高考物理总复习第1节交变电流的产生和描述课件

第十一章交变电流传感器考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018交变电流、交变电流的图像ⅠⅠ卷T16:变压器原、副线圈的三个基本关系以及电路的相关知识(原线圈中串有电阻)Ⅲ卷T19:变压器原、副线圈的三个基本关系(原线圈中串有灯泡)Ⅲ卷T21:考查交变电流的产生及描述未命题Ⅲ卷T16:将正弦交变电流和方波交变电流、有效值、焦耳定律有机融合Ⅲ卷T20:考查交变电流图像、法拉第电磁感应定律、楞次定律及其相关的知识点正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ理想变压器Ⅱ远距离输电Ⅰ实验十二:传感器的简单使用1.考查方式:高考涉及考点有交变电流的产生规律、图像及变压器的工作原理,一般难度中等或者中等偏下,以选择题居多.本章还将重点考查:(1)交变电流产生的原理、图像表达式及有效值的计算;(2)变压器原理中的电压比、电流比、功率关系及输电过程中的能量损耗.说明:(1)不要求讨论交变电流的相位和相位差的问题;(2)只限于单相理想变压器.2.命题趋势:变压器结合电路分析仍将是今后命题的热点.第1节交变电流的产生和描述根底过关考点研析素养提升根底知识一、交变电流1.交变电流:大小和方向随时间做

变化的电流.周期性根底过关紧扣教材·自主落实2.正弦交流电的产生和图像(1)产生:如下图,在匀强磁场里,线圈绕方向的轴匀速转动.垂直于磁场(2)中性面①定义:与磁场方向

的平面.垂直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,如下图.最大零零正弦教材解读1.人教版教材选修3-2P31手摇教学发电机产生交变电流;转动手柄,观察红黄二极管的发光情况,请问观察到什么现象说明什么问题答案:转动速度较慢的时候,观察到两个二极管轮流发光且比较暗;转速稍微加快,两个发光二极管亮度增大且几乎同时闪闪发光,分不出前后,说明电流的方向不断改变,改变快慢与线圈转动的速度有关.2.人教版教材选修3-2P32图-3交流发电机线圈的平面示意图中,设匀强磁场磁感应强度为B,正方形线圈边长为L,匝数为n,以O1O2为起点、角速度ω匀速转动,经过时间t转至实线位置,试推导此时线圈中感应电动势的表达式.教材解读二、描述交变电流的物理量1.交变电流的周期和频率的关系:T=

.2.交变电流的“四值〞(1)值:交变电流某一时刻的值,是时间的函数.(2)值:交变电流(电流、电压或电动势)所能到达的最大的值,也叫最大值.(3)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=.(4)平均值:用=n来计算.瞬时峰有效特别提醒通常所说交变电流、电压的数值,各种交流电气设备所标的额定电压和额定电流的数值,一般交流电表测量的数值,都是指有效值(除非有特殊说明).自主探究阅读教材选修3-2P35内容回答,生活中提到的哪些方面指的是交变电流的有效值?答案:人们通常说的家庭用电电压为220V;交流电气设备上标出的额定电压、额定电流;保险丝的熔断电流;交流电表的示数等均为有效值.(1)交变电流的主要特征是电流的方向随时间周期性变化.(

