高考物理一轮复习资料 11 交变电流与发电机课件 沪科版.ppt

第十一章交变电流与发电机 本章知识是电磁感应的应用和延伸 高考对本章知识的考查主要体现在 两突出 一是突出考查交变电流的产生过程 二是突出考查交变电流的图像和交变电流的四值 一般试题难度不大 且多以选择题的形式出现 同学们在复习时 对正弦交变电流的产生过程要做到 情 数 形 三者相统一 对交变电流的 最大值 瞬时值 有效值 平均值 一定要注意各类值的不同用法 尤其是不同情况下的有效值计算是高考考查的主要内容 学案交变电流与发电机 考点1交变电流的产生及变化规律 1 中性面在线圈平面垂直于磁感线时 各边都不切割磁感线 线圈中没有感应电流 这样的位置叫做中性面 线圈每转动一周 通过中性面两次 电流的方向改变两次 如图所示 2 交变电流的瞬时值表达式交变电流瞬时值表达式的具体形式是由开始计时的时刻和正方向的规定等因素共同决定的 如果线圈从中性面开始计时 该瞬时虽然穿过线圈的磁通量最大 但是线圈两个边的速度方向和磁场方向正好平行 不切割磁感线 此时电动势为零 故表达式为e nbs sin t emsin t 如果线圈平面和磁场平行时开始计时 虽然该时刻穿过线圈的磁通量是零 但是由于此时线圈两个边的速度方向和磁场方向正好垂直 电动势最大 故表达式为e nbs cos t emcos t 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时 通过线圈平面的磁通量不断变化 线圈平面与中性面重合时 穿过线圈的磁通量 最大 但磁通量的变化率 t最小为零 感应电动势为零 感应电流为零 电流方向将发生改变 线圈平面与中性面垂直时 穿过线圈的磁通量 0 但磁通量的变化率 t最大 感应电动势最大 e em nbs 感应电流最大 i im em r r 只有线圈在匀强磁场中 绕垂直于磁感线的轴匀速转动才能产生正弦或余弦交变电流 若从中性面开始计时 产生正弦交变电流 若从垂直中性面开始计时 产生余弦交变电流 交变电流的峰值em nbs 即由线圈的匝数n 磁场的磁感应强度b 线圈的面积s 线圈转到的角速度 共同决定 此时要求转轴和磁场的方向垂直 转轴未必是线圈的对称轴 线圈为平面线圈 未必是矩形或正方形 例1 关于中性面 下列说法正确的是 a 线圈在转动中经中性面位置时 穿过线圈的磁通量最大 磁通量的变化率为零b 线圈在转动中经中性面位置时 穿过线圈的磁通量为零 磁通量的变化率最大c 线圈每经过一次中性面 感应电流的方向就改变一次d 线圈每转动一周经过中性面一次 所以线圈每转动一周 感应电流的方向就改变一次 解析 本题的关键是理解中性面的概念 中性面是线圈平面与磁感线垂直的位置 线圈经过该位置时 穿过线圈的磁通量最大 各边都不切割磁感线 不产生感应电动势 所以磁通量的变化率为零 a项正确 b项错误 线圈每经过一次中性面 感应电流的方向改变一次 但线圈每转一周时要经过中性面两次 所以每转一周 感应电流方向就改变两次 c项正确 d项错误 ac 点拨 中性面是与磁场方向垂直的平面 是假想的一个参考面 线圈平面位于中性面时 穿过线圈平面的磁通量最大 而磁通量的变化率为零 产生的感应电动势为零 线圈平面与中性面垂直时 穿过线圈平面的磁通量为零 但磁通量的变化率最大 产生的感应电动势最大 线圈每转动一周 两次经过中性面 电流的方向改变两次 1 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的变化如图所示 下面说法正确的是 a t1时刻通过线圈的磁通量为零b t1时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大c t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大d 每当电动势e变换方向时 通过线圈的磁通量的值都为最大 bd 3 交变电流的峰值im em r r nbs r r 当交变电流是正 余 弦规律时 有效值 某段时间内交变电流的平均值不等于这段时间始 终时刻瞬时值的算术平均值 在t 4时间内e 2 em 一个周期t内的平均电动势为零 对非正弦交流电的有效值 必须根据有效值的定义进行计算 考点2表征交变电流的物理量 1 交变电流的有效值是根据电流的热效应与同时间 同电阻 同热量的直流电流相比来确定的 交变电流的平均值是根据法拉第电磁感应定律中的平均感应电动势计算的 