高考物理一輪精細復習 （必備基礎點撥+高考考點集結+考點專訓）交變電流的產生及描述課件

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1、交變電流的產生及變化規(guī)律交變電流的產生及變化規(guī)律想一想想一想 線圈在勻強磁場中轉動產生交變電流，線圈平面每轉線圈在勻強磁場中轉動產生交變電流，線圈平面每轉動一周，感應電流的方向改變幾次？線圈在什么位置，電流方動一周，感應電流的方向改變幾次？線圈在什么位置，電流方向會發(fā)生改變？向會發(fā)生改變？ 提示提示線圈每經過中性面一次，感應電流的方向就改變線圈每經過中性面一次，感應電流的方向就改變一次，線圈平面每轉動一周，經過兩次中性面，故感應電流的一次，線圈平面每轉動一周，經過兩次中性面，故感應電流的方向改變兩次。方向改變兩次。記一記記一記 1交變電流交變電流 (1)定義：定義： 和和 都隨時間做周期性變化

2、的都隨時間做周期性變化的電流。電流。 (2)圖象：如圖圖象：如圖1011(a)、(b)、(c)、(d)所示都屬所示都屬于交變電流。其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦于交變電流。其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，如圖式交變電流，如圖1011(a)所示。所示。大小大小方向方向圖圖1011 2正弦式電流的產生和圖象正弦式電流的產生和圖象 (1)產生：在勻強磁場里，線圈繞產生：在勻強磁場里，線圈繞 方向方向的軸勻速轉動。的軸勻速轉動。 (2)圖象：用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律，如圖象：用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置時開始計時，其圖象為正弦曲線。果線圈從中性面位置時開

3、始計時，其圖象為正弦曲線。如圖如圖1011(a)所示。所示。垂直于磁場垂直于磁場nBSsin tnBS3正弦式電流的函數表達式正弦式電流的函數表達式試一試試一試1一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖速轉動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖1012甲所示，則下列說法正確的是甲所示，則下列說法正確的是 ()圖圖1012At0時刻，線圈平面與中性面垂直時刻，線圈平面與中性面垂直Bt0.01 s時刻，時刻，的變化率最大的變化率最大Ct0.02 s時刻，交流電動勢達到最大時刻，交流電動勢達到最大D該線圈產

4、生的交流電動勢的圖象如圖乙所示該線圈產生的交流電動勢的圖象如圖乙所示答案：答案：B描述正弦式電流的物理量描述正弦式電流的物理量想一想想一想 有一個有一個10匝的正方形線框，邊長為匝的正方形線框，邊長為20 cm，線框總電阻為，線框總電阻為1 ，線框繞，線框繞OO軸軸以以10 rad/s的角速度勻速轉動，如圖的角速度勻速轉動，如圖1013所示，垂直于線框平面向里的勻所示，垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應強度為強磁場的磁感應強度為0.5 T。則正弦式電流電動勢和。則正弦式電流電動勢和電流的峰值和有效值分別為多少？電流的峰值和有效值分別為多少？圖圖1013記一記記一記一次周期性一次周期性次數次數

5、熱效應熱效應熱量熱量有效值有效值試一試試一試2.小型交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈小型交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉動，產生的在勻強磁場中勻速轉動，產生的感應電動勢與時間呈正弦函數關感應電動勢與時間呈正弦函數關系，如圖系，如圖1014所示。此線圈所示。此線圈與一個與一個R10 的電阻構成閉合電路，不計電路的其的電阻構成閉合電路，不計電路的其他電阻，下列說法正確的是他電阻，下列說法正確的是 ()圖圖1014A交變電流的周期為交變電流的周期為0.125 sB交變電流的頻率為交變電流的頻率為8 Hz答案：答案：C正弦式交變電流的變化規(guī)律正弦式交變電流的變化規(guī)律1.正弦式電流的變化規(guī)律正弦式

