广东物理一轮第十章交变电流的产生和描述

1、1. 能结合交流发电机的工作原理图，理解电动势随时间能结合交流发电机的工作原理图，理解电动势随时间 变化的规律变化的规律e=Emsint的推导过程，的推导过程，是线圈转动的是线圈转动的 角速度角速度 ()2. 交变电流、交变电流的图象交变电流、交变电流的图象 ()3.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值 ()4.理想变压器理想变压器 ()5. 远距离输电远距离输电 () 本章考查的热点有交流电的图象及有效值的计算、变本章考查的热点有交流电的图象及有效值的计算、变压器的原理、电压与电流及功率关系，题型以选择题为主，压器的原理、电压与电流及功率关系，题型以选

2、择题为主，也有将本章知识与电磁感应知识相结合进行综合考查，难也有将本章知识与电磁感应知识相结合进行综合考查，难度中等度中等. . 复习时应重点理解交流电的产生及描述，掌握变压器复习时应重点理解交流电的产生及描述，掌握变压器的电压比和电流比，了解变压器的电压、电流和功率的决的电压比和电流比，了解变压器的电压、电流和功率的决定因素，熟悉远距离输电的流程图；对传感器，要注意理定因素，熟悉远距离输电的流程图；对传感器，要注意理解传感器的工作原理和敏感元件的作用，同时注意与生产、解传感器的工作原理和敏感元件的作用，同时注意与生产、生活实际相联系生活实际相联系. . 一、交变电流的产生和变化规律一、交变电

3、流的产生和变化规律1交变电流：交变电流：大小和大小和 都随时间做都随时间做 变化的电流变化的电流2正弦式交变电流正弦式交变电流(1)定义：按定义：按 变化的交变电流，简称正弦式变化的交变电流，简称正弦式电流电流(2)中性面：线圈平面垂直于磁场，此时穿过线圈的磁通量中性面：线圈平面垂直于磁场，此时穿过线圈的磁通量最大最大方向方向周期性周期性正正(余余)弦规律弦规律(3)正弦式电流的产生正弦式电流的产生当闭合线圈由中性面位置当闭合线圈由中性面位置(图图1011中中O1O2位置位置)开始在匀强磁场中开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴绕垂直于磁场方向的轴 转动时，转动时，线圈中产生的感应电动势随时间

4、线圈中产生的感应电动势随时间 (4)正弦式电流的变化规律及对应图象正弦式电流的变化规律及对应图象(线圈在中性面位置开始计时线圈在中性面位置开始计时)匀速匀速按正弦规律变化按正弦规律变化规律规律物理量物理量函数函数图象图象磁通量磁通量mcostBScost电动势电动势eEmsintnBSsint二、描述交变电流的物理量二、描述交变电流的物理量1周期和频率周期和频率(1)周期周期(T)：交变电流完成一次周期性变化：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周线圈转一周)所需的所需的 ，单位是秒，单位是秒(s)，公式，公式T .(2)频率频率(f)：交变电流在：交变电流在1 s内完成周期性变化的内完成周期

5、性变化的 ，单，单位是赫兹位是赫兹(Hz)(3)周期和频率的关系：周期和频率的关系：T 或或f .时间时间次数次数2交变电流的四值交变电流的四值(1)峰值：峰值：Em .(2)瞬时值：交变电流在某一瞬时值：交变电流在某一 的值，是时间的函数的值，是时间的函数(3)有效值：根据电流的有效值：根据电流的 来规定来规定(4)平均值：平均值：E nBS时刻时刻热效应热效应三、电感和电容对交变电流的影响三、电感和电容对交变电流的影响1电感器电感器(1)感抗感抗(XL2fL)：指电感线圈对正弦交变电流的阻碍：指电感线圈对正弦交变电流的阻碍作用作用(2)作用：通作用：通 、通低频、阻、通低频、阻 2电容器电

6、容器(1)容抗容抗(XC )：指电容器对正弦交变电流的阻碍作用：指电容器对正弦交变电流的阻碍作用(2)作用：通作用：通 、阻低频、隔、阻低频、隔 直流直流高频高频高频高频直流直流1.图图1012中不表示交变电流的是中不表示交变电流的是 ()解析：解析：交变电流指的是大小和方向随时间均做周期性交变电流指的是大小和方向随时间均做周期性变化的电流，由此可知，变化的电流，由此可知，A不是交变电流不是交变电流答案：答案：A2.图图1013中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是定转轴匀速转动，不能产生正弦式交变电流的是()解析

7、：解析： A、B选项中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁选项中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且过线圈平面的转轴匀速转动，满足产生正弦式交场且过线圈平面的转轴匀速转动，满足产生正弦式交变电流的条件，能产生正弦式交变电流；变电流的条件，能产生正弦式交变电流；C选项中转轴选项中转轴平行于磁场，转动过程中，穿过线圈的磁通量始终为平行于磁场，转动过程中，穿过线圈的磁通量始终为零，故零，故C中不产生正弦式交变电流；中不产生正弦式交变电流；D选项中虽然只有选项中虽然只有一半线圈在磁场中，但是始终有一边切割磁感线，按一半线圈在磁场中，但是始终有一边切割磁感线，按照正弦规律产生感应电动势，且一边出时，另一边恰照正

