202X届高考物理总复习第11章交变电流传感器第1课时交变电流的产生和描述课件教科版

1、第十一章交变电流传感器第十一章交变电流传感器线圈中的电流、电压与电功线圈中的电流、电压与电功率率, ,会分析变压器的动态变会分析变压器的动态变化过程化过程; ;掌握应用变压器进掌握应用变压器进行远距离输电问题行远距离输电问题. .用用第第1 1课时交变电流的产生和描述课时交变电流的产生和描述基础回顾基础回顾核心探究核心探究演练提升演练提升 基础回顾基础回顾 自主梳理自主梳理融会贯通融会贯通知识梳理知识梳理一、正弦交变电流的产生一、正弦交变电流的产生1.1.线圈绕线圈绕 方向的轴匀速转动方向的轴匀速转动. .垂直于磁场垂直于磁场2.2.两个特殊位置的特点两个特殊位置的特点t3.3.电流方向的改变

2、电流方向的改变: :一个周期内线圈中电流的方向改变一个周期内线圈中电流的方向改变 次次. .4.4.交变电动势的最大值交变电动势的最大值E Em m= = , ,与转轴位置无关与转轴位置无关, ,与线圈形状无关与线圈形状无关. .5.5.交变电动势随时间的变化规律交变电动势随时间的变化规律( (从中性面开始计时从中性面开始计时) )(1)(1)表达式表达式:e= :e= . . (2)(2)图像图像nBSnBSE Em msin tsin t两两(2)(2)频率频率f:f:交变电流在交变电流在1 s1 s时间内完成时间内完成 的次数的次数, ,单位是单位是 . .时间时间 周期性变化周期性变化

3、赫兹赫兹(Hz) (Hz) 2.2.交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)(1)瞬时值瞬时值: :交变电流交变电流 的值的值, ,是时间的函数是时间的函数. .(2)(2)峰值峰值: :交变电流或电压所能达到的交变电流或电压所能达到的 . .(3)(3)有效值有效值: :如果交流电与某一直流电通过同一电阻如果交流电与某一直流电通过同一电阻, ,在相同的时间内所在相同的时间内所 . . 相等相等, ,则这个直流电的电流和电压值则这个直流电的电流和电压值, ,就分别称为相应交流电的电就分别称为相应交流电的电流和电压的有效值流和电压的有效值. .某一时刻某

4、一时刻最大值最大值产生产生的热量的热量:、甲甲) )、( (丙丙) )自主检测自主检测1.1.思考判断思考判断(1)(1)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时, ,一定会产生正弦交变电流一定会产生正弦交变电流.(.() )(2)(2)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时矩形线圈在匀强磁场中匀速转动经过中性面时, ,线圈中的感应电动势为零线圈中的感应电动势为零, ,电流方向发生改变电流方向发生改变.(.() )(3)(3)交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值.(.() )(4)(4)交流电压表和电流表测量

5、的是峰值交流电压表和电流表测量的是峰值.(.() )(5)(5)交变电流的峰值总是有效值的交变电流的峰值总是有效值的 倍倍.(.() )答案答案: :(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(5)(5)22.2.(2018(2018四川泸州模拟四川泸州模拟) )如图所示是我国居民日常生活所用交变电流的图像如图所示是我国居民日常生活所用交变电流的图像, ,由图像可知由图像可知( ( ) )A.A.该交变电流的频率为该交变电流的频率为100 Hz100 HzB.B.该交变电流的有效值为该交变电流的有效值为311 V311 VC.C.该交变电流的周期是该交变电流的周期是2 s2 sD.D.该

6、交变电流的瞬时值表达式为该交变电流的瞬时值表达式为u=311sin 100t(V)u=311sin 100t(V)D D3.3.(2017(2017天津二模天津二模) )电阻不计的单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线电阻不计的单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动的轴匀速转动, ,产生的交流电压瞬时值表达式为产生的交流电压瞬时值表达式为u=100 cos 100t(V).u=100 cos 100t(V).下下列说法正确的是列说法正确的是( ( ) )A.A.当线圈平面与磁感线平行时当线圈平面与磁感线平行时, ,磁通量变化率最大磁通量变化率最大B.B.该交变电流电压的频率为该交变

7、电流电压的频率为100 Hz100 HzC.C.穿过线圈的磁通量最大值是穿过线圈的磁通量最大值是 WbWbD.D.用理想电压表测量该电压用理想电压表测量该电压, ,其示数约为其示数约为141 V141 VA A22 核心探究核心探究 分类探究分类探究各个击破各个击破考点一交变电流的产生及变化规律考点一交变电流的产生及变化规律1.1.正弦交变电流的变化规律正弦交变电流的变化规律( (线圈在中性面位置开始计时线圈在中性面位置开始计时) )2.2.三点注意三点注意(1)(1)只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动, ,就产生正弦就产生正弦交变