)过关巧练√1.思考判断(2)线圈经过中性面位置时产生的感应电动势最大.(

)(3)我国使用的交流电周期是0.02s,电流方向每秒钟改变100次.(

)(4)任何交变电流的最大值Im与有效值I之间的关系是Im=I.(

)(5)交流电压表及电流表的读数均为峰值.(

)×√××2.小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系,如下图.此线圈与一个R=10Ω的电阻构成闭合电路,电路中的其他电阻不计.以下说法正确的选项是()CA.交变电流的周期为0.125sB.交变电流的频率为8HzC.交变电流的有效值为AD.交变电流的最大值为4AA考点一交变电流的产生及变化规律1.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图像磁通量Φ=Φmcosωt=BScosωt电动势e=Emsinωt=nBSωsinωt考点研析核心探究·重难突破2.两个特殊位置及其特点(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,就产生正弦式交变电流,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.(2)Φ-t图像与对应的e-t图像是互余的.(3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次.【典例1】在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图(甲)所示,产生的交变电动势的图像如图(乙)所示,那么()A.t=0.005s时线框的磁通量变化率为零B.t=0.01s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100HzB【针对训练】如图(甲)所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab,cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.假设以线圈平面与磁场夹角θ=45°时,如图(乙)所示为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正,那么四幅图正确的选项是()D考点二交变电流有效值的求解2.交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的,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.注意“三同〞即“相同电阻〞上,“相同时间〞内产生“相同热量〞.计算时“相同时间〞至少要取一个周期的时间.3.几种典型的交变电流及其有效值4.在交流电路中,在没有具体说明的情况下,电压表、电流表、功率表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值.【典例2】如下图是某种交变电流的电流随时间变化的图线,i>0局部的图线是一个正弦曲线的正半周,i<0局部的图线是另一个正弦曲线的负半周,其最大值如图中所示,那么这种交变电流的有效值为()C〚思路探究〛(1)0～T周期内,电流的有效值怎么计算答案:连续的正弦式交变电流的有效值等于最大值除以.(2)0～3T周期内,电流的有效值怎么计算答案:非连续的正弦式交变电流的有效值按热效应来计算.反思总结(1)高中阶段可以定量求解有效值的只有正弦式交变电流(或其一局部),方波式电流及其组合.(3)正弦式半波、矩形脉动等交变电流只能利用电流热效应计算有效值.1.[定义法]通过一阻值R=100Ω的电阻的交变电流如下图,其周期为1s.电阻两端电压的有效值为()B题组训练2.[公式法]如图(甲)所示,将电阻R1,R2并联后再与R31=R3=20Ω,R2=10Ω,合上开关S后,通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图(乙)所示.那么()B考点三交变电流“四值〞的比较和应用对交变电流“四值〞的比较(1)假设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;(2)线圈转过s时电动势的瞬时值多大(3)电路中,电压表和电流表的示数各是多少(4)从中性面开始计时,经s通过电阻R的电荷量为多少〚核心点拨〛(1)中性面开始计时,说明为正弦交流电;(2)电路中的电表示数都是有效值;(3)计算电荷量时,需考虑物理量的平均值,而不能用有效值.题组训练1.[有效值、平均值的计算]如下图,一半径为r的半圆形单匝线圈垂直放在具有理想边界的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B.以直径ab为轴匀速转动,转速为n,ab与磁场边界重合,M和N是两个滑环,负载电阻为R.线圈、电流表和连接导线的电阻不计,以下说法中正确的选项是()AB核心素养1.模型构建发电机和电动机模型是高考中以电磁感应为背景命题的常见模型,但凡在外力作用下做切割磁感线运动而产生感应电流的导体均可看成发电机模型;凡在安培力作用下在磁场中运动的通电导体均可看成电动机模型.【思维拓展】发电机、电动机模型素养提升学科素养·演练提升2.模型条件电动机发电机工作原理通电线圈在磁场中受到安培力而转动闭合线圈在磁场中受外力转动,产生感应电动势能量转化电能转化为机械能机械能转化为电能解题要点(1)受力由左手定则来判断(2)能量关系:P总=P输出+P热(3)实际功率:P实际≤P额定(4)电压、电流关系:U>IR(1)产生的感应电动势方向由右手定则判定(2)感应电动势大小由法拉第电磁感应定律计算(3)注意感应电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值的区别(4)能量转化中满足能量守恒定律BD【例如2】如下图电路中接入电压为u=U0sinωt的正弦交流电,电路中接有一个交流电流表、保护电阻R0和一个电动机,电动机的线圈电阻为R.当输入端接通电源后,电动机带动一质量为m的重物匀速上升,此时电流表的示数为I,重力加速度为g,以下说法正确的选项是()C高考模拟1.(2021·全国Ⅲ卷,20)(多项选择)如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧.导线PQ中通有正弦交流电i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流正方向.导线框R中的感应电动势()AC2.(2021·全国Ⅲ卷,21)(多项选择)如图,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面.现使线框M,N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