高考物理 第10章 交變電流 傳感器 交變電流 傳感器 基礎課時26 交變電流的產生和描述

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1、高考導航考點內容考點內容要求要求說明說明高考命題實況高考命題實況命題熱點命題熱點2014江蘇卷江蘇卷 2015江蘇卷江蘇卷交變電流描述交變電流的物交變電流描述交變電流的物理量和圖象理量和圖象(1)交變電流的變化規(guī)交變電流的變化規(guī)律，如交變電流瞬時律，如交變電流瞬時值表達式、交變電流值表達式、交變電流圖象的考查；圖象的考查；(2)交變電流瞬時值、交變電流瞬時值、峰值、有效值、平均峰值、有效值、平均值的理解和計算；值的理解和計算；(3)變壓器的原理、遠變壓器的原理、遠距離輸電的考查；距離輸電的考查；(4)含有變壓器的動態(tài)含有變壓器的動態(tài)分析問題的考查分析問題的考查正弦交變電流的函數表達式正弦交變電

2、流的函數表達式電感和電容對交變電流的影響電感和電容對交變電流的影響理想變壓器理想變壓器限于單個副線限于單個副線圈的理想變壓圈的理想變壓器器T33分分T13分分遠距離輸電遠距離輸電傳感器的工作原理及其應用傳感器的工作原理及其應用基礎課時基礎課時26交變電流的產生和描述交變電流的產生和描述知識梳理知識梳理知識點一、交變電流、交變電流的圖象知識點一、交變電流、交變電流的圖象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的電流。都隨時間做周期性變化的電流。(2)按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流。按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流。2.正弦交變電流的產生和圖象正弦交變電

3、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_方向的軸勻速轉動。方向的軸勻速轉動。(2)圖象：用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中圖象：用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計時，其圖象為正弦曲線。如圖甲、乙、丙所示。性面位置開始計時，其圖象為正弦曲線。如圖甲、乙、丙所示。大小大小方向方向垂直于磁場垂直于磁場一次周期性一次周期性次數次數2.正弦式交變電流的函數表達式正弦式交變電流的函數表達式(線圈在中性面位置開始計時線圈在中性面位置開始計時)(1)電動勢電動勢e隨時間變化的規(guī)律：隨時間變化的規(guī)律：e_。(2)負載兩端的電壓負載兩端的電壓

4、u隨時間變化的規(guī)律：隨時間變化的規(guī)律：u_。EmsintUmsint(3)電流電流i隨時間變化的規(guī)律：隨時間變化的規(guī)律：i_。其中。其中等于線圈轉等于線圈轉動的動的_，Em_。3.交變電流的瞬時值、峰值、有效值交變電流的瞬時值、峰值、有效值(1)瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數。瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數。(2)峰值：交變電流峰值：交變電流(電流、電壓或電動勢電流、電壓或電動勢)所能達到的最大的值，所能達到的最大的值，也叫最大值。也叫最大值。Imsint角速度角速度nBS知識點三、電感和電容對交變電流的影響知識點三、電感和電容對交變電流的影響1.電感對交變電流的阻礙作

5、用電感對交變電流的阻礙作用電感對交變電流阻礙作用的大小用電感對交變電流阻礙作用的大小用_表示，線圈的自表示，線圈的自感系數越大，交變電流的頻率越高，產生的自感電動勢感系數越大，交變電流的頻率越高，產生的自感電動勢就就_，對交變電流的阻礙作用，對交變電流的阻礙作用_，感抗就，感抗就_。所以電感具有所以電感具有“通通_、阻、阻_，通，通_、阻、阻_”的作用。的作用。2.電容器對交變電流的阻礙作用電容器對交變電流的阻礙作用電容對交流電的阻礙作用叫做電容對交流電的阻礙作用叫做_。電容器的電容越大，。電容器的電容越大，交流電的頻率越高，充、放電進行得越快交流電的頻率越高，充、放電進行得越快,容抗就容抗就

