高考物理一轮复习交变电流的产生和描述PPT课件

第1讲交变电流的产生和描述,(多选)关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电，以下说法中正确的是()A线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变B线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次,交变电流、描述交变电流的图象(考纲要求),【思维驱动】,C线圈在中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零D线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大答案CD,1交变电流(1)定义：_和_都随时间做周期性变化的电流(2)图象：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交流电，如图(a)所示,【知识存盘】,大小,方向,2正弦交流电的产生和图象(1)中性面中性面：与磁场方向垂直的平面中性面与峰值面的比较,(2)产生：在匀强磁场里，线圈绕_方向的轴匀速转动(3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置开始计时，其图象为正弦曲线如图(e)、(f)所示,垂直于磁场,(多选)一个单匝矩形线框的面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中，从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时，转速为n转/秒，则()A线框交变电动势的最大值为nBS,正弦交变电流的函数表达式、描述交变电流的物理量(考纲要求),【思维驱动】,答案BD,【知识存盘】,一次周期性,次数,2正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律：e_(2)负载两端的电压u随时间变化的规律：u_(3)电流i随时间变化的规律：i_其中等于线圈转动的_，Em_,Emsint,Umsint,Imsint,nBS,角速度,3交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数(2)峰值：交变电流(电流、电压或电动势)所能达到的最大的值，也叫最大值(3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值对正弦交流电，其有效值和峰值的关系为：E，U，I,(单选)如图1011所示，在电路两端加上正弦交流电，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：灯1变亮，灯2变暗，灯3不变，则M、N、L中所接元件可能是(),电感和电容对交变电流的影响(考纲要求),【思维驱动】,图1011,AM为电阻，N为电容器，L为电感线圈BM为电感线圈，N为电容器，L为电阻CM为电容器，N为电感线圈，L为电阻DM为电阻，N为电感线圈，L为电容器解析当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯1变亮，灯2变暗可知M为电容器，N为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故L为电阻，C正确答案C,1电感对交变电流的阻碍作用电感线圈对交变电流有_，电感对交变电流的阻碍作用的大小用_表示，线圈的_越大，交变电流的_越高，阻碍作用越大，感抗也就越大2电容器对交变电流的阻碍作用交变电流能够“_”电容器，电容器对交变电流有_作用，电容器对交变电流的阻碍作用用_表示电容器的电容越_电容器对交变电流的阻碍作用就越小，也就是说，电容器的_就越小，电容器在交流电路中起的作用是通交流，隔直流，_,【知识存盘】,阻碍作用,自感系数,频率,通过,容抗,大,阻碍,容抗,通高频、阻低频,感抗,交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，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,【典例1】(2012安徽卷，23)图1012甲所示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，由线圈引出的导线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形成闭合电路图乙是线圈的主视图，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),考点一正弦交变电流的产生及变化规律,(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，如图丙所示，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(其它电阻均不计),图1012,所以，整个线圈中的感应电动势e12BL1vsintBL1L2sint.(2)当t0时，线圈平面与中性面的夹角为0，则某时刻t时，线圈平面与中性面的夹角为(t0)，故此时感应电动势的瞬时值e22BL1vsin(t0)BL1L2sin(t0),【变式跟踪1】(多选)如图1013所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为S，线圈导线的总电阻为R.t0时刻线圈平面与纸面重合，且cd边正在向纸面外转动则(),图1013,答案CD,(1)中性面是与磁场方向垂直的平面，是假想的一个参考面(2)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(3)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(4)线圈每经过中性面一次，电流方向就改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次,借题发挥,1对中性面的理解,2对交变电流的“四值”的比较和理解,3.