物理十 交变电流 第1讲 交变电流的产生和描述 .ppt

专题十 交变电流考点内容要求热点1.交变电流、交变电流的图象高考对本章知识的考查主要体现在“三突出”，一般试题难度不大，且多以选择题的形式出现.1.突出考查交变电流的产生过程.2.突出考查交变电流的图象和交变电流的四值.3.突出考查变压器，对变压器原理理解的同时，还要掌握变压器的静态计算和动态分析，远距离输电也要重视.2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值3.理想变压器4.远距离输电实验十一：传感器的简单使用第1讲交变电流的产生和描述一、交变电流大小方向1.定义：_和_都随时间周期性变化的电流，简称交变电流.2.图象：如图 10-1-1 甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流.其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流，如图甲所示.甲乙丙丁图 10-1-1二、正弦式交变电流正(余)弦规律磁场匀速1.定义：按_变化的交变电流.2.产生：闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于_方向的轴，从中性面开始_转动，线圈中产生的电流.3.两个重要位置垂直最大零零一次(1)中性面：与磁场方向_的平面.线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量_，而磁通量的变化率为_，产生的感应电动势为_.线圈每经过中性面一次，电流方向就改变_，线圈转动一周，两次经过中性面，所以电流方向改变_.零最大最大(2)与中性面垂直的位置：穿过线圈平面的磁通量为_，磁通量的变化率_，产生的感应电动势_.两次【基础检测】1.(2016 年山东烟台模拟)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 10-1-2 甲所示，产生的交变电动势随时间变化规律的图象如图乙所示，已知发电机线圈内阻为 1.0，外接一个电阻为 9.0 的灯泡，则()甲乙图 10-1-2A.电压表的示数为 20 VB.电路中的电流方向每秒改变 5 次C.灯泡实际消耗的功率为 36 WD.电动势随时间变化的瞬时值表达式为 e20cos 5t(V)解析：根据题图乙可知，交变电流的周期 T0.2 s，频率 f5 Hz，所以电路中的电流方向每秒改变 10 次，B 错误；电动数为灯泡两端电压 UIR29 V18 V，A 错误；灯泡的实际功率为 PI2R36 W，C 正确.答案：C三、表征交变电流的物理量1.周期和频率周期性秒(1)周期：交变电流完成一次_变化所需的时间，通常用 T 表示，单位是_.单位时间赫兹(2)频率：交变电流在_ 内完成周期性变化的次数，通常用 f 表示，单位是_.(3)周期和频率的关系：_.T1f2.峰值和有效值最大值电流的热效应(1)峰值：指交变电流的电动势、电压或电流的_.(2)有效值：是根据_来规定的.让交变电流和恒定电流分别通过_的电阻，使它们在_时间内产生的_相等，就把这一直流电的 I、U 值叫做这一交变电流的电流、电压的有效值.相同相等热量(3)正弦式交变电流的有效值和最大值之间的关系：E _，I_，U_.【基础检测】2.如图 10-1-3 所示是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定()A.最大值是 311 VB.周期是 0.01 sC.有效值是 311 VD.表达式为 U220sin 100t(V)图 10-1-3解析：由题图可知，交流电的最大值是 311 V，有效值为V220 V；周期为 0.02 s；表达式为 U311sin 100t(V)；故选 A.答案：A线圈平面与中性面重合时，SB，最大，考点 1 正弦交变电流的产生及图象重点归纳1.正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动.(2)两个特殊位置的特点t0，e0，i0，电流方向将发生改变.最大，e 最线圈平面与中性面垂直时，SB，0，t大，i 最大，电流方向不改变.(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.(4)交变电动势的最大值 EmnBS，与转轴位置无关，与线圈形状无关.物理量函数图象磁通量mcos tBScos t电动势eEmsin tNBSsin t电压 uUmsin t 电流 iImsin t 2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)【考点练透】1.(多选，2013 年山东卷)如图 10-1-4 甲所示是小型交流发电机的示意图，两磁极 N、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表.线圈绕垂直于磁场方向的水平轴 OO沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，以下判断正确的是()甲乙图 10-1-4A.电流表的示数为 10 AB.