《三维设计》新课标高考物理一轮总复习课件 第十章第1单元交变电流的产生及描述(57张ppt).ppt

三维设计2014新课标高考物理一轮总复习课件 第十章第1单元交变电流的产生及描述(57张ppt)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望记记一一记记 1交交变电变电流流 (1)定定义义：和和 都随都随时间时间做周期性做周期性变变化的化的电电流。流。(2)图图象：如象：如图图1011(a)、(b)、(c)、(d)所示都属所示都属于交于交变电变电流。其中按正弦流。其中按正弦规规律律变变化的交化的交变电变电流叫正弦式流叫正弦式交交变电变电流，如流，如图图1011(a)所示。所示。大小大小方向方向图图1011 2正弦式正弦式电电流的流的产产生和生和图图象象 (1)产产生：在匀生：在匀强强磁磁场场里，里，线线圈圈绕绕 方向方向的的轴轴匀速匀速转动转动。(2)图图象：用以描述交流象：用以描述交流电电随随时间变时间变化的化的规规律，如果律，如果线线圈从中性面位置圈从中性面位置时时开始开始计时计时，其，其图图象象为为正弦曲正弦曲线线。如。如图图1011(a)所示。所示。垂直于磁垂直于磁场场nBSsin tnBS3正弦式电流的函数表达式正弦式电流的函数表达式试试一一试试1一只矩形一只矩形线线圈在匀圈在匀强强磁磁场场中中绕绕垂直于磁感垂直于磁感线线的的轴轴匀匀速速转动转动，穿，穿过线过线圈的磁通量随圈的磁通量随时间变时间变化的化的图图象如象如图图1012甲所示，甲所示，则则下列下列说说法正确的是法正确的是 ()图图1012At0时时刻，刻，线线圈平面与中性面垂直圈平面与中性面垂直Bt0.01 s时时刻，刻，的的变变化率最大化率最大Ct0.02 s时时刻，交流刻，交流电动势电动势达到最大达到最大D该线该线圈圈产产生的交流生的交流电动势电动势的的图图象如象如图图乙所示乙所示答案：答案：B描述正弦式描述正弦式电电流的物理量流的物理量想一想想一想 有一个有一个10匝的正方形匝的正方形线线框，框，边长为边长为20 cm，线线框框总电总电阻阻为为1，线线框框绕绕OO轴轴以以10 rad/s的角速度匀速的角速度匀速转动转动，如，如图图1013所示，垂直于所示，垂直于线线框平面向里的匀框平面向里的匀强强磁磁场场的磁感的磁感应应强强度度为为0.5 T。则则正弦式正弦式电电流流电动势电动势和和电电流的峰流的峰值值和有效和有效值值分分别为别为多少？多少？图图1013记记一一记记一次周期性一次周期性次数次数热热效效应应热热量量有效有效值值试试一一试试2.小型交流小型交流发电发电机中，矩形金属机中，矩形金属线线圈圈在匀在匀强强磁磁场场中匀速中匀速转动转动，产产生的生的感感应电动势应电动势与与时间时间呈正弦函数关呈正弦函数关系，如系，如图图1014所示。此所示。此线线圈圈与一个与一个R10 的的电电阻构成阻构成闭闭合合电电路，不路，不计电计电路的其路的其他他电电阻，下列阻，下列说说法正确的是法正确的是 ()图图1014A交交变电变电流的周期流的周期为为0.125 sB交交变电变电流的流的频频率率为为8 Hz答案：答案：C正弦式交正弦式交变电变电流的流的变变化化规规律律1.正弦式正弦式电电流的流的变变化化规规律律(线线圈在中性面位置开始圈在中性面位置开始计时计时)eEmsin nBSsin t t电动势电动势mcos tBScos t磁通量磁通量图图象象函数函数规规律律物理量物理量图图象象函数函数规规律律物理量物理量电压电压电电流流2两个特殊位置的特点两个特殊位置的特点 3书书写交写交变电变电流瞬流瞬时值时值表达式的基本思路表达式的基本思路 (1)确定正弦式交确定正弦式交变电变电流的峰流的峰值值，根据已知，根据已知图图象象读读出出或由公式或由公式EmnBS求出相求出相应应峰峰值值。(2)明确明确线线圈的初始位置，找出圈的初始位置，找出对应对应的函数关系式。的函数关系式。若若线线圈从中性面位置开始圈从中性面位置开始转动转动，则则it图图象象为为正弦正弦函数函数图图象，函数式象，函数式为为iImsin t。