2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十 交變電流 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述課件.ppt

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專題十交變電流 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述 考點(diǎn)1 正弦式交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律 1 正弦式交變電流 正弦規(guī)律 1 定義 按 變化的交變電流 簡稱正弦式電流 2 產(chǎn)生 當(dāng)閉合線圈由中性面位置 圖10 1 1中O1O2位置 開始在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間而變化的函數(shù)是正弦函數(shù) e 其中Em 這就是正弦式交變電流 圖10 1 1 勻速 Emsin t NBS 2 對中性面的理解 垂直 最大 0 0 1 中性面是與磁場方向 的平面 是假想的參考面 2 線圈平面位于中性面時(shí) 穿過線圈平面的磁通量 而磁通量的變化率為 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 3 線圈平面與中性面垂直時(shí) 穿過線圈平面的磁通量為 但磁通量的變化率 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 0 最大 最大 電流方向 兩 4 線圈每經(jīng)過中性面一次 就改變一次 線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周 兩次經(jīng)過中性面 所以電流的方向改變 次 考點(diǎn)2 描述交變電流的物理量 變化快慢 1 周期和頻率 描述交變電流 的物理量 1 周期T 交變電流完成一次周期性變化 線圈轉(zhuǎn)一周 所需的時(shí)間 單位是秒 s 周期越大 交變電流變化越 在一 個(gè)周期內(nèi) 交變電流的方向變化 次 慢 兩 2 頻率f 交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的 單位是赫茲 符號為Hz 頻率越大 交變電流變化越 3 周期和頻率的關(guān)系 f 2 次數(shù) 快 4 我國生活用電的電壓是 周期是 頻率是 每秒鐘電流方向變化 次 220V 0 02s 50Hz 100 2 交變電流的瞬時(shí)值 峰值 有效值和平均值 時(shí)刻 1 瞬時(shí)值 交變電流某一 的值 是時(shí)間的函數(shù) 2 峰值 交變電流的電流或電壓所能達(dá)到的 3 有效值 讓交變電流與恒定電流分別通過 的電阻 如果它們在一個(gè)周期產(chǎn)生的 相等 則這個(gè)恒定電流I 恒定電壓U就是這個(gè)交變電流的 4 正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系I U E 最大值 相同 熱量 有效值 基礎(chǔ)自測 1 2016年北京豐臺區(qū)高三期末 如圖10 1 2所示 矩形線框置于磁場中 該磁場可視為勻強(qiáng)磁場 線框通過導(dǎo)線與電阻構(gòu)成閉合電路 線框在磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針勻 速轉(zhuǎn)動(dòng) 下列說法正確的是 圖10 1 2 A 線框通過圖中位置瞬間 線框中的電流方向由A到BB 線框通過圖中位置瞬間 穿過線框的磁通量最大C 線框通過圖中位置瞬間 通過電阻的電流瞬時(shí)值最大D 若使線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增大一倍 那么通過電阻電流的 有效值變?yōu)樵瓉淼?2 倍 答案 C 2 多選 2016河南十校大聯(lián)考 小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖如圖10 1 3甲所示 在勻強(qiáng)磁場中 一矩形金屬線圈繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示 發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為10 外接一個(gè)電阻為90 乙 的燈泡 不計(jì)電路的其他電阻 則 甲圖10 1 3 A 燈泡兩端的電壓為198VB 每秒內(nèi)電流方向改變50次 C 燈泡實(shí)際消耗的功率為537 8W D 發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒產(chǎn)生的焦耳熱為48 4J答案 AD 3 多選 如圖10 1 4所示 圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象 當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后 所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖線b所示 以下關(guān)于這兩個(gè)正 弦式交變電流的說法正確的是 圖10 1 4A 在圖中t 0時(shí)刻穿過線圈的磁通量均為零B 線圈先 后兩次轉(zhuǎn)速之比為3 2C 交變電流a的瞬時(shí)值表達(dá)式為u 10sin5 t V D 交變電流b的最大值為5V答案 BC 4 先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電 第一次燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化 如圖10 1 5甲所示 第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示 若甲 乙圖中的U0 T 所表示的電壓 周期值是相同的 則以下說法正確的是 甲 乙 圖10 1 5 A 第一次 燈泡兩端的電壓有效值是 U02 B 第二次 燈泡兩端的電壓有效值是 3U02 C 第一 第二次 燈泡的電功率之比是2 9D 第一 第二次 燈泡的電功率之比是1 5答案 D 線圈平面與中性面重合時(shí) S