高考物理总复习-第十章-交变电流-传感器讲义(共47页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第十章交变电流传感器考纲下载考向前瞻(1)交变电流描述交变电流的物理量和图像() (2)正弦交变电流的函数表达式()(3)电感和电容对交变电流的影响()(4)理想变压器()(5)远距离输电()(6)传感器的工作原理及其应用()预计在2016年的高考中,对交流电的考查仍会集中在正弦交变电流、变压器、远距离输电和传感器知识点上,仍将通过交变电流的图像考查交变电流的四值、变压器等问题,一般为分值不超过6分的选择题。第1节交变电流的产生及描述交变电流的产生及变化规律 对应学生用书P170必备知识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)图像:如图101
2、1(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流,其中图(a)按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流。图10112正弦式电流的产生和图像(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)图像:如果从线圈位于中性面开始计时,其图像为正弦曲线。如图1011(a)所示。(3)中性面:线圈平面与磁感线垂直的位置称为中性面。(4)中性面与峰值面(中性面的垂面)的比较中性面峰值面含义线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向平行磁通量最大(BS)0磁通量的变化率0最大感应电动势0最大(nBS)电流方向发生改变方向不变3正弦式电流的函数表达式(从中性面开始计时)(1)电动势e随时间变化的规
3、律:eEmsin_t,其中EmnBS,表示线圈转动的角速度。(2)负载两端的电压u随时间变化的规律:uUmsin_t。(3)电流i随时间变化的规律:iImsin_t。典题例析(2014连云港摸底)如图1012甲所示为一台小型发电机的示意图,单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时,产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为1.0 ,外接灯泡的电阻为9.0 。求:图1012(1)写出流经灯泡的瞬时电流的表达式;(2)转动过程中穿过线圈的最大磁通量;(3)线圈匀速转动一周的过程中,外力所做的功。 解析(1)由图得 eEmsin t6sin 100t(V)则电流 i0.6sin 10
4、0t(A)。(2)EmBS,Em6 V,100mBS 2.7102 Wb。(3)E6 V, 外力所做的功WQT7.2102 J。答案(1)i 0.6sin 100t(A)(2)2.7102Wb(3)7.2102 J书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值,根据已知图像读出或由公式EmnBS求出相应峰值。(2)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式。若线圈从中性面位置开始转动,则it图像为正弦函数图像,函数式为iImsin t。若线圈从垂直中性面位置开始转动,则it图像为余弦函数图像,函数式为iImcos t。针对训练1(2014榕城区三模)矩形线圈的面积为S,匝数为n
5、,在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直于磁场的轴OO以角速度匀速转动。当转到线圈平面与磁场垂直的图示位置时()图1013A线圈中的电动势为nBSB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解析:选B图示时刻线框的四边都不切割磁感线,不产生感应电动势,即线圈中的电动势为0,故A错误,B正确;图示时刻线框与磁场垂直,磁通量最大,为BS,故C错误;图示位置线圈中的电动势为0,根据法拉第电磁感应定律En可知穿过线圈的磁通量变化率为0,故D错误。2(多选)(2014广东名校质检)如图1014所示为交流发电机示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在金属滑环L上,导体制作的
6、两个电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理,下列分析正确的是()图1014A当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大B当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大C当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小D当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小解析:选AC当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零,线圈中的感应电流为零,选项A正确B错误;当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大,感应电流最大,选项C正确D错误