若若线线圈从垂直中性面位置开始圈从垂直中性面位置开始转动转动，则则it图图象象为为余弦函数余弦函数图图象，函数式象，函数式为为iImcos t。例例1(2012安徽高考安徽高考)图图1015甲是交流甲是交流发电发电机模机模型示意型示意图图。在磁感。在磁感应应强强度度为为B的匀的匀强强磁磁场场中，有一矩形中，有一矩形线线圈圈abcd可可绕线绕线圈平面内垂直于磁感圈平面内垂直于磁感线线的的轴轴OO转动转动，由，由线线圈引出的圈引出的导线导线ae和和df分分别别与两个跟与两个跟线线圈一起圈一起绕绕OO转动转动的的金属金属圆环圆环相相连连接，金属接，金属圆环圆环又分又分别别与两个固定的与两个固定的电电刷保持刷保持滑滑动动接触，接触，这样这样矩形矩形线线圈在圈在转动转动中就可以保持和外中就可以保持和外电电路路电电阻阻R形成形成闭闭合合电电路。路。图图乙是乙是线线圈的主圈的主视图视图，导线导线ab和和cd分分别别用它用它们们的横截面来表示。已知的横截面来表示。已知ab长长度度为为L1，bc长长度度为为L2，线线圈以恒定角速度圈以恒定角速度逆逆时针转动时针转动。(只考只考虑单虑单匝匝线线圈圈)图图1015 (1)线线圈平面圈平面处处于中性面位置于中性面位置时时开始开始计时计时，试试推推导导t时时刻整个刻整个线线圈中的感圈中的感应电动势应电动势e1的表达式；的表达式；(2)线线圈平面圈平面处处于与中性面成于与中性面成0夹夹角位置角位置时时开始开始计时计时，如，如图图丙所示，丙所示，试试写出写出t时时刻整个刻整个线线圈中的感圈中的感应电动势应电动势e2的表达式；的表达式；(3)若若线线圈圈电电阻阻为为r，求，求线线圈每圈每转动转动一周一周电电阻阻R上上产产生的焦耳生的焦耳热热。(其他其他电电阻均不阻均不计计)交交变电变电流瞬流瞬时值时值表达式求法：表达式求法：(1)先求先求电动势电动势的最大的最大值值EmnBS；(3)明确从哪一位置开始明确从哪一位置开始计时计时，从而确定是正弦函数，从而确定是正弦函数还还是余弦函数；是余弦函数；(4)写出瞬写出瞬时值时值的表达式。的表达式。交流交流电电“四四值值”的理解与的理解与应应用用交交变电变电流的瞬流的瞬时值时值、峰、峰值值、有效、有效值值和平均和平均值值的比的比较较讨论电讨论电容器的容器的击击穿穿电压电压最大的瞬最大的瞬时值时值峰峰值值计计算算线线圈某圈某时时刻的受力情况刻的受力情况 eEmsin t iImsin t交交变电变电流某一流某一时时刻的刻的值值瞬瞬时值时值适用情况及适用情况及说说明明重要关系重要关系物理含物理含义义物理量物理量(1)计计算与算与电电流的流的热热效效应应有有关的量关的量(如如电电功、功、电电功率、功率、电热电热等等)(2)电电气气设备设备“铭铭牌牌”上所上所标标的一般是指有效的一般是指有效值值(3)保保险丝险丝的熔断的熔断电电流流为为有有效效值值跟交跟交变电变电流的流的热热效效应应等效的等效的恒定恒定电电流流的的值值有效有效值值适用情况及适用情况及说说明明重要关系重要关系物理含物理含义义物理物理量量计计算通算通过过电电路截面路截面的的电电荷量荷量交交变电变电流流图图象象中中图线图线与与时间时间轴轴所所夹夹的面的面积积与与时间时间的比的比值值平均平均值值适用情况适用情况及及说说明明重要关系重要关系物理含物理含义义物理量物理量 例例2(2013河北衡水调研河北衡水调研)如如图图1016所示，在磁感所示，在磁感应应强强度度为为B的匀的匀强强磁磁场场中，中，有一矩形有一矩形线线圈，面圈，面积为积为S，匝数，匝数为为N，内阻，内阻为为r，绕绕垂直磁感垂直磁感线线的的对对称称轴轴OO以角速度以角速度匀速匀速转动转动，从，从图图示位置示位置转转90的的过过程中，下列程中，下列说说法正确的是法正确的是()图图1016 审题审题指指导导 第一步：抓关第一步：抓关键键点点产产生余弦式交流生余弦式交流电电从从图图示位置开始示位置开始计时计时线线圈中圈中产产生交流生交流电电匀匀强强磁磁场场、转轴转轴垂直于磁垂直于磁场场、匀速、匀速转动转动获获取信息取信息关关键键点点 第二步：找突破口第二步：找突破口 (1)要求要求产产生生电电量量应应利用利用电电流的平均流的平均值值。