6、電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時線圈在中性面位置開始計時)eEmsin nBSsin t t電動勢電動勢mcos tBScos t磁通量磁通量圖象圖象函數函數規(guī)律規(guī)律物理量物理量圖象圖象函數函數規(guī)律規(guī)律物理量物理量電壓電壓電流電流2兩個特殊位置的特點兩個特殊位置的特點 3書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路 (1)確定正弦式交變電流的峰值，根據已知圖象讀出確定正弦式交變電流的峰值，根據已知圖象讀出或由公式或由公式EmnBS求出相應峰值。求出相應峰值。 (2)明確線圈的初始位置，找出對應的函數關系式。明確線圈的初始位置，找出對應的函數關系式。 若線圈從中性

7、面位置開始轉動，則若線圈從中性面位置開始轉動，則it圖象為正弦圖象為正弦函數圖象，函數式為函數圖象，函數式為iImsin t。 若線圈從垂直中性面位置開始轉動，則若線圈從垂直中性面位置開始轉動，則it圖象為圖象為余弦函數圖象，函數式為余弦函數圖象，函數式為iImcos t。 例例1(2012安徽高考安徽高考)圖圖1015甲是交流發(fā)電機模甲是交流發(fā)電機模型示意圖。在磁感應強度為型示意圖。在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一矩形線的勻強磁場中，有一矩形線圈圈abcd可繞線圈平面內垂直于磁感線的軸可繞線圈平面內垂直于磁感線的軸OO轉動，由線轉動，由線圈引出的導線圈引出的導線ae和和df分別與兩個跟線圈

8、一起繞分別與兩個跟線圈一起繞OO轉動的轉動的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸，這樣矩形線圈在轉動中就可以保持和外電路電滑動接觸，這樣矩形線圈在轉動中就可以保持和外電路電阻阻R形成閉合電路。圖乙是線圈的主視圖，導線形成閉合電路。圖乙是線圈的主視圖，導線ab和和cd分分別用它們的橫截面來表示。已知別用它們的橫截面來表示。已知ab長度為長度為L1，bc長度為長度為L2，線圈以恒定角速度線圈以恒定角速度逆時針轉動。逆時針轉動。(只考慮單匝線圈只考慮單匝線圈)圖圖1015 (1)線圈平面處于中性面位置時開始計時，試推導線圈平面處

9、于中性面位置時開始計時，試推導t時刻整時刻整個線圈中的感應電動勢個線圈中的感應電動勢e1的表達式；的表達式； (2)線圈平面處于與中性面成線圈平面處于與中性面成0夾角位置時開始計時，如圖夾角位置時開始計時，如圖丙所示，試寫出丙所示，試寫出t時刻整個線圈中的感應電動勢時刻整個線圈中的感應電動勢e2的表達式；的表達式； (3)若線圈電阻為若線圈電阻為r，求線圈每轉動一周電阻，求線圈每轉動一周電阻R上產生的焦耳上產生的焦耳熱。熱。(其他電阻均不計其他電阻均不計)交變電流瞬時值表達式求法：交變電流瞬時值表達式求法：(1)先求電動勢的最大值先求電動勢的最大值EmnBS； (3)明確從哪一位置開始計時，從

10、而確定是正弦函數明確從哪一位置開始計時，從而確定是正弦函數還是余弦函數；還是余弦函數； (4)寫出瞬時值的表達式。寫出瞬時值的表達式。交流電交流電“四值四值”的理解與應用的理解與應用交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較討論電容器的討論電容器的擊穿電壓擊穿電壓最大的瞬時值最大的瞬時值峰值峰值計算線圈某時計算線圈某時刻的受力情況刻的受力情況 eEmsin t iImsin t交變電流某一交變電流某一時刻的值時刻的值瞬時值瞬時值適用情況及說明適用情況及說明重要關系重要關系物理含義物理含義物理量物理量(1)計算與電流的熱效應有計算與電流的熱效應有關的