6、_?？梢姡娙萜骶哂锌梢?，電容器具有“隔隔_、通、通_，阻，阻_、通、通_”的作用。的作用。感抗感抗越大越大越大越大越大越大直流直流交流交流低頻低頻高頻高頻容抗容抗越小越小直流直流交流交流低頻低頻高頻高頻思考思考(1)線圈平面與中性面重合時，有何特點？線圈平面與中性線圈平面與中性面重合時，有何特點？線圈平面與中性面垂直時，有何特點？面垂直時，有何特點？(2)我國使用的交變電流周期是我國使用的交變電流周期是0.02s，電流方向每秒改變多，電流方向每秒改變多少次？少次？診斷自測診斷自測1.如圖所示，面積均為如圖所示，面積均為S的單匝線圈繞其對稱軸或中心軸在勻強磁的單匝線圈繞其對稱軸或中心軸在勻強磁

7、場場B中以角速度中以角速度勻速轉動，能產生正弦交變電動勢勻速轉動，能產生正弦交變電動勢eBSsint的圖是的圖是()解析解析線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸(軸在線圈所軸在線圈所在平面內在平面內)勻速轉動，產生的正弦交變電動勢為勻速轉動，產生的正弦交變電動勢為eBSsint，由這一原理可判斷，由這一原理可判斷，A圖正確。圖正確。答案答案A2.(多選多選)(2016廣東中山六校聯(lián)考廣東中山六校聯(lián)考)某正弦式交變電流的某正弦式交變電流的it圖象如圖象如圖圖1所示，則該電流的所示，則該電流的()圖圖1答案答案BD3.一邊長為一邊長為L的正方形單匝線框繞垂直于勻

8、強磁場的固定軸轉動，的正方形單匝線框繞垂直于勻強磁場的固定軸轉動，線框中產生的感應電動勢線框中產生的感應電動勢e隨時間隨時間t的變化情況如圖的變化情況如圖2所示。已知所示。已知勻強磁場的磁感應強度為勻強磁場的磁感應強度為B，則結合圖中所給信息可判定，則結合圖中所給信息可判定()圖圖2答案答案D4.通過一阻值通過一阻值R100的電阻的交變電流如的電阻的交變電流如圖圖3所示，其周期為所示，其周期為1s。電阻兩端電壓的。電阻兩端電壓的有效值為有效值為()圖圖3答案答案B5.(多選多選)如圖如圖4所示，在勻強磁場中勻速轉動的矩形線圈的周期為所示，在勻強磁場中勻速轉動的矩形線圈的周期為T，轉軸轉軸O1O

9、2垂直于磁場方向，線圈電阻為垂直于磁場方向，線圈電阻為2。從線圈平面與磁場。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈轉過方向平行時開始計時，線圈轉過60角時的感應電流為角時的感應電流為1A。那。那么么()圖圖4答案答案AC考點一正弦交變電流的產生及變化規(guī)律考點一正弦交變電流的產生及變化規(guī)律1.交流電產生過程中的兩個特殊位置交流電產生過程中的兩個特殊位置2.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)律磁通量：磁通量：mcost；電動勢：；電動勢：eEmsint；電流：；電流：iImsint?！纠纠?】(多選多選)如圖如圖5甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極

10、N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，為交流電流表。線圈為交流電流表。線圈繞垂直于磁場的水平軸繞垂直于磁場的水平軸OO沿逆時針方向勻速轉動，從圖示位沿逆時針方向勻速轉動，從圖示位置開始計時，產生的交變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示。置開始計時，產生的交變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示。以下判斷正確的是以下判斷正確的是()圖圖5A.電流表的示數為電流表的示數為10AB.線圈轉動的角速度為線圈轉動的角速度為50rad/sC.0.01s時線圈平面與磁場方向平行時線圈平面與磁場方向平行D.0.02s時電阻時電阻R中電流的方向自右向左中電流的方向自右向左答案答案AC反

11、思總結反思總結(1)解決此類問題的關鍵在于把線圈在勻強磁場中的具體位置與圖解決此類問題的關鍵在于把線圈在勻強磁場中的具體位置與圖象上的時刻對應好，也就是電流的變化規(guī)律與線圈在磁場中轉動象上的時刻對應好，也就是電流的變化規(guī)律與線圈在磁場中轉動的具體情境對應好。的具體情境對應好。(2)由正弦式交變電流圖象可直接、間接得到的信息由正弦式交變電流圖象可直接、間接得到的信息由圖象可讀出交變電流的電壓或電流的最大值，進而利用正弦由圖象可讀出交變電流的電壓或電流的最大值，進而利用正弦式交變電流最大值與有效值的關系得到有效值。式交變電流最大值與有效值的關系得到有效值。根據最大值、角速度等信息可以寫出交變電流的

