2019年高考物理专题12交流电学案

1、1 / 32专题 12 交流电超重点1交变电流的产生和描述一、交变电流、交变电流的图象1 .交变电流(1) 定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流.(2) 按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流.2 .正弦式交变电流的产生和图象(1) 产生：在匀强磁场里，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.(2) 图象：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，其图象为正弦曲 线.如图甲、乙、丙所示.二、正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值1.周期和频率2n(1) 周期(T):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T=co(2) 频率(f):交变

2、电流在 1 s 内完成周期性变化的次数.单位是赫兹(Hz).11(3) 周期和频率的关系：T=f或f=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=Emsinot.(2) 负载两端的电压u随时间变化的规律：u=Usinot.电流i随时间变化的规律：i=Imsinot.其中o等于线圈转动的角速度，Em=nBSo.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 / 32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作交变电流的有效

3、值.对正弦式交变电流，其有3 / 32=BS,最大感应电流为零,感应电流最大,方向不变2.正弦式交变电流的变化规律1.矩形线圈的面积为s,匝数为n在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴匀速转动当转到线圈平面与磁场垂直的图示位置时EnumE=U=考点一正弦交变电流的产生及变化规律效值和峰值的关系为:1 .交流电产生过程中的两个特殊位置图示概念中性面位置与中性面垂直的位置B/ S特点e=n十 = 0,最小口e=n厶t=nBSw，最方向改变以角速度33t3t4/32A.线圈中的电动势为nBSoB. 线圈中的电动势为 0C. 穿过线圈的磁通量为 0D. 穿过线圈的磁通量变化率最大【答案】B【解

4、析】團示时別纯框的四边都不切害幅感不产生感应电朋如即线圈中的电动势为Q,故选项必错误 选项F正确图示时刻线圈与瑟场垂直，礪通量最大-为=血故选项C错谋；图示位置线圈中的电动A势为匕根撼去拉第电磁感应定律片左可知穿过线圈的碗通量糜化率再山故选项B错误.2 .一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甲 所示.则下列说法正确的是(A.t= 0 时刻，线圈平面与中性面垂直B.t= 0.01 s 时刻， 的变化率最大C.t= 0.02 s 时刻，交流电动势达到最大D. 该线圈相应产生的交流电动势的图象如图乙所示【答案】B【解析】由题图甲可知，t= 0 时，通

5、过线圈的磁通量最大，线圈处于中性面位置.t= 0.01 s 时刻，磁通量为零，但磁通量变化率最大，所以A 错误，B 正确.t= 0.02 s 时，交流电动势应为 0, C、D 均错误.3 .图甲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abed可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴00转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕00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ed分别用它们的横截面来表示.已知ab长度为Li,beX5 / 32长度为L2，线圈

6、以恒定角速度3逆时针转动.（只考虑单匝线圈）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ei的表达式；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.【答案】见解析（2）e2=BLL23sin（31+ $o）【解析】拒形线圈如在磁场中转动时，亦、命切割磁感线，且转动的半径为尸即转动时訪、M的线速度 戶心=学，且与磁场方向的夹甬为 宀，在亡时刻，訪和虫因切割磁感线而 产主的感应电动势均为由图可知叫所以，整个线圈中的感应电动势良=2氏=况wsin3 盒R甲6/32当t= 0 时，线圈平面与中性面的夹角为$0,则t时

7、刻时，线圈平面与中性面的夹角为故此时感应电动势的瞬时值3t+$0e2=2BLvsin(3t+ $o)=BLL23sin(3t+ $o).7 / 322 定义法（1）设阻值、定时间：设将交变电流加在阻值为R的电阻上， 时间取t=T.（2）求热量： g Q + Q+.（分段法）2uf（3）求解有效值：根据Q= I2Rt=t代入求解有效值.R1 1注意：若图象部分是正弦（或余弦）式交变电流，其中的 二（但必须是从零至最大值或从最大值至零）和 2 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题组突破训练1 （多选）电阻R、R与交流电源按照图甲所示方式连接，R= 10Q,F2= 20Q.合上开

