高考物理大一轮复习 第十章交变电流的产生及描述优秀PPT.ppt

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1、高考物理大一轮复习 第十章 交变电流的产生及描述课件第一页，本课件共有34页一、交变电流的产生1.交变电流:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流。知识梳理知识梳理2.正弦交变电流的产生将线圈置于匀强磁场,并绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦交变电流。第二页，本课件共有34页3.中性面(1)定义:与磁场方向垂直的平面。(2)特点:a.线圈位于中性面时,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。b.线圈转动一周,两次经过中性面,线圈每经过中性面一次,电流的方向就改变一次。第三页，本课件共有34页二、交变电流的变化规律二、交变电流的变化规律N匝面积为S的线圈以

2、角速度转动,从某次经过中性面开始计时,则e=NBSsint,用Em表示峰值,则Em=NBS,电流i=sint=Imsint。三、描述交变电流的物理量三、描述交变电流的物理量1.瞬时值:反映某时刻交变电流的大小和方向。2.有效值:根据电流的热效应来规定的,即在同一时间内,跟某一交流电使同一电阻产生相同热量的直流电的数值。正弦交流电的最大值与有效值之间的关系:Um=U,Im=第四页，本课件共有34页I,Em=E。3.周期和频率:描述交变电流变化快慢的物理量。(1)周期:完成一次周期性变化所需的时间。(2)频率:在1s内完成周期性变化的次数。(3)周期和频率的关系:T=,=2f。注意通常只有正弦交变

3、电流才有I=的关系,对于非正弦式交变电流的有效值要根据有效值的定义求解。第五页，本课件共有34页1.(1)线框在匀强磁场中转动经过中性面时,磁通量最大,感应电流也最大。()(2)各种交变电流的最大值都是有效值的倍。()(3)线框在匀强磁场中转动产生交变电动势的最大值为Em=nBS。()(4)可以用平均值计算交变电流产生的热量。()(5)可以用有效值计算交变电流电路中的电荷量问题。()答案(1)(2)(3)(4)(5)第六页，本课件共有34页2.如图所示,处在磁感应强度为B的匀强磁场中的单匝矩形线圈abcd,以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向垂直于纸面向里,线圈所围面积为S,线圈导线的总电阻为

4、R。t=0时刻线圈平面与纸面重合,且cd边正在离开纸面向外运动。则()A.线圈中电流的瞬时值i=costB.线圈中电流的有效值I=C.线圈中电流的有效值I=D.线圈消耗的电功率P=第七页，本课件共有34页答案C由题目条件可知,回路中感应电流最大值为,而如题图所示,t=0时刻线圈处于中性面,则电流瞬时值的表达式为i=sint,故A错。线圈中电流的有效值为I=,故B错,C正确。线圈消耗的电功率为P=I2R=R=,故D错。第八页，本课件共有34页3.(多选)边长为l的正方形闭合线框abcd,在磁感应强度为B的匀强磁场中,以角速度绕cd从图所示位置开始匀速转动,转动轴与磁场垂直,线框总电阻为R,一理想

5、电压表接在线框的c、d两点之间,下列说法中正确的是()A.线框转一周外力所做的功为B.线框转过90的过程中感应电动势的最大值为Bl2C.线框转过90的过程中通过线框导线横截面的电荷量为D.电压表示数为第九页，本课件共有34页答案ABC线框在转动过程中,产生的感应电动势的有效值为E=,电流的有效值为I=,又周期T=,则线框转动一周产生的热量Q=I2RT=R=,外力做的功W=Q,选项A正确;感应电动势的最大值Em=Bl2,选项B正确;线框转动90的过程中,流过导体某一横截面的电荷量q=,选项C正确;电压表的示数等于cd两端电压的有效值:U=I=,选项D错误。第十页，本课件共有34页4.家用电子调光