12、瞬時值表達式。根據最大值、角速度等信息可以寫出交變電流的瞬時值表達式。(3)交變電動勢的最大值交變電動勢的最大值EmnBS，與轉軸位置無關，與線圈形，與轉軸位置無關，與線圈形狀無關。狀無關?！咀兪接柧殹俊咀兪接柧殹?.交變電流的產生過程交變電流的產生過程(2016四川成都新津中學考試四川成都新津中學考試)一閉合矩一閉合矩形線圈形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸繞垂直于磁感線的固定軸OO勻速轉動，線圈平面勻速轉動，線圈平面位于如圖位于如圖6甲所示的勻強磁場中。通過線圈內的磁通量甲所示的勻強磁場中。通過線圈內的磁通量隨時間隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確的是的變化規(guī)律如圖乙所示。下列說法

13、正確的是()圖圖6A.t1、t3時刻通過線圈的磁通量變化率最大時刻通過線圈的磁通量變化率最大B.t2、t4時刻線圈中感應電流方向改變時刻線圈中感應電流方向改變C.t1、t3時刻線圈中感應電流方向改變時刻線圈中感應電流方向改變D.t2、t4時刻線圈中感應電動勢最小時刻線圈中感應電動勢最小解析解析t1、t3時刻磁通量最大，磁通量的變化率為零，這兩個時時刻磁通量最大，磁通量的變化率為零，這兩個時刻感應電流方向改變，刻感應電流方向改變，t2、t4時刻感應電動勢最大，選項時刻感應電動勢最大，選項A、B、D錯誤，錯誤，C正確。正確。答案答案C2.圖象信息的應用圖象信息的應用(2016陜西寶雞質檢陜西寶雞質

14、檢)如圖如圖7所示，圖線所示，圖線a是線是線圈在勻強磁場中勻速轉動時產生的正弦式交變電流的圖象，當圈在勻強磁場中勻速轉動時產生的正弦式交變電流的圖象，當調整線圈轉速后，所產生的正弦式交變電流的圖象如圖線調整線圈轉速后，所產生的正弦式交變電流的圖象如圖線b所示。所示。以下關于這兩個正弦式交變電流的說法中正確的是以下關于這兩個正弦式交變電流的說法中正確的是()圖圖7答案答案C考點二描述交變電流的物理量考點二描述交變電流的物理量1.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圖圖8答案答案B【變式訓練】【變式訓練】3.(多選多選)(2016河南鄭州一模河南

15、鄭州一模)邊長為邊長為L的正方形線框在勻強磁場的正方形線框在勻強磁場B中中以角速度以角速度勻速轉動，產生的感應電流的最大值為勻速轉動，產生的感應電流的最大值為Im，設燈泡的電，設燈泡的電阻為阻為R，其他電阻不計。從如圖，其他電阻不計。從如圖9所示位置開始計時，則所示位置開始計時，則()圖圖9答案答案AD考點三電感和電容對交變電流的影響考點三電感和電容對交變電流的影響電阻、感抗、容抗的比較電阻、感抗、容抗的比較電阻電阻感抗感抗容抗容抗產生產生的原因的原因定向移動的自由電荷與定向移動的自由電荷與不動的離子間的碰撞不動的離子間的碰撞電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化電流的變化電容

16、器兩極板上積累的電荷電容器兩極板上積累的電荷對向這個方向定向移動的電對向這個方向定向移動的電荷的反抗作用荷的反抗作用在電路中的特在電路中的特點點對直流、交流均有阻礙對直流、交流均有阻礙作用作用只對變化的電流，如對交只對變化的電流，如對交流有阻礙作用流有阻礙作用不能通直流，只能通變化的不能通直流，只能通變化的電流。對直流的阻礙作用無電流。對直流的阻礙作用無限大，對交流的阻礙作用隨限大，對交流的阻礙作用隨頻率的降低而增大頻率的降低而增大決定因素決定因素由導體本身由導體本身(長短、粗長短、粗細、材料細、材料)決定，與溫決定，與溫度有關度有關由線圈本身的自感系數和由線圈本身的自感系數和交流的頻率決定交