(2)要求平均功率要求平均功率应应利用利用电电流的有效流的有效值值。(3)要求瞬要求瞬时值时值表达式表达式eEmcos t。答案答案BC 模型概述模型概述 “电动电动机机”模型和模型和“发电发电机机”模型是高考模型是高考题题中中时时常出常出现现的两种的两种物理模型，凡在安培力作用下在磁物理模型，凡在安培力作用下在磁场场中运中运动动的通的通电导电导体均可看体均可看做做电动电动机模型，在外力作用下在磁机模型，在外力作用下在磁场场中做切割磁感中做切割磁感线线运运动动的的导导体均可看做体均可看做发电发电机模型，此模型机模型，此模型综综合考合考查查了磁了磁场场力的作用、力的作用、电电磁感磁感应应、恒定、恒定电电流、交流流、交流电电、能量、能量转转化与守恒等知化与守恒等知识识。超超链链接接右手抓着右手抓着发电发电机机左手抓着左手抓着电动电动机机形象比形象比喻喻(1)产产生的感生的感应电动势应电动势方向由方向由右手定右手定则则判定判定(2)感感应电动势应电动势大小由法拉第大小由法拉第电电磁感磁感应应定律定律计计算算(3)注意感注意感应电应电流的最大流的最大值值、瞬瞬时值时值、有效、有效值值和平均和平均值值的的计计算算(4)能量能量转转化中化中满满足守恒足守恒(1)受力由左手定受力由左手定则则来判断来判断(2)能量关系：能量关系：P总总P输输出出P热热(3)实际实际功率：功率：P实际实际P额额定定(4)电压电压、电电流关系：流关系：UIR解解题题要要点点机械能机械能转转化化为电为电能能电电能能转转化化为为机械能机械能能量能量转转化化闭闭合合线线圈在磁圈在磁场场中受外力中受外力转转动动，产产生感生感应电动势应电动势通通电线电线圈在磁圈在磁场场中受到安培中受到安培力而力而转动转动工作原工作原理理发电发电机机电动电动机机 典例典例如如图图1017甲所示是某同学甲所示是某同学设计设计的一种振的一种振动发电动发电装置的示意装置的示意图图，一个半径，一个半径r0.10 m、匝数、匝数n20的的线线圈套在永久磁圈套在永久磁铁铁槽中，磁槽中，磁场场的磁感的磁感线线均沿半径方向均沿半径方向均匀分布均匀分布(其右其右视图视图如如图图乙所示乙所示)。在。在线线圈所在位置磁感圈所在位置磁感应应强强度度B的大小均的大小均为为B0.20 T，线线圈的圈的电电阻阻为为R10.50，它的引出，它的引出线线接有接有R29.5 的小的小电电珠珠L。外力推。外力推动线动线圈圈框架的框架的P端，使端，使线线圈沿圈沿轴线轴线做往复运做往复运动动，便有，便有电电流通流通过电过电珠。当珠。当线线圈向右的位移圈向右的位移x随随时间时间t变变化的化的规规律如律如图图丙所示丙所示时时(x取向右取向右为为正正)。求：。求：(1)线线圈运圈运动时产动时产生的感生的感应电动势应电动势E的大小；的大小；(2)线线圈运圈运动时产动时产生的感生的感应电应电流流I的大小；的大小；(3)每一次推每一次推动线动线圈运圈运动过动过程中作用力程中作用力F的大小；的大小；(4)该发电该发电机的机的输输出功率出功率P。图图1017 (3)由于由于线线圈每次运圈每次运动动都是匀速直都是匀速直线线运运动动，由平衡条，由平衡条件件F推推F安安，即，即F推推nBI2r200.20.223.140.1 N0.5 N。(4)发电发电机的机的输输出功率即小出功率即小电电珠的珠的电电功率功率PI2R20.229.5 W0.38 W。答案答案(1)2 V(2)0.2 A(3)0.5 N(4)0.38 W 题题后悟道后悟道 (1)线线圈在圈在辐辐射形磁射形磁场场中切割磁感中切割磁感线产线产生的生的电动势电动势等等于每匝于每匝线线圈圈产产生生电动势电动势的和。的和。(2)线线圈所受的安培力等于各匝圈所受的安培力等于各匝线线圈所受安培力的和。圈所受安培力的和。(3)线线圈是圈是电电源，灯泡是源，灯泡是负载负载，其能量来源是推力做，其能量来源是推力做的功。的功。