8、关 S 后，通过电阻艮的正弦式交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示贝 U （）卯乙A. 通过F的电流有效值是 1.2 AB.R两端的电压有效值是 6 VC. 通过F的电流有效值是 1.22 AD. 艮两端的电压最大值是 12 2 V【答案】BD【解析】苜先从交漩电團象中找出交变电溢的最大值即通过氏的电流最大11为0.62 A,由正弦式交变电流最大值与有效值的关系工=血可知其有效值为A,由于丘与丘串联，所以通过丘的电流有效值也 是0,6 Aj选项扒C错；晁两端电压有效值为区=功=6码选项B对;足两端电压最大值为归虑=0咸X20V=12f2巧 选项D对.考点二交变电流有效值的计算8/322.通过

9、一阻值R= 100Q的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s .电阻两端电压的有效值为（）9 / 32七叩.A. 12 VB. 4 护 VC. 15 VD. 8 审 V【答案】B11= 0.1 A 的时长ti= 0.8【解析】电流产生的热量与其方向无关，在一个周期内电流根据大小可分为两段，s ,丨2= 0.2 A 的时长t2= 0.2 s.根据有效值的定义有l（Rti+12Rt2=URT,其中T= 1 s,解得U= 4 10 V,B 正确.3如图所示是一交变电流的i-t图象，则该交变电流的有效值为（）ftA. 4 A8C.3AB. 2 2 A2 .30D. A3【答案】D19【解析】由卄團象潮

10、该交变电流一个周期的时间为3X10-;“前扌周期为正弦交变电溢，后彳周期为恒r1?走电流、则该电流通过-个电阻R在1个周期内产生的熱量为気/尹& -产护可确定有效值7考点三 交变电流的“四值”及应用10 / 3211 / 32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e=Emsin3t,父变电流某一时刻瞬时值的值u=Umsin3t,计算线圈某时刻的受力情况i=Imsin3tEn=nBSo当考虑某些电学兀件(电容器、最大值最大的瞬时值Em=nm3 ,晶体管等)的击穿电压时，指的Em是交流电压的最大值R+r(1)通常所说的交变电流的电对正弦、余弦式交变

11、电流压、电流强度，交流电表的读数，EmE=7=E，保险丝的熔断电流值， 电器设备根据电流的热效应铭牌上所标的电压、 电流值，都有效值(电流通过电阻产Um是指交变电流的有效值生的热)进行定义P，(2)计算与电流的热效应有关的Im1量(如电功、电功率、电热等)用r有效值交变电流图象中图E=BLV E=n-t平均值线与t轴所围成的计算通过电路截面的电荷量面积与时间的比值_E1=R+r典例如图所示，匀强磁场的磁感应强度B= 0.5 T，边长L= 10 cm 的正方形线圈共 100 匝，线圈总电阻r= 1Q,线圈绕垂直于磁感线的对称轴00匀速转动，角速度3=2nrad/s ，外电路中的电阻R= 4Q，求

12、：nr0/- T12 / 32(1)感应电动势的最大值.13 / 32(2) 由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过 60时的瞬时感应电动势.(3) 交流电压表的示数.(4) 线圈转动一周产生的总热量.1在;周期内通过电阻R的电荷量.6【答案】(1)3.14 V (2)1.57 V (3)1.78 V (4)0.99 J (5)0.087 C【解析】( (1) )感应电动势的最犬值为=75=100X0. 5X0.1;X2H V=3.14 V(2)由團示位蛊转过6CT时的瞬时感应电动势为尸氐曲60 =3,14X0.5 V=L57 V 交流电压表的示数为外电路两端电压的有效值，即3.14E 2U=R=-X4 V=1.78 VR+r4+1线圈转动一周产生的总热量为Em22Q=T= 0.99 JR+r阻R的电荷量为TET2.61q=IX6=R+rX6= 4+1X6 C =0.087C.题组突破训练1.小型手摇