17、流的頻率決定由電容的大小和交流的頻率由電容的大小和交流的頻率決定決定電能的轉化與電能的轉化與做功做功電流通過電阻做功，電電流通過電阻做功，電能轉化為內能能轉化為內能電能和磁場能往復轉化電能和磁場能往復轉化電能與電場能往復轉化電能與電場能往復轉化特別提醒特別提醒電感、電容接到交流電源上時，電能與磁場能或電場電感、電容接到交流電源上時，電能與磁場能或電場能往復轉化，所以不會消耗電能。而電流通過電阻時，一定會產能往復轉化，所以不會消耗電能。而電流通過電阻時，一定會產生焦耳熱，從而造成電能的損耗。生焦耳熱，從而造成電能的損耗?！纠纠?】(2015江蘇無錫一模江蘇無錫一模)某電源輸出的電流既有交流成分

18、某電源輸出的電流既有交流成分又有直流成分，而我們只需要穩(wěn)定的直流，下列設計的電路圖又有直流成分，而我們只需要穩(wěn)定的直流，下列設計的電路圖中，能最大限度使電阻中，能最大限度使電阻R2獲得穩(wěn)定直流的是獲得穩(wěn)定直流的是()解析解析由由A圖電路圖可知，電感線圈阻擋住低頻交流電，使低頻圖電路圖可知，電感線圈阻擋住低頻交流電，使低頻交流電通過電阻交流電通過電阻R1，電容器與電阻，電容器與電阻R2并聯(lián)，高頻交流電通過電容并聯(lián)，高頻交流電通過電容器，直流通過器，直流通過R2，符合要求，故，符合要求，故A正確；由正確；由B電路圖可知，該電路電路圖可知，該電路不能有效過濾高頻交流電，故不能有效過濾高頻交流電，故B

19、錯誤；由錯誤；由C電路圖可知，該電路不電路圖可知，該電路不能過濾通過能過濾通過R2的低頻交流電，故的低頻交流電，故C錯誤；由錯誤；由D電路圖可知，該電電路圖可知，該電路不能有效過濾通過路不能有效過濾通過R2的低頻成分，故的低頻成分，故D錯誤。錯誤。答案答案A【變式訓練】【變式訓練】4.(2015江蘇鹽城二模江蘇鹽城二模)某電源輸出的電流中既有交流成分又有直某電源輸出的電流中既有交流成分又有直流成分，如果需要在流成分，如果需要在R上得到直流成分，應在如圖上得到直流成分，應在如圖10所示電路所示電路中的中的A、B兩處連接合適的元件。合理的連接方式是兩處連接合適的元件。合理的連接方式是()圖圖10A

20、.A、B處均接電感處均接電感B.A、B處均接電容處均接電容C.A處接電感，處接電感，B處接電容處接電容D.A處接電容，處接電容，B處接電感處接電感解析解析由電感線圈通直流、阻交流，電容器隔直流、通交流的特由電感線圈通直流、阻交流，電容器隔直流、通交流的特點可知，點可知，A應接電感，應接電感，B處應接電容器，故處應接電容器，故C正確。正確。答案答案C1.(2016北京朝陽區(qū)一模北京朝陽區(qū)一模)一正弦式交變電流的電壓隨時間變化的一正弦式交變電流的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖規(guī)律如圖11所示。由圖可知該交變電流所示。由圖可知該交變電流()圖圖11答案答案B2.(2015四川理綜，四川理綜，4)小型手搖發(fā)

