦式交变电流 需要在其转折点时刻进行判断 解析 设cd边长为L 转动角速度为 则产生的感应电动势的表达式为e BL2 sin t 当转过时 产生的感应电动势的表达式为e BL2 cos t 根据右手定则可知电流方向与开始相反 电压和电流与时间的关系类似 因此选项A B D错误 C正确 答案 C 题后反思 正弦式交变电流产生过程的分析与判断利用特殊点进行判断 抓住特殊位置分析 中性面的特点 线圈平面与磁场垂直 磁通量最大 磁通量的变化率为零 感应电动势 感应电流为零 与中性面垂直的位置 线圈平面与磁场平行 磁通量为零 磁通量的变化率最大 感应电动势 感应电流最大 结合题目给出的转动方向和规定的电流正方向进行分析判断 1 交变电流的产生 2016 全国 卷 21 多选 如图 M为半圆形导线框 圆心为OM N是圆心角为直角的扇形导线框 圆心为ON 两导线框在同一竖直面 纸面 内 两圆弧半径相等 过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场 磁场方向垂直于纸面 现使线框M N在t 0时从图示位置开始 分别绕垂直于纸面 且过OM和ON的轴 以相同的周期T逆时针匀速转动 则 A 两导线框中均会产生正弦交流电B 两导线框中感应电流的周期都等于TC 在t 时 两导线框中产生的感应电动势相等D 两导线框的电阻相等时 两导线框中感应电流的有效值也相等 即时巩固 BC 2 交变电流的图像 有一个小型发电机 机内的矩形线圈匝数为50匝 电阻为5 线圈在匀强磁场中 以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动 穿过每匝线圈的磁通量 随时间的变化规律如图所示 由此可知发电机电动势瞬时值表达式为 A e 31 4sin50 t V B e 31 4cos50 t V C e 157cos100 t V D e 157sin100 t V C 3 导学号00622738 交变电流的产生及变化规律 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 为计时起点 并规定当电流自a流向b时电流方向为正 则图 丙 中正确的是 D 考点二有效值的理解与计算 要点透析 1 交变电流的有效值是根据电流的热效应来定义的 利用有效值的定义计算 非正弦式交变电流 时 相同时间 至少取一个周期或周期的整数倍 3 交变电流的有效值是交变电流的默认值 在没有特殊说明的情况下均指有效值 交流用电器的额定值 交流电表的测量值 计算电功和电热时均是有效值 典例突破 例2 2016 山东烟台质检 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 A 1 B 1 25C 1 3D 1 75 核心点拨 1 由公式W I2Rt求电功 其中I为有效值 2 利用有效值的定义 取一个周期分别求其有效值 图 甲 中一个周期为6 10 2s 答案 D 题后反思交变电流有效值的求解等效是有条件的 交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的 对于非正弦式交变电流 在计算其有效值时 一定要根据有效值的定义求解 对于各种复杂的交变电流在一个周期产生的热量可采用分段求和的方法 没有电流的时间段 也要记入总时间内 即时巩固 1 有效值的理解 2016 黄冈模拟 匀强磁场中有一长方形闭合导线框 分别以相同的角速度绕下列四个图所示的固定轴旋转 用Ia Ib Ic Id表示四种情况下线框中电流的有效值 则 A Ia IdB Ia IbC Ib IcD Ic Id D 解析 由于四个图中的转轴都垂直于磁场 均产生正弦式交变电流 由最大值的表达式Em NBS 可知 它们的最大值相同 则它们产生的交变电流是完全相同的 即为e Emsin t i Imsin t 故它们的有效值为相同 则选项D正确 2 导学号00622739 有效值的计算 如图所示为一交流发电机的原理示意图 其中矩形线圈abcd的边长ab cd L1 bc ad L2 匝数为n 线圈的总电阻为r 线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的OO 轴匀速转动 角速度为 线圈两端通过电刷e f与阻值为R的定值电阻连接 从线圈经过中性面开始计时 则 A 线圈中感应电动势的有效值为B L1L2B 线圈中感应电动势随时间变化的函数表达式为e nBL1L2 cos t D 考点三交变电流 四值 的理解和应用 对交变电流 四值 的比较和理解 典例突破 例3 2016 江苏徐州质检 如图所示 线圈abcd的面积是0 05m2 共100匝 线圈电阻为1 外接电阻R为9 匀强磁场的磁感应强度为B T 当线圈以300r min的转速匀速旋转时 求 1 若从线圈处于中性面开始计时 写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式 2 线圈转过s时电动势的瞬时值多大 3 电路中 电压表和电流表的示数各是多少 4 从中性面开始计时 经s通过电阻R的电荷量为多少 核心点拨 由磁场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 题后反思 交变电流 四值 的理解 1 交流电路中 铭牌上表示的是有效值 电表 电压表 电流表 测量的都是有效值 2 电容器 或二极管 所能承受的电压要高于交流电压的峰值 否则电容器 或二极管 就可能被击穿 3 交流电路中 欧姆定律 焦耳定律同样适用 功率 电热计算使用有效值 4 电荷量的计算用平均值 1 导学号00622740 交变电流 四值 的理解 2016 安徽池州一模 多选 如图所示 ABCD为一矩形导体框 处于匀强磁场中 O1O1 与O2O2 为ABCD的两条对称轴 开始时ABCD所在平面与磁场垂直 若让线框分别以角速度 1 2绕O1O1 O2O2 匀速转动 已知AB CD a AD BC 2a 则下列说法正确的是 BD 即时巩固 2 交变电流 四值 的应用 2016 大连质检 在匀强磁场中 一矩形金属线圈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像如图 乙 所示 则 A t 0 005s