11、量關的量(如電功、電功率、如電功、電功率、電熱等電熱等) (2)電氣設備電氣設備“銘牌銘牌”上所上所標的一般是指有效值標的一般是指有效值(3)保險絲的熔斷電流為有保險絲的熔斷電流為有效值效值跟交變電跟交變電流的熱效流的熱效應等效的應等效的恒定電流恒定電流的值的值有效有效值值適用情況及說明適用情況及說明重要關系重要關系物理含義物理含義物理物理量量計算通過計算通過電路截面電路截面的電荷量的電荷量交變電流圖象交變電流圖象中圖線與時間中圖線與時間軸所夾的面積軸所夾的面積與時間的比值與時間的比值平均值平均值適用情況適用情況及說明及說明重要關系重要關系物理含義物理含義物理量物理量 例例2(2012河北衡水

12、調研河北衡水調研)如圖如圖1016所示，在磁感應強度為所示，在磁感應強度為B的勻強磁場中，的勻強磁場中，有一矩形線圈，面積為有一矩形線圈，面積為S，匝數為，匝數為N，內阻，內阻為為r，繞垂直磁感線的對稱軸，繞垂直磁感線的對稱軸OO以角速度以角速度勻速轉動，從勻速轉動，從圖示位置轉圖示位置轉90的過程中，下列說法正確的是的過程中，下列說法正確的是()圖圖1016 審題指導審題指導 第一步：抓關鍵點第一步：抓關鍵點產生余弦式交流電產生余弦式交流電從圖示位置開始計時從圖示位置開始計時線圈中產生交流電線圈中產生交流電勻強磁場、轉軸垂直于磁場、勻速勻強磁場、轉軸垂直于磁場、勻速轉動轉動獲取信息獲取信息關

13、鍵點關鍵點 第二步：找突破口第二步：找突破口 (1)要求產生電量要求產生電量應利用電流的平均值。應利用電流的平均值。 (2)要求平均功率要求平均功率應利用電流的有效值。應利用電流的有效值。 (3)要求瞬時值表達式要求瞬時值表達式eEmcos t。答案答案BC 模型概述模型概述 “電動機電動機”模型和模型和“發(fā)電機發(fā)電機”模型是高考題中時常出現(xiàn)的模型是高考題中時常出現(xiàn)的兩種物理模型，凡在安培力作用下在磁場中運動的通電導體均兩種物理模型，凡在安培力作用下在磁場中運動的通電導體均可看做電動機模型，在外力作用下在磁場中做切割磁感線運動可看做電動機模型，在外力作用下在磁場中做切割磁感線運動的導體均可看做

14、發(fā)電機模型，此模型綜合考查了磁場力的作用、的導體均可看做發(fā)電機模型，此模型綜合考查了磁場力的作用、電磁感應、恒定電流、交流電、能量轉化與守恒等知識。電磁感應、恒定電流、交流電、能量轉化與守恒等知識。右手抓著發(fā)電機右手抓著發(fā)電機左手抓著電動機左手抓著電動機形象比形象比喻喻(1)產生的感應電動勢方向產生的感應電動勢方向由右手定則判定由右手定則判定(2)感應電動勢大小由法拉感應電動勢大小由法拉第電磁感應定律計算第電磁感應定律計算(3)注意感應電流的最大值、注意感應電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值的瞬時值、有效值和平均值的計算計算(4)能量轉化中滿足守恒能量轉化中滿足守恒(1)受力由左手定則來判斷

15、受力由左手定則來判斷(2)能量關系：能量關系：P總總P輸出輸出P熱熱(3)實際功率：實際功率：P實際實際P額定額定(4)電壓、電流關系：電壓、電流關系：UIR解題要解題要點點機械能轉化為電能機械能轉化為電能電能轉化為機械能電能轉化為機械能能量轉化能量轉化閉合線圈在磁場中受外力轉閉合線圈在磁場中受外力轉動，產生感應電動勢動，產生感應電動勢通電線圈在磁場中受到安培通電線圈在磁場中受到安培力而轉動力而轉動工作原工作原理理發(fā)電機發(fā)電機電動機電動機 典例典例如圖如圖1017甲所示是某同學設計的一種甲所示是某同學設計的一種振動發(fā)電裝置的示意圖，一個半徑振動發(fā)電裝置的示意圖，一個半徑r0.10 m、匝數、匝