6、灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的,由截去部分的多少来调节电压,从而实现灯光的可调,比过去用变压器调压方便且体积较小,某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示,若用多用电表测灯泡两端的电压,多用电表示数为()A.UmB.UmC.UmD.Um答案C多用电表测得的电压值为有效值,根据电流的热效应有Q=T,得U有=Um,C正确。第十一页，本课件共有34页1.两个特殊位置及其特点两个特殊位置特点中性面线圈处于中性面时,SB,最大,=0,e=0,i=0,交变电流方向发生改变与中性面垂直的位置线圈平面与中性面垂直时,SB,=0,最大,e最大,i最大,交变电流方向不改变重难一

7、交变电流的产生及变化规律重难一交变电流的产生及变化规律重难突破重难突破交变电流的最大值,二是线圈的计时位置;线圈转动一周两次经过中性面,因此一个周期内交变电流方向改变两次。注意确定正弦式交变电流的瞬时值表达式需要解决两个问题,一是第十二页，本课件共有34页函数图象磁通量=mcost=BScost电动势e=Emsint=nBSsint电压u=Umsint=sint2.变化规律(线圈位于中性面位置开始计时)第十三页，本课件共有34页电流i=Imsint=sint第十四页，本课件共有34页典例1一台小型发电机产生的电动势随时间变化的规律图象如图甲所示,已知发电机线圈内阻为20,现外接一只“100V,

8、125W”的灯泡(忽略温度对电阻的影响),如图乙所示,则:()A.乙图时刻线圈中感应电流为0B.通过灯的电流随时间t的变化规律是i=Imcos(100t)AC.灯泡能正常发光D.灯泡的实际功率是80W第十五页，本课件共有34页解析由图乙可看出,该时刻线圈平面与磁场方向平行,穿过线圈的磁通量的变化率最大,故感应电流最大,选项A错误;灯泡的电阻R=80,电路中的电流I=A=1A,通过灯泡的电流i随时间t的变化规律为i=Imsint=sint=sin100t(A),故选项B错误;灯泡的额定电流I额=A=1.25AI,故灯泡不能正常发光,选项C错误;灯泡的实际功率P=I2R=1280W=80W,故选项

9、D正确。答案D第十六页，本课件共有34页交变电流瞬时值表达式求法交变电流瞬时值表达式求法:(1)先求电动势的最大值Em=nBS;(2)求出角速度=;(3)明确从哪一位置开始计时,从而确定是正弦函数还是余弦函数;(4)写出瞬时值的表达式。第十七页，本课件共有34页1-1(多选)一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流,其电动势的变化规律如图线a所示,当调整线圈转速后,电动势的变化规律如图线b所示。以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是()A.从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值B.线圈先后两次转速之比为23C.在图线a和b中,t=0时刻穿过线圈的磁通量均为零D.

10、图线b电动势的瞬时值表达式为e=100sint(V)第十八页，本课件共有34页答案AD解析根据图线a:感应电动势最大值Em=BSa=ma,因此磁通量的最大值m=Wb,A正确。线圈先后两次周期之比=,则转速之比=,B错误。t=0时刻感应电动势为零,线圈与中性面平行,磁通量最大,C错误。感应电动势的最大值Em=BS,因此=,即Emb=Ema=100V,图线b电动势的瞬时值表达式为e=Embsinbt=100sint(V),D正确。第十九页，本课件共有34页1-2如图所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角=45时如图(b)

11、为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则选项图中正确的是()第二十页，本课件共有34页答案D解析t=0时线圈中感应电流方向cbadc为负,经过时间,线圈平面与磁场垂直,线圈中瞬时电流为零,所以D正确,A、B、C错误。第二十一页，本课件共有34页物理量物理含义重要关系适用情况及说明交变电流某一时刻的值e=Emsinti=Imsint计算线圈某时刻的受力情况最大的瞬时值Em=nBSEm=nmIm=讨论电容器的击穿电压重难二交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值的比较重难二交变电流的瞬时值、最大值、有效值和平均值的比较第二十二页，本课件共有34页跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正(

