2022届新教材高考物理一轮复习第十二章交变电流传感器第1节交变电流的产生及其描述学案新人教版

1、第十二章交变电流传感器素养导读备考定向核心素养试题情境生活实践类家用和工业电路、家用电器、磁电式电流表、发电机、变压器、远距离输电、无线充电学习探索类探究变压器原副线圈电压关系问题、传感器的简单应用等考向预测本章内容属于高考考查的热点,基本都是选择题,有时出现在与电场综合的压轴题中。考查的具体内容主要包括以下几个方面:交变电流的图像及“四值”问题;理想变压器理解和应用;理想变压器及远距离输电与交变电流的产生、交变电流的图像、电容器或二极管等结合问题第1节交变电流的产生及其描述必备知识预案自诊知识梳理一、正弦式交变电流的产生和变化规律1.产生如图所示,在匀强磁场里,线圈绕方向的轴匀速转动时,可产

2、生正弦式交变电流,简称正弦式电流。2.中性面及其特点(1)定义:与磁场方向的平面。(2)特点:线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量,磁通量的变化率为,感应电动势为。线圈转动一周,经过中性面,线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次。3.图像用以描述交变电流随时间变化的规律,如果线圈从中性面位置开始计时,其图像为曲线,如图所示。4.变化规律(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)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=。二、描述交变电流的物理量1.周期和频率(1)周期(t):交变电流完成变化,即线圈所需要的时间,

3、单位是,公式。(2)频率(f):交变电流在的次数,单位是。2.交变电流的周期和频率的关系t=。3.交变电流的“四值”(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:跟交变电流的等效的电流的值叫作交变电流的有效值。对正弦式交变电流,其有效值和峰值的关系为e=,u=,i=。注:若图像部分是正弦(或余弦)式交变电流,其中的14周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和12周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系i=im2、u=um2求解。(4)平均值:用e=来计算。注:交变电流的平均值与对应的时间

4、有关,不同时间内的平均值一般不同。考点自诊1.判断下列说法的正误。(1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化。()(2)大小变化而方向不变的电流也叫交变电流。()(3)线圈经过中性面时产生的感应电动势最大。()(4)在一个周期内,正弦交流电的方向改变两次。()(5)最大值和有效值之间的2倍关系只适用于正弦(余弦)交流电。()(6)交流电压表及交流电流表的读数均为峰值。()2.(新教材人教版选择性必修第二册p51习题改编)如图所示,klmn是一个竖直的矩形导线框,全部处于磁感应强度为b的水平方向的匀强磁场中,线框面积为s,mn边水平,线框绕某竖直固定轴以角速度匀速转动。在mn边与磁场方

5、向的夹角达到30的时刻(图示位置),求导线框中产生的瞬时电动势e的大小和线框此时电流的方向(已知线框按俯视的逆时针方向转动)。3.(新教材人教版选择性必修第二册p53“思考与讨论”改编)某交变电流的i-t图像如图所示,则其电流的有效值为()a.1.5 ab.2 ac.145 ad.285 a关键能力学案突破考点一交变电流的产生及变化规律(自主探究)1.变化规律(线圈从中性面位置开始计时)物理量函数图象磁通量=mcost=bscos t电动势e=emsint=nbssin t电压u=umsint=remr+rsin t电流i=imsint=emr+rsin t2.两个特殊位置及其特点两个特殊位置

6、示意图特点中性面最大,t=0,e=0,i=0,交变电流方向发生改变与中性面垂直的位置=0,t最大,e最大,i最大,交变电流方向不改变对点演练1.如图所示,在磁感应强度为b的匀强磁场中,面积为s的单匝矩形线圈abcd沿逆时针方向(俯视)绕垂直于磁场的中轴匀速转动,角速度为。当ad边与磁场方向的夹角为30时,下列说法正确的是()a.线圈中电流的方向是abcdab.线圈中产生的瞬时电动势的大小是32bsc.线圈再转过60时,产生的电流达到最大值d.线圈转动过程中,穿过它的磁通量的变化率恒定2.如图甲所示,在匀强磁场中,两个匝数相同的正方形金属线圈分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交

7、变电动势e随时间t变化的图像如图乙中曲线a、b所示,则()a.t=0时刻,两线圈均处于垂直于中性面的位置b.a、b对应的线圈转速之比为23c.a、b对应的两线圈面积之比为11d.若只改变两线圈的形状(匝数不变),则两线圈电动势的有效值之比一定不变考点二有效值的理解与计算(师生共研)方法规律适用公式法e=em2、u=um2、i=im2只适用于正弦式交变电流定义法计算时“相同时间”取一个周期或周期的整数倍非正弦式交变电流能量关系能的转化和守恒定律以上方法不能解决的问题【典例1】如图甲所示电路,已知电阻r1=r2=r,和r1并联的d是理想二极管(正向电阻可视为零,反向电阻为无穷大),在a、b之间加一

8、个如图乙所示的交变电压(电压为正值时,uab0)。由此可知()a.在a、b之间所加的交变电压的周期为2 sb.在a、b之间所加的交变电压的瞬时值表达式为u=202sin 50t(v)c.加在r1上电压的有效值为10 vd.加在r2上电压的有效值为510 v解题指导审题关键词句分析解读d是理想二极管(正向电阻可视为零,反向电阻为无穷大)当a点电势高于b点电势时二极管导通,即r1被短路,当b点电势高于a点电势时二极管截止由图像可以读出周期、最大值;交变电压的瞬时值表达式是正弦函数续表关键词句分析解读加在r1上电压的有效值r1上一个周期内只有一半时间有电流加在r2上电压的有效值对应r2上一个周期内的

9、总热量破题由图像可得交流电的周期,电压最大值,依据u=umsint可得交变电压的瞬时值表达式。根据电流的热效应,注意二极管的单向导电性使得半个周期内r1被短路,另半个周期内r1与r2串联,从而即可求解。对点演练3.(多选)(2020河北衡水模拟)如图所示,线圈abcd匝数n=10,面积s=0.4 m2,边界mn(与线圈的ab边重合)右侧存在磁感应强度b=2 t的匀强磁场,若线圈从图示位置开始绕ab边以=10 rad/s的角速度匀速转动,则以下说法正确的是()a.线圈产生的是正弦交流电b.线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为80 vc.线圈转动160 s时瞬时感应电动势为403 vd.线圈产生

10、的感应电动势的有效值为40 v4.(2018全国卷)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为t,如图所示。则q方q正等于()a.12b.21c.12d.21考点三交变电流“四值”的比较(师生共研)交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理量物理含义重要关系应用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e=emsint,u=umsint,i=imsint计算线圈某时刻的受力情况峰值(最大值)最大的瞬时值em=nbs,em=nm,im=emr+r当考虑某些电学元件(电容器、晶体管等)的击穿电压时,指的是交流电压的最大值有效值根据电流的热效应(电流通过电阻产生的热)进行定义对正弦、余弦式交变电流e=em2,