线圈转动的角速度为 50 rad/sC.0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行D.0.02 s 时电阻 R 中电流的方向自右向左答案：AC物理量 物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值从中性面开始计时eEmsin tiImsin t计算线圈某时刻的受力情况峰 值最大的瞬时值EmnBSEmImRr讨论电容器的击穿电压考点 2 正弦交变电流的四值问题重点归纳正弦式交变电流四值的计算及应用物理量 物理含义重要关系适用情况及说明有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值(只 适 用 于正弦式交变电流)(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是指有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)交流电压表和电流表的读数为有效值(5)计算有效值时，时间一般取一个周期或取周期的整数倍(续表)物理量 物理含义重要关系适用情况及说明平均值某段时间内感应电动势或电流的平均值计算通过电路截面的电荷量(续表)典例剖析例 1：(多选，2014 年天津卷)如图 10-1-5 甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线 a、b所示，则()图 10-1-5A.两次 t0 时刻线圈平面均与中性面重合B.曲线 a、b 对应的线圈转速之比为 23C.曲线 a 表示的交变电动势频率为 25 HzD.曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10 V思维点拨：由图乙可以看出，a、b 均为正弦式交变电流，由二者的周期关系可求出二者的角速度关系，进而求两者峰值的关系，再确定 b 的有效值.解析：t0 时刻，两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零，因此线圈平面均与中性面重合，A 项正确；图中 a、b 对应答案：AC【考点练透】2.(多选，2016 年新课标全国卷)如图 10-1-6 所示，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 t0 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 逆时针匀速转动，则()图 10-1-6A.两导线框中均会产生正弦交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于 TD.两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等答案：BC方法 等效替代法1.等效法是在保证某种效果相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来研究和处理的方法.2.运用等效法处理问题的一般步骤为：(1)分析原事物(需研究求解的物理问题)的本质特性和非本质特性.(2)寻找适当的替代物，以保留原事物的本质特性，抛弃非本质特性.(3)研究替代物的特性及规律.(4)将替代物的规律迁移到原事物中去.(5)利用替代物遵循的规律、方法求解，得出结论.例 2：(2013 年海南卷)通过一阻值 R100 的电阻的交变电流如图 10-1-7 所示，其周期为 1 s.电阻两端电压的有效值为()图 10-1-7审题突破：选定一个周期，在一个周期内用热效应相同来求解.答案：B题外拓展：高中物理中常用等效替代的思想进行解题，如：(1)力的等效，合力与分力之间的等效；(2)运动的等效，合运动和分运动的等效；(3)模型的等效，如碰撞各类模型的等效.【触类旁通】如图 10-1-8 所示，甲、乙为两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压波形是正弦函数图象的一部分.下列说法正确的是()图 10-1-8A.图甲、图乙均表示交变电流B.图甲所示电压的瞬时值表达式为 u20sin 100t(V)C.图乙所示电压的有效值为 20 VD.图乙所示电压的有效值为 10 V解析：根据交变电流的定义，题图甲、图乙均表示交变电流，选项 A 正确；图甲所示电压最大值为 Um20 V，周期为示电压的有效值为 U10 V，选项 C 错误，D 正确.答案：ABD易错点 四值问题的计算例 3：(2015 年四川卷)小型手摇发电机线圈共 N 匝，每匝可简化为矩形线圈 abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴 OO，线圈绕OO匀速转动，如图 10-1-9所示.矩形线圈 ab 边和 cd 边产生的感应电动势的最大值都为 e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()图 10-1-9正解分析：由题意可知，线圈 ab 边和 cd 边产生的感应电动势的最大值都为 e0，因此对单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0，又因为发电机线圈共 N 匝，所以发电机线圈中总电动势最大值为 2Ne0，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计线圈内阻时，输出电压等于感应电动势的大小，即其峰值为2Ne0，故选项 A、B 错误；又由题意可知，若从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流，由其有效值与峰值的关答案：D【触类旁通】如图 10-1-10 所示，矩形线圈 abcd 与可变电容器 C、理想电流表组成闭合电路.线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的 bc 边匀速转动，转动的角速度100 rad/s.线圈的匝数 N100 匝，边长 ab0.2 m、ad0.4 m，电阻不计.磁场只分布 16T.电容器放电时间不在 bc 边的左侧，磁感应强度大小 B计.下列说法正确的是()图 10-1-10A.该线圈产生的交流电动势峰值为 50 VB.该线圈产生的交流电动势有效值为 25 VC.电容器的耐压值至少为 50 VD.电容器的电容 C 变大时，电流表的示数变小答案：B