16、數n20的線圈套在永久磁鐵槽中，磁場的磁感線均沿半徑方的線圈套在永久磁鐵槽中，磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布向均勻分布(其右視圖如圖乙所示其右視圖如圖乙所示)。在線圈所在位置磁。在線圈所在位置磁感應強度感應強度B的大小均為的大小均為B0.20 T，線圈的電阻為，線圈的電阻為R10.50 ，它的引出線接有，它的引出線接有R29.5 的小電珠的小電珠L。外力推。外力推動線圈框架的動線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復運動，便有電流端，使線圈沿軸線做往復運動，便有電流通過電珠。當線圈向右的位移通過電珠。當線圈向右的位移x隨時間隨時間t變化的規(guī)律如圖變化的規(guī)律如圖丙所示時丙所示時(x取向右為正取向右為

17、正)。求：。求：(1)線圈運動時產生的感應電動勢線圈運動時產生的感應電動勢E的大小；的大小；(2)線圈運動時產生的感應電流線圈運動時產生的感應電流I的大??；的大??；(3)每一次推動線圈運動過程中作用力每一次推動線圈運動過程中作用力F的大?。坏拇笮。?4)該發(fā)電機的輸出功率該發(fā)電機的輸出功率P。圖圖1017 (3)由于線圈每次運動都是勻速直線運動，由平衡由于線圈每次運動都是勻速直線運動，由平衡條件條件F推推F安安，即，即F推推nBI2r200.20.223.140.1 N0.5 N。 (4)發(fā)電機的輸出功率即小電珠的電功率發(fā)電機的輸出功率即小電珠的電功率PI2R20.229.5 W0.38 W。

18、 答案答案(1)2 V(2)0.2 A(3)0.5 N(4)0.38 W 題后悟道題后悟道 (1)線圈在輻射形磁場中切割磁感線產生的電動勢等線圈在輻射形磁場中切割磁感線產生的電動勢等于每匝線圈產生電動勢的和。于每匝線圈產生電動勢的和。 (2)線圈所受的安培力等于各匝線圈所受安培力的和。線圈所受的安培力等于各匝線圈所受安培力的和。 (3)線圈是電源，燈泡是負載，其能量來源是推力做線圈是電源，燈泡是負載，其能量來源是推力做的功。的功。 如圖如圖1018所示為電動機的簡化模型，線圈所示為電動機的簡化模型，線圈abcd可繞軸可繞軸O1O2自由轉動。當線圈中通入如圖所示的電流時，自由轉動。當線圈中通入如

19、圖所示的電流時，順著順著O1O2的方向看去，線圈將的方向看去，線圈將 () 圖圖1018A順時針轉動順時針轉動B逆時針轉動逆時針轉動C仍然保持靜止仍然保持靜止D既可能順時針轉動，也可能逆時針轉動既可能順時針轉動，也可能逆時針轉動解析：在題中圖示位置，由左手定則可以判斷，解析：在題中圖示位置，由左手定則可以判斷，ab邊邊受到的安培力向上，受到的安培力向上，cd邊受到的安培力向下，則線圈邊受到的安培力向下，則線圈順時針轉動，故順時針轉動，故A項正確。項正確。答案：答案：A隨堂鞏固落實隨堂鞏固落實1(2013唐山模擬唐山模擬)一矩形線圈繞垂直于一矩形線圈繞垂直于勻強磁場方向、并位于線圈平面內的勻強磁