7、。描述正弦交流电的物理量 对应学生用书P171必备知识1周期和频率(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。(2)频率(f):交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹(Hz)。(3)周期和频率的关系:T。2有效值交变电流的有效值是根据电流的热效应规定的:让交流和恒定电流分别通过相同阻值的电阻,如果在交流的一个周期内它们产生的热量相等,而这个恒定电流是I、电压是U,我们就把I、U叫做这个交流的有效值。正弦式电流的有效值跟最大值之间的关系是:E Em、I Im、U Um。典题例析(多选)(2014天津高考)如图1015甲所示,在匀强磁场
8、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像如图乙中曲线a、b所示,则()图1015A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解析选ACt0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对应的周期之比为23,因此线圈转速之比nanb32,B项错误;a曲线表示的交流电动势的频率为fa Hz25 Hz,C项正确;a曲线对应线圈相应的电动势的最大值EamNBS,由图像知Eam15 V,b曲线对应线圈相应的
9、电动势的最大值EbmNBS,因此,Ebm10 V,有效值Eb V5 V,D项错误。当求有效值时,对于按正(余)弦规律变化的电流,可先根据EmNBS求出其最大值,然后根据E求出其有效值,当电流是非正(余)弦规律时,必须根据电流的热效应来求解,与电流的方向无关,且时间一般取一个周期。求交变电流的有效值时不能盲目套用公式E,此公式仅适用于正(余)弦交变电流。针对训练1先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化(如图1016甲所示);第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示。若甲、乙图中的U0、T所表示的电压、周期值是相同的,则以下说法正确的是()图1016A第一次灯
10、泡两端的电压有效值是U0/2B第二次灯泡两端的电压有效值是3U0/2C两次灯泡的电功率之比是29D两次灯泡的电功率之比是15解析:选D 甲电源电压的有效值U甲U0,A错;乙电源:T,解得U乙 U0,B错;两次功率之比。即只有D正确。2(2014红桥区二模)一个矩形线圈的匝数为N匝,线圈面积为S,在磁感应强度为B的匀强磁场中以的角速度绕垂直磁感线的轴匀速转动,开始时,线圈平面与磁场平行,对于它产生的交变电动势,下列判断正确的是()A瞬时值表达式为eNBSsin tB有效值为NBSC平均值为NBSD频率为2解析:选C矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁感线的轴以角速度匀速转动,线圈内产生的
11、是交流电,则产生电动势的最大值EmnBS,所以感应电动势的瞬时表达式为eNBScos t,故A错误;线圈中产生电动势的最大值EmnBS,则有效值为NBS,故B错误;根据法拉第电磁感应定律,NNBS,故C正确;由f,T,则有f,故D错误。对交流电四值的理解和应用 对应学生用书P172必备知识交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较物理含义重要关系适用情况瞬时值交变电流某一时刻的值eEmsin t iImsin t计算线圈某时刻的受力最大值最大的瞬时值EmnBSIm确定用电器的耐压值,如电容器、晶体管等的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正弦式交流电:E U I计算与电流热效应
12、相关的量,如功、功率、热量等;交流电表的测量值;电气设备所标注的额定电压、额定电流;保险丝的熔断电流平均值交变电流图像中图线与时间轴围成面积与时间的比值n计算通过电路某一截面的电荷量qt典题例析(2014南通三模)如图1017甲所示,单匝矩形闭合导线框abcd处于匀强磁场中,线框电阻为R,ab、ad的边长分别为L1、L2;磁感应强度B的大小随时间变化的规律如图乙所示。图1017(1)求02t0时间内,回路中电流I1的大小和方向; (2)求t0时刻ab边受到的安培力的大小F;(3)在2t0时刻后线框绕cd边以角速度匀速转动,计算线框中感应电流的有效值I2,并求线框从中性面开始转过90的过程中,通
13、过导线横截面的电量q。解析(1)在0到2t0时间内,回路中的感应电动势:E1;由图乙可知,;由闭合电路欧姆定律,则有:电流大小I1解得I1;由楞次定律可知,在0到2t0时间内,回路中的电流方向为逆时针。(2)安培力的大小FB1I1L1;t0时刻的磁场为B1那么安培力的大小为F。(3)线框匀速转动时,产生正弦交流电,感应电动势的最大值E2mB0L1L2,感应电动势的有效值E2E2m;感应电流的有效值I2;平均感应电流;通过导线横截面的电量qIt。答案(1)电流方向为逆时针(2)(3)针对训练1(多选)(2014延边州模拟)图1018甲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
14、匀强磁场,A 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像如图乙所示,以下判断正确的是()图1018A线圈转动的角速度为50 rad/sB电流表的示数为10 AC0.01 s时线圈平面与磁感线平行D0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右解析:选BCD角速度100 rad/s,故A错误;由题图乙可知交流电电流的最大值是Im10 A,则有效值为I10 A,由于电流表的示数为有效值,故电流表的示数为10 A,故B正确; 0.01 s时线圈中的感应电流最大,感应电动势最大,则穿过线圈的磁通量变化最快,磁通量为0,故线圈平面与磁