12、余)弦交流电有:E=Em/U=Um/I=Im/(1)计算与电流热效应有关的量(如功、功率、热量等)(2)电器设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值交变电流图象中图线与时间轴所夹的面积与时间的比值=BL=n=计算通过电路截面的电荷量第二十三页，本课件共有34页典例2如图所示,边长为L的正方形线圈abcd的匝数为n,线圈电阻为r,外电路的电阻为R,ab的中点和cd的中点的连线OO恰好位于匀强磁场的边界上,磁感应强度为B,现在线圈以OO为轴,以角速度匀速转动,求:(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式;(2)线圈从图示位置转过90的过程中电阻R上产生的热量;(3)线圈从图示位置转

13、过90的过程中电阻R上通过的电荷量;(4)电阻R上的最大电压。解析(1)线圈转动时,总有一条边切割磁感线,且ad边和bc边转动的线速度大小相等,当线圈平行于磁场时,产生的感应电动势最大,为Em=nBLv=nBLL=nBL2。第二十四页，本课件共有34页由闭合电路欧姆定律可知Im=,当以图示位置为计时起点时,流过R的电流瞬时值表达式为i=Imsint=sint。(2)在线圈由图示位置匀速转动90的过程中,用有效值来计算电阻R上产生的热量Q=I2R,其中I=,T=,则Q=I2R=。(3)在转过90的过程中感应电动势的平均值为第二十五页，本课件共有34页=n=,流过R的平均电流=,所以流过R的电荷量

14、q=。(4)由部分电路欧姆定律可知电阻R上的最大电压Um=ImR=。答案见解析第二十六页，本课件共有34页2-1(多选)如图,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.4m,ad=bc=0.2m,线圈匝数N=100,电阻r=1,线圈在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以=100rad/s的角速度匀速转动,外接电阻R=9,以图示时刻开始计时,则()A.电动势瞬时值为e=160sin(100t)VB.t=0时线圈中磁通量变化率最大C.t=s时线圈中感应电动势最大D.交变电流的有效值是8A答案BCD解析电动势的瞬时值e=NBScost=1000.2(0.40.2)100cos(100t

15、)V=160cos(100t)V,A错误。图示时刻即t=0时,=0,但最大,B正确。t=s时,e=Em,C正确。交变电流的有效值I=8A,D正确。第二十七页，本课件共有34页2-2如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为()A.B.C.D.答案D解析扇形闭合导线框切割磁感线的有效长度始终是半径L,各点的平均速度v=,导线框进磁场和出磁场时有感应电流产生,由法拉第电磁感应定律和有效值的定义有:E=,=I2RT,可得I=,故D正确,A、B、C错误。

16、第二十八页，本课件共有34页交变电流有效值的计算方法交变电流有效值的计算方法1.交变电流有效值的求解思想方法思想方法交变电流类型有效值求解方法正弦式交变电流方法一:有效值=方法二:电流的热效应非正弦式交变电流电流的热效应注意利用电流的热效应进行有效值计算时,要注意“三同”:即“相同电阻”,“相同时间”内产生“相同热量”。计算时“相同时间”一般取一个周期。第二十九页，本课件共有34页名称电流(电压)图象有效值正弦式交变电流I=U=正弦半波脉冲电流I=U=2.几种典型的电流及其有效值第三十页，本课件共有34页正弦单向脉冲电流I=U=矩形脉冲电流I=ImU=Um非对称性交变电流I=U=第三十一页，本

17、课件共有34页典例典例一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为0.36。磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为()A.10-5AB.10-5AC.10-5AD.10-5A第三十二页，本课件共有34页解析由法拉第电磁感应定律和欧姆定律可得03s内产生的感应电流I1=210-5A,35s内产生的感应电流I2=310-5A,且与03s内方向相反,于是可作出i随时间t变化的图象如图所示。由有效值的定义得Rt1+Rt2=I2Rt,代入数据可得I=10-5A,故B选项正确。答案B第三十三页，本课件共有34页针对训练如图所示电路,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(正向电阻可看做零,反向电阻可看做无穷大),在A、B间加一正弦交流电u=20sin100t(V),则加在R2上的电压有效值为()A.10VB.20VC.15VD.5V答案D解析由二极管的单向导电性可知,加在R2上的电压波形为半个周期最大值为20V、半个周期最大值为10V的交流电。由有效值的定义可得加在R2上的电压有效值为5V,选项D正确。第三十四页，本课件共有34页