8、弦规律产生感应电动势，且一边出时，另一边恰好进入，保证转动过程中感应电动势连续按照正弦规好进入，保证转动过程中感应电动势连续按照正弦规律变化故应选律变化故应选C.答案：答案：C3如图如图1014所示，单匝矩形线圈所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线线OO与磁感线垂直已知匀强与磁感线垂直已知匀强磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B1 T，线圈所，线圈所围面积围面积S0.1 m2，转速，转速12 r/min.若若从中性面开始计时，则线圈中产生从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为的感应电动势的瞬时值表达式应为 ()Ae12sin120

9、t(V)Be24sin120t(V)Ce0.04sin0.4t(V)De0.4cos2t(V)答案：答案：C4一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图1015甲所示，则下列说法中正确的是甲所示，则下列说法中正确的是 ()At0时刻线圈平面与中性面垂直时刻线圈平面与中性面垂直Bt0.01 s时刻时刻的变化率达最大的变化率达最大C0.02 s时刻感应电动势达到最大时刻感应电动势达到最大D该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示答案：

10、答案：B答案：答案：D6某同学在研究电容、电感对某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图时，采用了如图1016所所示的电路，其中示的电路，其中L1、L2是两是两个完全相同的灯泡已知把个完全相同的灯泡已知把开关置于开关置于3、4时，电路与交时，电路与交流电源连通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该流电源连通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是 ()A当开关置于当开关置于3、4时，稳定后若只增加交变电流的频时，稳定后若只增加交变电流的频率，则率，则L1变暗，变暗，L2变亮变

11、亮B当开关置于当开关置于1、2时，稳定后时，稳定后L1、L2二个灯泡均发光二个灯泡均发光且且L1比比L2亮亮C当开关置于当开关置于1、2时，稳定后时，稳定后L1、L2二个灯泡均发光二个灯泡均发光且亮度相同且亮度相同D在开关置于在开关置于3、4的瞬间，的瞬间，L2立即发光，而立即发光，而L1亮度慢亮度慢慢慢减弱减弱解析：解析：当开关置于当开关置于3、4的瞬间，因的瞬间，因L对电流的阻碍作对电流的阻碍作用，用，L1亮度慢慢变大，亮度慢慢变大，D错误；稳定后，若增大交流错误；稳定后，若增大交流电频率电频率f，则感抗增大，容抗减小，故，则感抗增大，容抗减小，故L1变暗，变暗，L2变亮，变亮，A正确；当

12、开关置于正确；当开关置于1、2时，稳定后因有时，稳定后因有C的电路不的电路不通，通，L2不亮，故不亮，故B、C均错误均错误答案：答案：A典例启迪典例启迪例例1如图如图1017所示，边长为所示，边长为l的的正方形线圈正方形线圈abcd的匝数为的匝数为n，ad边的中边的中点和点和bc边的中点的连线边的中点的连线OO恰好位于匀恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为强磁场的边界上，磁感应强度为B，线，线圈与外电阻圈与外电阻R构成闭合电路，整个线圈构成闭合电路，整个线圈的电阻为的电阻为r.现在让线圈以现在让线圈以OO连线为轴，连线为轴，以角速度以角速度匀速转动，从图示时刻开始匀速转动，从图示时刻开始计时

13、，求：计时，求：思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下两点：解答本题时应注意以下两点：(1)开始计时的位置在中性面位置开始计时的位置在中性面位置(2)线圈只有一半在磁场中线圈只有一半在磁场中归纳领悟归纳领悟(1)只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值只有当线圈从中性面位置开始计时，电流的瞬时值表达式才是正弦形式表达式才是正弦形式(2)注意峰值公式注意峰值公式EmnBS中的中的S为有效面积为有效面积(3)交变电流瞬时值表达式书写的基本思路交变电流瞬时值表达式书写的基本思路确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式式EmnBS求出相应峰值求出相应峰值

14、明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式题组突破题组突破1一个矩形线圈绕与匀强磁场垂直一个矩形线圈绕与匀强磁场垂直的的OO轴逆时针转动，线圈的两轴逆时针转动，线圈的两条引线分别与条引线分别与A、B两半圆铜环两半圆铜环相连，两个铜环通过滑动电刷连相连，两个铜环通过滑动电刷连入电路，电路中仅有一个电阻入电路，电路中仅有一个电阻R.如图如图1018所示，在线圈转动所示，在线圈转动过程中，通过过程中，通过R的电流的电流 ()A大小和方向都不断变化大小和方向都不断变化B大小不断变化，方向从大小不断变化，方向从ARBC大小和方向都不变大小和方向都不变D大小不断变化，