8、电流交变电流, ,其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关. .(2)-t(2)-t图像与对应的图像与对应的e-te-t图像是互余的图像是互余的. .(3)(3)电流方向的改变电流方向的改变: :线圈通过中性面时线圈通过中性面时, ,电流方向发生改变电流方向发生改变, ,一个周期内一个周期内线圈两次通过中性面线圈两次通过中性面, ,因此电流的方向改变两次因此电流的方向改变两次. .【典例典例1 1】 (2018(2018四川资阳模拟四川资阳模拟) )如图如图( (甲甲) )所示所示, ,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直矩形线圈在匀强

9、磁场中绕垂直于磁感线的中心轴于磁感线的中心轴OOOO匀速转动匀速转动, ,产生的感应电动势产生的感应电动势e e随时间随时间t t的变化曲线如图的变化曲线如图( (乙乙) )所示所示. .若外接电阻的阻值若外接电阻的阻值R=9 ,R=9 ,线圈的电阻线圈的电阻r=1 ,r=1 ,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( ( ) )A.A.线圈转速为线圈转速为100 rad/s100 rad/sB.0.01 sB.0.01 s末穿过线圈的磁通量最大末穿过线圈的磁通量最大C.C.通过线圈的最大电流为通过线圈的最大电流为10 A10 AD.D.线圈产生的交变电流的表达式线圈产生的交变电流的表达式i=1

10、0sin 25t(A)i=10sin 25t(A)C C方法技巧方法技巧 如何书写交变电流瞬时值的表达式如何书写交变电流瞬时值的表达式(1)(1)一定要注意初始位置是中性面还是峰值面一定要注意初始位置是中性面还是峰值面. .若从中性面开始若从中性面开始, ,则为正弦函则为正弦函数数; ;若从峰值面开始若从峰值面开始, ,则为余弦函数则为余弦函数. .(2)(2)弄清图像与瞬时值表达式之间的关系弄清图像与瞬时值表达式之间的关系, ,由图像可以直接看出周期与峰值由图像可以直接看出周期与峰值, ,由由= = 求角速度求角速度, ,然后就可以写出瞬时值的表达式然后就可以写出瞬时值的表达式. .2T【针

11、对训练针对训练】 (2018(2018武汉模拟武汉模拟) )如图所示如图所示, ,一矩形线圈一矩形线圈abcdabcd放置在匀强磁场中放置在匀强磁场中, ,并绕过并绕过ab,cdab,cd中点的轴中点的轴OOOO以角速度以角速度逆时针匀速转动逆时针匀速转动. .若以线圈平面与磁场若以线圈平面与磁场夹角为零时夹角为零时( (图示位置图示位置) )为计时起点为计时起点, ,并规定当电流自并规定当电流自a a流向流向b b时电流方向为正时电流方向为正. .则下列四幅图中正确的是则下列四幅图中正确的是( ( ) )D D解析解析: :由楞次定律可知初始时刻电流方向为由楞次定律可知初始时刻电流方向为b

12、b到到a,a,线圈从垂直于中性面开始线圈从垂直于中性面开始旋转旋转, ,故瞬时电流的表达式为故瞬时电流的表达式为i=-ii=-im mcos t,cos t,故故D D正确正确. .考点二交变电流有效值的求解考点二交变电流有效值的求解1.1.公式法公式法2.2.利用有效值的定义计算利用有效值的定义计算( (非正弦式电流非正弦式电流) )计算时计算时“相同时间相同时间”至少取一个周期或周期的整数倍至少取一个周期或周期的整数倍. .3.3.利用能量关系利用能量关系当有电能和其他形式的能转化时当有电能和其他形式的能转化时, ,可利用能的转化和守恒来求有效值可利用能的转化和守恒来求有效值. .【典例典

13、例2 2】 (2018(2018重庆校级模拟重庆校级模拟) )三个相同的电阻三个相同的电阻, ,分别通过如图分别通过如图( (甲甲) )、( (乙乙) )、( (丙丙) )所示的交变电流所示的交变电流, ,三个图中的三个图中的I I0 0和周期和周期T T都相同都相同. .下列说法中正确下列说法中正确的是的是( ( ) )A.A.在相同时间内三个电阻发热量相等在相同时间内三个电阻发热量相等B.B.在相同时间内在相同时间内,(,(甲甲) )、( (乙乙) )发热量相等发热量相等, ,是是( (丙丙) )发热量的发热量的2 2倍倍C.C.在相同时间内在相同时间内,(,(甲甲) )、( (丙丙) )

14、发热量相等发热量相等, ,是是( (乙乙) )发热量的发热量的D.D.在相同时间内在相同时间内,(,(乙乙) )发热量最大发热量最大,(,(甲甲) )次之次之,(,(丙丙) )的发热量最小的发热量最小12C C规律总结规律总结 几种典型交变电流的有效值几种典型交变电流的有效值【针对训练针对训练】 如图所示如图所示, ,图图( (甲甲) )和图和图( (乙乙) )分别表示正弦脉冲波和方波的交变电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若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻, ,则经过则经过1 1 minmin的时间的时间