21、電機線圈共小型手搖發(fā)電機線圈共N匝，每匝可簡化為匝，每匝可簡化為矩形線圈矩形線圈abcd，磁極間的磁場視為勻強磁場，方向垂直于線圈，磁極間的磁場視為勻強磁場，方向垂直于線圈中心軸中心軸OO，線圈繞，線圈繞OO勻速轉動，如圖勻速轉動，如圖12所示。矩形線圈所示。矩形線圈ab邊邊和和cd邊產生的感應電動勢的最大值都為邊產生的感應電動勢的最大值都為e0，不計線圈電阻，則，不計線圈電阻，則發(fā)電機輸出電壓發(fā)電機輸出電壓()圖圖12答案答案D3.(多選多選)一正弦交流電源的一正弦交流電源的ut圖象如圖圖象如圖13甲所示，將它接在圖甲所示，將它接在圖乙所示電路的乙所示電路的ef兩端，若電阻的阻值為兩端，若電

22、阻的阻值為110，電源的內阻不，電源的內阻不計，交流電壓表是量程為計，交流電壓表是量程為250V的理想電表，則下列說法中正的理想電表，則下列說法中正確的是確的是()圖圖13A.通過電阻的電流方向通過電阻的電流方向1秒鐘改變秒鐘改變50次次B.交流電壓表示數為交流電壓表示數為220VC.產生該交變電流的線圈在磁場中勻速轉動的角速度為產生該交變電流的線圈在磁場中勻速轉動的角速度為100rad/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5.28104J答案答案BC4.(多選多選)(2015四川南充期末四川南充期末)如圖如圖14所示，閉合的矩形導體線圈所示，閉合的矩形導體線圈abc

23、d在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉動。沿勻速轉動。沿著著OO方向觀察，線圈沿順時針方向轉動。已知勻強磁場的磁方向觀察，線圈沿順時針方向轉動。已知勻強磁場的磁感應強度為感應強度為B，線圈匝數為，線圈匝數為n，ab邊的邊長為邊的邊長為L1，ad邊的邊長為邊的邊長為L2，線圈電阻為，線圈電阻為R，轉動的角速度為，轉動的角速度為，則當線圈轉至圖示位置，則當線圈轉至圖示位置時時()圖圖14A.線圈中感應電流的方向為線圈中感應電流的方向為abcdaB.線圈中的感應電動勢為線圈中的感應電動勢為2nBL2C.穿過線圈的磁通量隨時間的變化率最大穿過線圈的磁通量隨時間

24、的變化率最大D.線圈線圈ab邊所受安培力的大小為邊所受安培力的大小為n2B2L1L2/R解析解析當線圈轉至圖示的位置時，由楞次定律可知，線圈中感當線圈轉至圖示的位置時，由楞次定律可知，線圈中感應電流的方向為應電流的方向為abcda，選項，選項A正確；穿過線圈的磁通量隨時間正確；穿過線圈的磁通量隨時間的變化率最大，感應電動勢最大，線圈中的感應電動勢為的變化率最大，感應電動勢最大，線圈中的感應電動勢為nBL1L2，選項，選項B錯誤，錯誤，C正確；圖示時刻，正確；圖示時刻，ab邊中的電流與磁邊中的電流與磁場方向平行，此時場方向平行，此時ab不受安培力，選項不受安培力，選項D錯誤。錯誤。答案答案AC5

25、.(多選多選)如圖如圖15所示，面積為所示，面積為S的矩形線圈共的矩形線圈共N匝，線圈總電阻為匝，線圈總電阻為R，在磁感應強度為在磁感應強度為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場中以豎直線、方向垂直紙面向里的勻強磁場中以豎直線OO為軸，以角速度為軸，以角速度勻速旋轉，圖示位置勻速旋轉，圖示位置C與紙面共面，位置與紙面共面，位置A與位置與位置C成成45角。線圈從位置角。線圈從位置A轉過轉過90到達位置到達位置B的過程的過程中，下列說法正確的是中，下列說法正確的是()圖圖15答案答案AC小結巧記小結巧記6個概念個概念交變電流、周期、頻率、瞬時值、有效值、最大值交變電流、周期、頻率、瞬時值、有效值、最大值2個位置個位置中性面、與中性面垂直的平面中性面、與中性面垂直的平面2個表達式個表達式線圈從中性面和垂直中性面開始計時分別對應的線圈從中性面和垂直中性面開始計時分別對應的交變電流的瞬時表達式交變電流的瞬時表達式3種圖象種圖象et圖象、圖象、it圖象、圖象、t圖象圖象