20、場方向、并位于線圈平面內的固定軸轉動，線圈中的感應電動勢固定軸轉動，線圈中的感應電動勢e隨時間隨時間t的變化情況如圖的變化情況如圖1019所示，則所示，則()At1時刻穿過線圈的磁通量為零時刻穿過線圈的磁通量為零Bt2時刻穿過線圈的磁通量為零時刻穿過線圈的磁通量為零圖圖1019Ct3時刻穿過線圈的磁通量變化率為零時刻穿過線圈的磁通量變化率為零Dt4時刻穿過線圈的磁通量變化率為零時刻穿過線圈的磁通量變化率為零解析：解析：t1時刻穿過線圈的磁通量為零，感應電動勢最大；時刻穿過線圈的磁通量為零，感應電動勢最大；t2時刻穿過線圈的磁通量最大，感應電動勢為零；時刻穿過線圈的磁通量最大，感應電動勢為零；t

21、3時刻時刻穿過線圈的磁通量變化率最大，感應電動勢最大；穿過線圈的磁通量變化率最大，感應電動勢最大；t4時刻時刻穿過線圈的磁通量變化率為零，感應電動勢為零，選項穿過線圈的磁通量變化率為零，感應電動勢為零，選項A、D正確。正確。答案：答案：AD2.通過某電流表的電流按如圖通過某電流表的電流按如圖10110所示的規(guī)律變化，則該電流表的所示的規(guī)律變化，則該電流表的讀數為讀數為 ()圖圖10110答案：答案：C3在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉軸勻速轉動，如圖轉軸勻速轉動，如圖10111甲所示，產生的交甲所示，產生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則

22、變電動勢的圖象如圖乙所示，則 ()圖圖10111At 0.005 s 時線框的磁通量變化率為零時線框的磁通量變化率為零Bt 0.01 s 時線框平面與中性面重合時線框平面與中性面重合C線框產生的交變電動勢有效值為線框產生的交變電動勢有效值為 311 VD線框產生的交變電動勢頻率為線框產生的交變電動勢頻率為 100 Hz答案：答案：BA周期是周期是0.01 sB最大值是最大值是311 VC有效值是有效值是220 VD表達式為表達式為u220sin 100t(V)解析：由交變電流的圖象知，周期是解析：由交變電流的圖象知，周期是0.02 s，A項錯；最項錯；最大值是大值是311 V，B項正確；有效值

23、是項正確；有效值是220 V，C項正確；項正確；瞬時值表達式為瞬時值表達式為u311 sin (100t) V，D項錯誤。項錯誤。 4如圖如圖10112是某種正弦式交變是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的壓的 ()圖圖10112答案：答案：BC5. 如圖如圖10113所示，矩形線圈所示，矩形線圈abcd在磁感在磁感應強度應強度B2 T的勻強磁場中繞軸的勻強磁場中繞軸OO以角以角速度速度10 rad/s勻速轉動，線圈共勻速轉動，線圈共10匝，匝，電阻電阻r5 ，ab0.3 m，bc0.6 m，負，負載電阻載電阻R45 。求：。求：(1)寫出從圖示位置開始計

24、時線圈中感應電動勢的瞬時寫出從圖示位置開始計時線圈中感應電動勢的瞬時值表達式；值表達式；(2)電阻電阻R在在0.05 s內產生的熱量；內產生的熱量；(3)0.05 s內流過電阻內流過電阻R上的電荷量上的電荷量(設線圈從垂直中性設線圈從垂直中性面開始轉動面開始轉動)。圖圖10113解析：解析：(1)電動勢的最大值為電動勢的最大值為EmnBS10 2 0.3 0.6 10 V113.04 V故瞬時值表達式故瞬時值表達式eEmcos t113.04cos (10t) V答案：答案：(1)e113.04cos 10t V(2)5.76 J(3)0.072 C（給有能力的學生加餐）（給有能力的學生加餐）