15、, ,两电阻消耗的电功之比两电阻消耗的电功之比W W甲甲W W乙乙为为( ( ) )A.1 B.125A.1 B.125C.13C.13 D.175 D.175D D2考点三交变电流考点三交变电流“四值四值”的比较和应用的比较和应用对交变电流对交变电流“四值四值”的比较的比较mER r【典例典例3 3】 如图所示如图所示, ,线圈线圈abcdabcd的面积是的面积是0.05 m0.05 m2 2, ,共共100100匝匝, ,线圈电阻为线圈电阻为1 ,1 ,外接电阻外接电阻R R为为9 ,9 ,匀强磁场的磁感应强度为匀强磁场的磁感应强度为B= T,B= T,当线圈以当线圈以300 r/min3

16、00 r/min的转的转速匀速旋转时速匀速旋转时, ,求求: :(1)(1)若从线圈处于中性面开始计时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写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式; ;1核心点拨核心点拨 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, ,电压表和电压表和电流表的示数为电路中电压和电流的有效值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而电荷量的计算则需用该时间内的平均值内的平均值. .答案答案: :(1)e=50sin 10t(V)(1)e=50sin 10t(V)(2)(2)线圈转过线圈

17、转过 s s时电动势的瞬时值多大时电动势的瞬时值多大? ?130答案答案: :(2)43.3 V(2)43.3 V(3)(3)电路中电路中, ,电压表和电流表的示数各是多少电压表和电流表的示数各是多少? ?答案答案: :(3)31.86 V 3.54 A(3)31.86 V 3.54 A (4)(4)从中性面开始计时从中性面开始计时, ,经经 s s通过电阻通过电阻R R的电荷量为多少的电荷量为多少? ?130反思总结反思总结 交变电流交变电流“四值四值”的理解的理解(1)(1)交流电气铭牌上标示的是有效值交流电气铭牌上标示的是有效值; ;电表电表( (电压表、电流表电压表、电流表) )测量的

18、都是有测量的都是有效值效值. .(2)(2)电容器电容器( (或二极管或二极管) )所能承受的电压要高于交流电压的峰值所能承受的电压要高于交流电压的峰值, ,否则电容器否则电容器( (或二极管或二极管) )就可能被击穿就可能被击穿. .(3)(3)交流电路中交流电路中, ,欧姆定律、焦耳定律同样适用欧姆定律、焦耳定律同样适用. .功率、电热计算使用有效值功率、电热计算使用有效值. .(4)(4)电荷量的计算用平均值电荷量的计算用平均值. .【针对训练针对训练】 (2018 (2018辽宁辽阳模拟辽宁辽阳模拟) )如图所示如图所示, ,矩形线圈矩形线圈abcdabcd与可变电容器与可变电容器C

19、C、理想电流表理想电流表A A组成闭合电路组成闭合电路. .线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bcbc边匀速边匀速转动转动, ,转动的角速度转动的角速度=100 rad/s.=100 rad/s.线圈的匝数线圈的匝数N=100,N=100,边长边长ab=0.2 m,ad=0.4 ab=0.2 m,ad=0.4 m,m,电阻不计电阻不计. .磁感应强度大小磁感应强度大小B= T.B= T.电容器放电时间不计电容器放电时间不计. .下列说法正确的下列说法正确的是是( ( ) )A.A.该线圈产生的交流电动势峰值为该线圈产生的交流电动势峰值为50 V50 VB.B.

20、该线圈产生的交流电动势有效值为该线圈产生的交流电动势有效值为50 V50 VC.C.电容器的耐压值至少为电容器的耐压值至少为50 V50 VD.D.电容器的电容电容器的电容C C变大时变大时, ,电流表的示数变小电流表的示数变小B B216 演练提升演练提升 真题体验真题体验强化提升强化提升1.1. 交变电流的峰值和有效值交变电流的峰值和有效值 (2015(2015四川卷四川卷,4),4)小型手摇发电机线圈共小型手摇发电机线圈共N N匝匝, ,每每匝可简化为矩形线圈匝可简化为矩形线圈abcd,abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场磁极间的磁场视为匀强磁场, ,方向垂直于线圈中心方向垂直于线圈中心轴

21、轴OO,OO,线圈绕线圈绕OOOO匀速转动匀速转动, ,如图所示如图所示. .矩形线圈矩形线圈abab边和边和cdcd边产生的感应电动边产生的感应电动势的最大值都为势的最大值都为e e0 0, ,不计线圈电阻不计线圈电阻, ,则发电机输出电压则发电机输出电压( ( ) )D D2.2. 交变电流的变化规律及有效值应用交变电流的变化规律及有效值应用(2017(2017天津卷天津卷,6)(,6)(多选多选) )在匀强磁场中在匀强磁场中, ,一个一个100100匝的闭合矩形金属线圈匝的闭合矩形金属线圈, ,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动, ,穿过该线穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化. .设线圈总电阻为设线圈总电阻为2 ,2 ,则则( ( ) )A.t=0A.t=0时时, ,线圈平面平行于磁感线线圈平