如如图图1018所示所示为电动为电动机的机的简简化模型，化模型，线线圈圈abcd可可绕轴绕轴O1O2自由自由转动转动。当。当线线圈中通入如圈中通入如图图所示的所示的电电流流时时，顺顺着着O1O2的方向看去，的方向看去，线线圈将圈将 ()图图1018A顺时针转动顺时针转动B逆逆时针转动时针转动C仍然保持静止仍然保持静止D既可能既可能顺时针转动顺时针转动，也可能逆，也可能逆时针转动时针转动解析：在解析：在题题中中图图示位置，由左手定示位置，由左手定则则可以判断，可以判断，ab边边受受到的安培力向上，到的安培力向上，cd边边受到的安培力向下，受到的安培力向下，则线则线圈圈顺时顺时针转动针转动，故，故A项项正确。正确。答案：答案：A随堂巩固落实随堂巩固落实1(2013唐山模拟唐山模拟)一矩形一矩形线线圈圈绕绕垂直于垂直于匀匀强强磁磁场场方向、并位于方向、并位于线线圈平面内的圈平面内的固定固定轴转动轴转动，线线圈中的感圈中的感应电动势应电动势e随随时间时间t的的变变化情况如化情况如图图1019所示，所示，则则()At1时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量圈的磁通量为为零零Bt2时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量圈的磁通量为为零零图图1019Ct3时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量圈的磁通量变变化率化率为为零零Dt4时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量圈的磁通量变变化率化率为为零零解析：解析：t1时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量圈的磁通量为为零，感零，感应电动势应电动势最大；最大；t2时时刻穿刻穿过线过线圈的磁通量最大，感圈的磁通量最大，感应电动势为应电动势为零；零；t3时时刻刻穿穿过线过线圈的磁通量圈的磁通量变变化率最大，感化率最大，感应电动势应电动势最大；最大；t4时时刻刻穿穿过线过线圈的磁通量圈的磁通量变变化率化率为为零，感零，感应电动势为应电动势为零，零，选项选项A、D正确。正确。答案：答案：AD2.通通过过某某电电流表的流表的电电流按如流按如图图10110所示的所示的规规律律变变化，化，则该电则该电流表的流表的读读数数为为 ()图图10110答案：答案：C3在匀在匀强强磁磁场场中，一矩形金属中，一矩形金属线线框框绕绕与磁感与磁感线线垂直的垂直的转轴转轴匀速匀速转动转动，如，如图图10111甲所示，甲所示，产产生的交生的交变变电动势电动势的的图图象如象如图图乙所示，乙所示，则则 ()图图10111At 0.005 s 时线时线框的磁通量框的磁通量变变化率化率为为零零Bt 0.01 s 时线时线框平面与中性面重合框平面与中性面重合C线线框框产产生的交生的交变电动势变电动势有效有效值为值为 311 VD线线框框产产生的交生的交变电动势频变电动势频率率为为 100 Hz答案：答案：BA周期是周期是0.01 sB最大最大值值是是311 VC有效有效值值是是220 VD表达式表达式为为u220sin 100t(V)解析：由交解析：由交变电变电流的流的图图象知，周期是象知，周期是0.02 s，A项错项错；最；最大大值值是是311 V，B项项正确；有效正确；有效值值是是220 V，C项项正确；正确；瞬瞬时值时值表达式表达式为为u311 sin(100t)V，D项错误项错误。4如如图图10112是某种正弦式交是某种正弦式交变变电压电压的波形的波形图图，由，由图图可确定可确定该电该电压压的的 ()图图10112答案：答案：BC5.如如图图10113所示，矩形所示，矩形线线圈圈abcd在磁感在磁感应应强强度度B2 T的匀的匀强强磁磁场场中中绕轴绕轴OO以角以角速度速度10 rad/s匀速匀速转动转动，线线圈共圈共10匝，匝，电电阻阻r5，ab0.3 m，bc0.6 m，负负载电载电阻阻R45。求：。