交变电流的瞬时值表达式当线圈平面转到中性面(与磁场垂直的平面)时开始计时，交流电的瞬时值表达式是eEmsint，uUmsint，iImsint.当线圈平面转到与磁感线平行时开始计时，瞬时值表达式是eEmcost，uUmcost，iImcost.4最大值：EmnBS，且Em与转轴的所在位置和线圈形状无关,【典例2】(单选)在匀强磁场中，一矩形金属框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1014甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则(),考点二交变电流的图象,图1014,At0.005s时线框的磁通量变化率为零Bt0.01s时线框平面与中性面重合C线框产生的交变电动势有效值为311VD线框产生的交变电动势频率为100Hz解析由图象知，该交变电流电动势峰值为311V，交变电动势频率为f50Hz，C、D错；t0.005时，e311V，磁通量变化最快，t0.01s时，e0，磁通量最大，线圈处于中性面位置，A错，B对答案B,【变式跟踪2】(多选)矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图象如图1016所示，下列说法中正确的是(),图1016,解析由线框输出的交流电压随时间变化图象可知，交流电压的最大值为36V，频率为0.25Hz，B正确；有效值则为36V，A错误；2s末，线框产生的感应电动势为零，所以此时线框平面垂直于磁场，C正确；1s末，线框产生的感应电动势最大，此时线框平面平行于磁场，通过线框的磁通量变化最快，D错误答案BC,1正弦交变电流的e、u、i图象(如图1015所示)线圈在中性面位置时开始计时,借题发挥,2由交变电流的图象可得出：(1)交变电流的周期和频率；(2)交变电流的最大值；(3)某一时刻对应的瞬时值,图1015,考情分析近三年我省高考试卷中，计算题的第13题对交变电流的产生、变化规律及“四值”的考查是热点，3年2考高考题型：计算题，也有选择题命题趋势2014年对本部分内容的考查仍将通过交变电流的图象、函数表达式考查交变电流的“四值”，计算题或选择题，以选择题为主,命题热点10交变电流的产生及变化规律,命题专家评述,(1)只考虑交流电的产生与规律而忽视了交流电路的结构(2)不知道计算与热效应有关的物理量时应用有效值,阅卷教师叮咛,易失分点,应对策略解答交流电问题应注意交流电的“四值”在解答交流电问题时，除要注意电路结构外，还要：(1)掌握交变电流的瞬时值表达式，理解交变电流图象的物理意义(2)区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值,高考佐证,图1017,(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(3)外接电阻上电流的有效值I.,【预测1】(单选)如图1018所示是矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中产生的电压随时间变化的图象，则下列说法中正确的是(),图1018,A交流电压的有效值为110VB交流电的频率为0.25HzC0.01s末线框平面平行于磁场，通过线框的磁通量变化最快D0.02s时通过线框的磁通量为零,答案C,【预测2】(多选)如图1019甲所示，将阻值为R5的电阻接到内阻不计的正弦交变电源上，电流随时间变化的规律如图乙所示，电流表串联在电路中测量电流的大小对此，下列说法正确的是(),A电阻R两端电压变化规律的函数表达式为u2.5sin(200t)VB电阻R消耗的电功率为1.25WC如图丙所示，若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，当线圈的转速提升一倍时，电流表的示数为1A,图1019,答案AD,一、交变电流的产生及“四值”的应用1(多选)如图10110所示为一小型交流发电机模型的矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴以较小的角速度转动，并通过两滑环与电刷和电流表相连，在实验中可看到(),图10110,A线圈转动一周，电流表指针将左右摆动B线圈平面转到与磁感线相垂直时，电流表的指针偏转最大,C线圈平面转到与磁感线平行时，电流表的指针偏转最大D线圈转动时，电流表的指针只向一个方向偏转，不会左右摆动解析线圈在匀强磁场中以较小的角速度转动，可以认为电流表的示数反映了感应电流大小、方向的变化线圈平面转到了与磁感线平行时，通过线圈平面的磁通量为零，但此时的感应电动势最大，电流表的指针偏转最大线圈转动一周，电流方向变化两次，故电流表指针将左右摆动答案AC,2(单选)如图10111所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO以角速,图10111,度匀速转动，线圈的面积为S、匝数为n、线圈总电阻为r，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是()A交流发电机产生的电动势的最大值EmBS,答案B,二、交变电流的图象及应用3(单选)某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图象是(),答案B,4(单选)某线圈在匀强磁场中绕