B 最大 熱點(diǎn)1 交變電流的產(chǎn)生 描述及圖象 熱點(diǎn)歸納 1 正弦式交變電流的產(chǎn)生 1 線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 2 兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn) t 0 e 0 i 0 電流方向?qū)l(fā)生改變 最大 e最 線圈平面與中性面垂直時(shí) S B 0 t 大 i最大 電流方向不改變 3 電流方向的改變 線圈通過中性面時(shí) 電流方向發(fā)生改變 一個(gè)周期內(nèi)線圈兩次通過中性面 因此電流的方向改變兩次 4 交變電動(dòng)勢的最大值Em NBS 與轉(zhuǎn)軸位置無關(guān) 與線圈形狀無關(guān) 2 正弦式交變電流的變化規(guī)律 線圈在中性面位置開始計(jì) 時(shí) 續(xù)表 考向1 根據(jù)圖象判斷某兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn) 典題1 多選 2017年湖南長沙雅禮中學(xué)高三檢測 如圖10 1 6甲所示 一個(gè)矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 線圈內(nèi)磁通量隨時(shí)間t的變化如圖乙所 示 則下列說法正確的是 甲 乙 圖10 1 6A t1時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢最大B t2時(shí)刻ab的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向垂直C t3時(shí)刻線圈平面與中性面重合D t4 t5時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流的方向相同 等于零 故感應(yīng)電動(dòng)勢為零 故A錯(cuò)誤 t2時(shí)刻磁通量為 等于零 故沒有感應(yīng)電流 故D錯(cuò)誤 解析 t1時(shí)刻通過線圈的磁通量最大 此時(shí)磁通量的變化 率 t 零 線圈與磁場平行 故導(dǎo)線ab的速度方向跟磁感線垂直 故B正確 t3時(shí)刻線圈的磁通量最大 故此時(shí)線圈與中性面重合 故C正確 由題圖可知t5時(shí)刻線圈中磁通量最大 此時(shí)磁通量 的變化率 t 答案 BC易錯(cuò)提醒 線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生正弦式交變電流 穿過線圈的磁通量為零時(shí) 磁通量的變化率最大 感應(yīng)電動(dòng)勢最大 穿過線圈的磁通量最大時(shí) 磁通量的變化率為零 感應(yīng)電動(dòng)勢為零 考向2 正弦式交變電流的產(chǎn)生及其圖象 典題2 有一不動(dòng)的矩形線圈abcd 處于范圍足夠大的可轉(zhuǎn)動(dòng)的勻強(qiáng)磁場中 如圖10 1 7所示 該勻強(qiáng)磁場由一對磁極N S產(chǎn)生 磁極以O(shè)O 為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 在t 0時(shí)刻 磁場的方向與線圈平行 磁極N開始離開紙面向外轉(zhuǎn)動(dòng) 規(guī)定由a b c d a方向的感應(yīng)電流為正 則如下列各圖所示能反 映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖象是 圖10 1 7 A B C D 解析 磁極以O(shè)O 為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)可等效為磁場不動(dòng)線圈向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng) 在t 0時(shí)刻 由右手定則可知 產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)閍 b c d a 磁場的方向與線圈平面平行 感應(yīng)電流最大 故C項(xiàng)正確 答案 C 熱點(diǎn)2 非正弦式交變電流有效值的計(jì)算 熱點(diǎn)歸納 非正弦式交流電有效值的求解交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng) 電流通過電阻生熱 進(jìn)行定義的 所以進(jìn)行有效值計(jì)算時(shí) 要緊扣電流通過電阻生熱 或熱功率 進(jìn)行計(jì)算 注意 三同 即 相同電阻 相同時(shí)間 內(nèi)產(chǎn)生 相同熱量 計(jì)算時(shí) 相同時(shí)間 要取周期的整數(shù)倍 一般取一個(gè)周期 考向1 矩形波形的交流電 典題3 圖10 1 8是一交變電流隨時(shí)間變化的圖象 則 此交流電的有效值是 圖10 1 8 C 3 5A D 5A 解析 交流電的有效值是根據(jù)其熱效應(yīng)定義的 它是從電流產(chǎn)生焦耳熱相等的角度出發(fā) 使交流電與恒定電流等效 設(shè)交流電的有效值為I 令該交流電通過一阻值為R的純電阻 在 答案 D 考向2 半波正弦式變變電流 典題4 如圖10 1 9所示電路 電阻R1與電阻R2阻值相同 都為R 和R1并聯(lián)的D為理想二極管 正向電阻可看作零 反向電阻可看成無窮大 在A B間加一正弦式交流電u sin100 t V 則加在R2上的電壓的有效值為 圖10 1 9 A 10V B 20V C 15V D V 解析 電壓值取正值時(shí) 即在前半個(gè)周期內(nèi) 二極管電阻為零 R2上的電壓等于輸入電壓值 電壓值取負(fù)值時(shí) 即在后半個(gè)周期內(nèi) 二極管電阻無窮大可看作斷路 R2上的電壓等于輸入電壓值的一半 據(jù)此可設(shè)加在R2的電壓的有效值為U 根 U V 故選項(xiàng)D正確 答案 D 遷移拓展 一個(gè) U 形金屬線框在勻強(qiáng)磁場中繞OO 軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 通過導(dǎo)線給同一電阻R供電 如圖10 1 10甲 乙所示 其中圖甲中OO 軸右側(cè)有磁場 圖乙中整個(gè)空間均有磁場 