2 在进行具体的计算时 如求电路中的电功率 产生的热量或保险丝的熔断电流时 应该使用有效值 求通过某导体横截面的电荷量时应该用电流的平均值 在纯电阻电路中 欧姆定律适用于有效值或瞬时值的计算 4 交变电流的瞬时值 峰值 有效值 平均值的比较 4 交变电流的瞬时值 峰值 有效值 平均值的比较 我们通常说家庭电路的电压是220v 是指其有效值 各种使用交变电流的电器设备上所标的是额定电压和额定电流的有效值 一般交流电流表和交流电压表测量的数值也都是有效值 例2 如图所示 匀强磁场的磁感应强度b 0 5t 边长i 10cm的正方形线圈abcd共100匝 线圈电阻r 1 线圈绕垂直于磁感线的对称轴oo 匀速转动 角速度为 2 rad s 外电路电阻r 4 求 1 转动过程中感应电动势的峰值 2 由图示位置 线圈平面与磁感线平行 转过60 角时的瞬时感应电动势 3 由图示位置转过60 角时的过程中产生的平均感应电动势 4 交流电压表的示数 5 转动一周外力做的功 6 从图示时刻起经过1 6周期时 通过r的电荷量为多少 解析 本题主要考查了线圈产生的 四值 的计算方法 1 感应电动势的峰值em nbs nbl2 3 14v 2 转过60 时瞬时感应电动势e emcos60 3 14 0 5v 1 57v 3 转过60 角的过程中产生的平均感应电动势其中 bl2sin60 0 5 0 12 wb 4 33 10 3wb t 3 1 6s解得 2 6v 4 电压表示数为外电压的有效值u r 1 78v 5 转动一周所做的功等于电流产生的热量w q 2 t r r 0 99j 6 1 6周期内通过电阻r的电荷量q t 6 nbssin60 t 6 r r 0 0866c 点拨 1 只有当线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时 最大电动势才有em nbs 2 平均电动势需用法拉第电磁感应定律求解 3 计算电功 电功率时 需用有效值求解 电表的读数是指有效值 2 一个线圈共有n匝 总电阻为r 两端通过滑环外接一个定值电阻r 位于线圈平面的转轴垂直于匀强磁场方向 线圈绕轴以角速度 匀速转动 在转动过程中穿过线圈所围面积的磁通量最大值为 求 1 闭合电路中电流的有效值 2 线圈从磁通量最大位置转到磁通量最小位置的过程中 通过r上的电荷量q 3 外力的功率 答案 例3 如图所示 单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中 线圈轴线oo 与磁场边界重合 线圈按图示方向匀速转动 若从图示位置开始计时 并规定电流方向沿a b c d a为正方向 则线圈内感应电流随时间变化的图像是 解析 t 0时线圈磁通量最大 磁通量的变化率最小 所以感应电动势 感应电流最小 根据楞次定律可以判断 t 0时刻开始线圈中磁通量变小 产生的感应电流i为负向 电流变大 c d不正确 经过1 4周期后 dc切割磁感线 电流方向为负 电路中有持续负方向的电流 b不正确 a 点拨 写瞬时值表达式时 必须注意在t 0时刻 感应电动势 或电流 的值是否为零 只有从线圈垂直于匀强磁场 位于中性面 时刻开始计时时 交变电流的瞬时值表达式才是正弦函数式 3 2010年高考广东理综卷 图是某种正弦式交变电压的波形图 由图可确定该电压的 a 周期是0 01sb 最大值是311vc 有效值是220vd 表达式为u 220sin100 t v bc 考点3电感和电容对交变电流的作用 电阻 感抗 容抗的区别 1 感抗表示电感对交变电流的阻碍作用 其特点是 通直流 阻交流 通低频 阻高频 2 容抗表示电容对交变电流的阻碍作用 其特点是 通交流 隔直流 通高频 阻低频 例4 图中 左右两个电路都是从左端输入信号 从右端输出信号 左图中输入的是高频 低频混合的交流信号 要求只输出低频信号 右图中输入的是直流和低频交流的混合信号 要求只输出低频交流信号 那么c1 c2中哪个该用大电容 哪个该用小电容 解析 电容的作用是 通交流 隔直流 通高频 阻低频 由其表达式xc 1 2 fc 可看出 左图中的c1必须用电容小些的 才能使高频交流顺利通过 而低频不易通过 这种电容器叫高频旁路电容器 右图中的c2一般用电容大的 使低频交流电很容易通过 只有直流成分从电阻上通过 这种电容器叫隔直电容器 点拨 容抗xc 1 2 fc 表示电容对交变电流的阻碍作用 其特点是