15、方向从大小不断变化，方向从BRA解析：解析：线圈中产生交流电，由于电刷交替与两铜环接线圈中产生交流电，由于电刷交替与两铜环接触，流过触，流过R的电流方向不变根据右手定则可知，通过的电流方向不变根据右手定则可知，通过R的电流方向是的电流方向是BRA.答案：答案：D2图图1019甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴固定轴OO匀速转动，线圈的匝数匀速转动，线圈的匝数n100匝、电阻匝、电阻r10 .在在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每时刻，线圈平面与磁场方向平

16、行，穿过每匝线圈的磁通量匝线圈的磁通量随时间随时间t按图按图1019乙所示正弦规乙所示正弦规律变化求：律变化求：(1)交流发电机产生的电动势的最大值；交流发电机产生的电动势的最大值；(2)写出该电动势的瞬时值表达式写出该电动势的瞬时值表达式答案：答案：(1)200 V(2)e200cos100t V典例启迪典例启迪例例2多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速现在的调光且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速现在的调光灯

17、、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的如图灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的如图10110所示为经过一个可控硅调节后加在电灯上的电压所示为经过一个可控硅调节后加在电灯上的电压即在正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之即在正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，一周期被截去调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压那么现在电灯上的电压为多少？从而改变电灯上的电压那么现在电灯上的电压为多少？归纳领悟归纳领悟(1)几种典型的交变电流的电压有效值几种典型的交变电流的电压有效值(2)非正弦式交变电流的有效值，一般是应用电流的热非正

18、弦式交变电流的有效值，一般是应用电流的热效应求解，此时应选一个周期的整数倍进行计算效应求解，此时应选一个周期的整数倍进行计算题组突破题组突破答案：答案：A4一个边长为一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为线框平面与磁场垂直，电阻为0.36 .磁感应强度磁感应强度B随随时间时间t的变化关系如图的变化关系如图10111所示，则线框中感应所示，则线框中感应电流的有效值为电流的有效值为 ()于是可作出于是可作出i随时间变化的图象如图所示随时间变化的图象如图所示答案：答案：B典例启迪典例启迪例例3一个电阻为一个电阻为r、边长为、边长为

19、L的正方的正方形线圈形线圈abcd共共N匝，线圈在磁感应强匝，线圈在磁感应强度为度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴的轴OO以如图以如图10112所示的角所示的角速度速度匀速转动，外电路电阻为匀速转动，外电路电阻为R.(1)说明此刻线圈感应电流的方向说明此刻线圈感应电流的方向(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？(3)线圈平面与磁感线夹角为线圈平面与磁感线夹角为60时的感应电动势为多大？时的感应电动势为多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多

20、少功？一周，柴油机做多少功？(5)从图示位置开始，线圈转过从图示位置开始，线圈转过60的过程中通过的过程中通过R的电的电量是多少？量是多少？(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？图中电流表和电压表的示数各是多少？思路点拨思路点拨线圈转动一周，柴油机做的功等于电路一线圈转动一周，柴油机做的功等于电路一周期内产生的电热，而电流表、电压表的示数为电流周期内产生的电热，而电流表、电压表的示数为电流和电压的有效值和电压的有效值 归纳领悟归纳领悟 交变电流交变电流“四值四值”的应用的应用物理量物理量应用情况及说明应用情况及说明瞬时值瞬时值计算线圈某时刻的受力情况计算线圈某时刻的受力情况最大值最大值当考虑

21、某些电学元件当考虑某些电学元件(电容器、晶体管等电容器、晶体管等)的击穿电的击穿电压时，指的是交变电压的最大值压时，指的是交变电压的最大值有效值有效值(1)通常所说的交变电流的电压、电流强度，交流电通常所说的交变电流的电压、电流强度，交流电表的读数，保险丝的熔断电流值，电器设备铭牌上表的读数，保险丝的熔断电流值，电器设备铭牌上所标的电压、电流值都是指交变电流的有效值所标的电压、电流值都是指交变电流的有效值(2)求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进行计算行计算平均值平均值计算有关电量时只能用平均值计算有关电量时只能用平均值题组突破题组突破A两线圈的

22、磁通量变化规律相同两线圈的磁通量变化规律相同B两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同C经相同的时间经相同的时间t(tT)，两线圈产生的热量相同，两线圈产生的热量相同D从此时刻起，经从此时刻起，经T/4时间，流过两线圈横截面的电荷时间，流过两线圈横截面的电荷量相同量相同答案：答案：B6如图如图10114所示，单匝矩形线所示，单匝矩形线圈放置在磁感应强度为圈放置在磁感应强度为B的匀强磁的匀强磁场中，以恒定的角速度场中，以恒定的角速度绕绕ab边转边转动，磁场方向垂直于纸面向里，动，磁场方向垂直于纸面向里，线圈所围面积为线圈所围面积为S，线圈导线的总，线圈导线的总电阻为电阻为R