兩磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度相同 則甲 乙兩圖中交流 電流表的示數(shù)之比為 甲 乙 圖10 1 10 A 1 B 1 2 C 1 4 D 1 1 答案 A 熱點(diǎn)3考向1 交變電流 四值 的比較交變電流瞬時(shí)表達(dá)式的書寫 典題5 交流發(fā)電機(jī)模型示意圖如圖10 1 11甲所示 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中 有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO 轉(zhuǎn)動(dòng) 由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞OO 轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接 金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸 這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路 圖乙是線圈的主視圖 導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示 已知ab長度為l1 bc長度為l2 線圈以恒定角速度 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 只考慮單匝線圈 1 線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí) 試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e1的表達(dá)式 2 線圈平面處于與中性面成 0角位置時(shí)開始計(jì)時(shí) 如圖丙所示 試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e2的表達(dá)式 甲 丙 乙圖10 1 11 解 1 矩形線圈abcd在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 只有ab和cd切割 在t時(shí)刻 導(dǎo)線ab cd因切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 均為E1 Bl1v 由圖可知v vsin t 則整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢為e1 2E1 Bl1l2 sin t 2 當(dāng)線圈由圖丙位置開始運(yùn)動(dòng)時(shí) 在t時(shí)刻整個(gè)線圈的感 應(yīng)電動(dòng)勢為e2 Bl1l2 sin t 0 方法技巧 書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的基本思路 1 確定正弦式交變電流的峰值 根據(jù)已知圖象讀出或由公 式Em nBS 求出相應(yīng)峰值 2 明確線圈的初始位置 找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式 若線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng) 則i t圖象為正弦函數(shù)圖 象 函數(shù)式為i Imsin t 若線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng) 則i t圖象為余弦函 數(shù)圖象 函數(shù)式為i Imcos t 考向2 正弦交變電流有效值的計(jì)算和應(yīng)用 典題6 如圖10 1 12所示 實(shí)驗(yàn)室一臺手搖交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻r 1 外接R 9 的電阻 閉合開關(guān)S 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生的電動(dòng)勢e sin10 t V 則 A 該交變電流的頻率為10Hz B 該電動(dòng)勢的有效值為 V C 外接電阻R所消耗的電功率為10W D 電路中理想交流電流表的示數(shù)為1A 圖10 1 12 解析 由交流電的表達(dá)式可知 10 rad s Em V 得f 2 5Hz E 10V 選項(xiàng)A B錯(cuò)誤 I ER r 1A 選 項(xiàng)D正確 PR I2R 9W 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 答案 D 考向3 平均值和有效值的比較 典題7 多選 如圖10 1 13所示 一矩形線圈面積為S 匝數(shù)為N 內(nèi)阻為r 繞其垂直于磁感線的對稱軸OO 以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 從圖示位置轉(zhuǎn)90 的過程中 下列說法正確的是 圖10 1 13 D 從圖示位置開始計(jì)時(shí) 則感應(yīng)電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的規(guī)律為e NBS sin t答案 BC 注意事項(xiàng) 1 明確交變電流的瞬時(shí)值 峰值 有效值和平均值的意義 有效值是與交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值 一般情況下交流電的電壓 電流及電功率指的都是有效值 電容器的擊穿電壓應(yīng)大于交流電的峰值 2 計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況時(shí)應(yīng)使用電流的瞬時(shí)值 計(jì)算電功 電功率 電熱等與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量時(shí)應(yīng)使用有效值 保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值 計(jì)算通過導(dǎo)線橫截面的電荷量時(shí)應(yīng)使用電流在一段時(shí)間內(nèi)的平均值