15、场方向平行,故C正确;由楞次定律可判断出0.02 s时流过电阻的电流方向自左向右,故D正确。2(多选)(2014江西二模)如图1019所示,电阻为r的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度100 rad/s匀速转动。t0时刻线圈平面与磁场垂直,各电表均为理想交流电表,则()图1019At0时刻线圈中的感应电动势最大B1 s内电路中的电流方向改变100次C滑片P下滑时,电压表的读数变大D开关K处于断开状态和闭合状态时,电流表的读数相同解析:选BC图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线,线圈中感应电动势为零,故A错误。由题意得:线圈转动的周期为 T0.02 s,频率f50 Hz。线圈每经过中性
16、面一次,感应电流方向改变一次,线圈转动一周电流方向改变两次,所以1 s内流过R的电流方向改变250次100次,故B正确;矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时,线圈中产生正弦式交变电流,感应电动势最大值为EmnBS,线圈在磁场中匀速转动时产生的感应电动势最大值不变,有效值不变,滑片P下滑时,R增大,据闭合电路欧姆定律可知,通过R的电流有效值减小,线圈的内电压减小,则R的电压有效值增大,电压表的读数增大,故C正确;开关K处于闭合状态时,由于交变电流能“通过”电容器,则电路中总的阻抗不同,电流的有效值不同,所以电流表的读数不同,故D错误。课时跟踪检测 一、单项选择题1(2014扬州测试)一
17、交流电压为u100sin 100tV,由此表达式可知()A用电压表测该电压其示数为50 VB该交流电压的周期为0.02 sC将该电压加在“100 V100 W”的灯泡两端,灯泡的实际功率小于100 WDt1/400 s时,该交流电压的瞬时值为50 V解析:选B电压有效值为100 V,故用电压表测该电压其示数为100 V,A项错误;100 rad/s,则周期T0.02 s,B项正确;该电压加在“100 V100 W”的灯泡两端,灯泡恰好正常工作,C项错;将t1/400 s代入瞬时值表达式得电压的瞬时值为100 V,D项错。2(2014北京海淀期末)将定值电阻R110 、R220 串联接在正弦交流
18、电路中,通过电阻R2的电流i随时间t变化的情况如图1所示。则()图1A通过R1的电流有效值是1.2 ABR1两端的电压有效值是6 VC通过R2的电流有效值是1.2 ADR2两端的电压有效值是6 V解析:选B通过R1的电流有效值是0.6 A,R1两端的电压有效值是6 V,选项A错误B正确;通过R2的电流有效值是0.6 A ,R2两端的电压有效值是12 V,选项C、D错误。3(2014福州质检)一个固定的矩形线圈abcd处于范围足够大的可变化的匀强磁场中,如图2所示,该匀强磁场由一对异名磁极产生,磁极以OO为轴匀速转动。在t0时刻,磁场的方向与线圈平行,磁极N离开纸面向外转动。规定由abcda方向
19、的感应电流为正,则图3中能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图像是()图2图3解析:选C磁极以OO为轴匀速转动可等效为磁场不变线圈向相反方向转动。在t0时刻,磁场的方向与线圈平面平行,感应电流最大,产生的感应电流方向为abcda。所以能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图像是图C。4将硬导线中间一段折成不封闭的正方形,每边长为l,它在磁感应强度为B、方向如图4所示的匀强磁场中匀速转动,转速为n,导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光,电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,灯泡的电阻应为()图4A.BC. D解析:选B导线转动过程中产生正弦交流电,其最大值E
20、m2nBl2,小灯泡正常发光,则P2,解得R,B项正确。5(2014宁波联考)如图5所示电路,电阻R1与电阻R2阻值相同,都为R,和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零,反向电阻可看作无穷大),在A、B间加一正弦交流电u20sin(100t) V,则加在R2上的电压有效值为()图5A10 V B20 VC15 V D5 V解析:选D由二极管的单项导电性可知,若二极管导通,加在R2上的电压波形为半个周期最大值为20 V,若二极管截止,R1、R2串联,则R2上的电压半个周期最大值为10 V。由有效值的定义可得加在R2上的电压有效值为5 V,选项D正确。6(2014安徽联考)如图6所示的区域内
21、存在匀强磁场,磁场的边界由x轴和y2sinx曲线围成(x2 m)。现把边长为2 m的正方形单匝线框以水平速度v10 m/s匀速地拉过该磁场区域,磁场区域的磁感应强度B0.4 T,线框的电阻R0.5 ,不计一切摩擦阻力,则()图6A水平拉力F的最大值为8 NB拉力F的最大功率为12.8 WC拉力F要做25.6 J的功才能让线框通过此磁场区D拉力F要做12.8 J的功才能让线框通过此磁场区解析:选C线框穿过磁场区时,BC或AD边切割磁感线的有效长度为y,产生的感应电动势eByv2Bvsinvt,线框所受的安培力F,当y2 m时,安培力最大,且最大值Fm N12.8 N,拉力的最大功率PmFmv12
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- 高考 物理 复习 第十 电流 传感器 讲义 47
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