求：(1)写出从写出从图图示位置开始示位置开始计时线计时线圈中感圈中感应电动势应电动势的瞬的瞬时时值值表达式；表达式；(2)电电阻阻R在在0.05 s内内产产生的生的热热量；量；(3)0.05 s内流内流过电过电阻阻R上的上的电电荷量荷量(设线设线圈从垂直中性圈从垂直中性面开始面开始转动转动)。图图10113解析：解析：(1)电动势电动势的最大的最大值为值为EmnBS10 2 0.3 0.6 10 V113.04 V故瞬故瞬时值时值表达式表达式eEmcos t113.04cos(10t)V答案：答案：(1)e113.04cos 10t V(2)5.76 J(3)0.072 C课时跟踪检测课时跟踪检测见见“课时跟踪检课时跟踪检测（三十七）测（三十七）”（给给有能力的学生加餐）有能力的学生加餐）A0.2 sB0.02 sC0.01 s D0.005 s答案：答案：C2在如在如图图1甲所示的甲所示的电电路中，路中，电电阻阻R的阻的阻值为值为50，在，在ab间间加上加上图图乙所示的正弦交流乙所示的正弦交流电电，则则下面下面说说法中正法中正确的是确的是 ()图图1A交流交流电压电压的有效的有效值为值为100 VB电电流表示数流表示数为为2 AC产产生生该该交流交流电电的的线线圈在磁圈在磁场场中中转动转动的角速度的角速度为为3.14 rad/sD在在1分分钟钟内内电电阻阻R上上产产生的生的热热量量为为1.2104 J答案：答案：ABD3.实验实验室里的交流室里的交流发电发电机可机可简简化化为为如如图图2所所示的模型，正方形示的模型，正方形线线圈在水平匀圈在水平匀强强磁磁场场中，中，绕绕垂直于磁感垂直于磁感线线的的OO轴轴匀速匀速转动转动。今在今在发电发电机的机的输输出端接一个出端接一个电电阻阻R和理和理想想电压电压表，并表，并让线让线圈每秒圈每秒转转25圈，圈，读读出出电压电压表的示数表的示数为为10 V。已知。已知R10，线线圈圈电电阻忽略阻忽略不不计计，下列，下列说说法正确的是法正确的是 ()图图2C流流过电过电阻阻R的的电电流每秒流每秒钟钟方向改方向改变变50次次D电电阻阻R上的上的热热功率等于功率等于20 W答案：答案：BC4(2012西安五校联考西安五校联考)如如图图3所示，所示，N匝矩形匝矩形导线导线框以角速度框以角速度在磁感在磁感应应强强度度为为B的匀的匀强强磁磁场场中中绕轴绕轴OO匀速匀速转动转动，线线框面框面积为积为S，线线框的框的电电阻、阻、电电感均不感均不计计，外，外电电路接有路接有电电阻阻R、理想、理想电电流表流表 和二极管和二极管D。二极管。二极管D具有具有单单向向导导电电性，即正向性，即正向电电阻阻为为零，反向零，反向电电阻无阻无穷穷大。下列大。下列说说法法正确的是正确的是 ()图图3答案：答案：D5.如如图图4所示，矩形所示，矩形线线圈圈abcd在匀在匀强强磁磁场场中中可以分可以分别绕别绕垂直于磁垂直于磁场场方向的方向的轴轴P1和和P2以相同的角速度匀速以相同的角速度匀速转动转动，当，当线线圈平面圈平面转转到与磁到与磁场场方向平行方向平行时时 ()A线线圈圈绕绕P1转动时转动时的的电电流等于流等于绕绕P2转动时转动时的的电电流流B线线圈圈绕绕P1转动时转动时的的电动势电动势小于小于绕绕P2转动时转动时的的电动电动势势图图4C线线圈圈绕绕P1和和P2转动时电转动时电流的方向相同，都是流的方向相同，都是a b c dD线线圈圈绕绕P1转动时转动时dc边边受到的安培力大于受到的安培力大于绕绕P2转动时转动时dc边边受到的安培力受到的安培力解析：只要解析：只要线线圈圈绕绕垂直于磁感垂直于磁感线线的的轴转动轴转动，在其他量相，在其他量相同同时时，产产生的生的电动势电动势与与转轴转轴的位置无关，故的位置无关，故A对对，B错错；根据楞次定律，根据楞次定律，线线圈圈绕绕P1和和P2转动时电转动时电流的方向相同，流的方向相同，都是都是adcb，C错错；绕绕两两轴转动时轴转动时，在同一位置的瞬，在同一位置的瞬时电时电流相同，同一流相同，同一边边受到的安培力也相同，受到的安培力也相同，D错错。答案：答案：A