25、A0.2 sB0.02 sC0.01 s D0.005 s答案：答案：C2在如圖在如圖1甲所示的電路中，電阻甲所示的電路中，電阻R的阻值為的阻值為50 ，在，在ab間加上圖乙所示的正弦交流電，則下面說法中正間加上圖乙所示的正弦交流電，則下面說法中正確的是確的是 ()圖圖1A交流電壓的有效值為交流電壓的有效值為100 VB電流表示數為電流表示數為2 AC產生該交流電的線圈在磁場中轉動的角速度為產生該交流電的線圈在磁場中轉動的角速度為3.14 rad/sD在在1分鐘內電阻分鐘內電阻R上產生的熱量為上產生的熱量為1.2104 J答案：答案：ABD3.實驗室里的交流發(fā)電機可簡化為如圖實驗室里的交流發(fā)電

26、機可簡化為如圖2所所示的模型，正方形線圈在水平勻強磁場示的模型，正方形線圈在水平勻強磁場中，繞垂直于磁感線的中，繞垂直于磁感線的OO軸勻速轉動。軸勻速轉動。今在發(fā)電機的輸出端接一個電阻今在發(fā)電機的輸出端接一個電阻R和理和理想電壓表，并讓線圈每秒轉想電壓表，并讓線圈每秒轉25圈，讀出圈，讀出電壓表的示數為電壓表的示數為10 V。已知。已知R10 ，線圈電阻忽略，線圈電阻忽略不計，下列說法正確的是不計，下列說法正確的是 ()圖圖2C流過電阻流過電阻R的電流每秒鐘方向改變的電流每秒鐘方向改變50次次D電阻電阻R上的熱功率等于上的熱功率等于20 W答案：答案：BC4(2012西安五校聯(lián)考西安五校聯(lián)考)

27、如圖如圖3所示，所示，N匝矩形匝矩形導線框以角速度導線框以角速度在磁感應強度為在磁感應強度為B的勻強的勻強磁場中繞軸磁場中繞軸OO勻速轉動，線框面積為勻速轉動，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計，外電路接有電線框的電阻、電感均不計，外電路接有電阻阻R、理想電流表、理想電流表 和二極管和二極管D。二極管。二極管D具有單向導具有單向導電性，即正向電阻為零，反向電阻無窮大。下列說法電性，即正向電阻為零，反向電阻無窮大。下列說法正確的是正確的是 ()圖圖3答案：答案：D5.如圖如圖4所示，矩形線圈所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸可以分別繞垂直于磁場方向的軸P

28、1和和P2以相同的角速度勻速轉動，當線圈平面以相同的角速度勻速轉動，當線圈平面轉到與磁場方向平行時轉到與磁場方向平行時 ()A線圈繞線圈繞P1轉動時的電流等于繞轉動時的電流等于繞P2轉動時的電流轉動時的電流B線圈繞線圈繞P1轉動時的電動勢小于繞轉動時的電動勢小于繞P2轉動時的電動轉動時的電動勢勢圖圖4C線圈繞線圈繞P1和和P2轉動時電流的方向相同，都是轉動時電流的方向相同，都是a b c dD線圈繞線圈繞P1轉動時轉動時dc邊受到的安培力大于繞邊受到的安培力大于繞P2轉動時轉動時dc邊受到的安培力邊受到的安培力解析：只要線圈繞垂直于磁感線的軸轉動，在其他量相解析：只要線圈繞垂直于磁感線的軸轉動，在其他量相同時，產生的電動勢與轉軸的位置無關，故同時，產生的電動勢與轉軸的位置無關，故A對，對，B錯；錯；根據楞次定律，線圈繞根據楞次定律，線圈繞P1和和P2轉動時電流的方向相同，轉動時電流的方向相同，都是都是adcb，C錯；繞兩軸轉動時，在同一位置的錯；繞兩軸轉動時，在同一位置的瞬時電流相同，同一邊受到的安培力也相同，瞬時電流相同，同一邊受到的安培力也相同，D錯。錯。答案：答案：A