选修3-2第十章交变电流-传感器第1讲交变电流的产生和描述

考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验第1讲交变电流的产生和描述2013届高考一轮物理复习课件选修3-2（教科版）考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验交变电流(1)定义：_____和_____都随时间做周期性变化的电流．(2)图象：如图(a)、(b)、(c)、(d)所示都属于交变电流．其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电，如图(a)所示．交变电流、交变电流的图象Ⅰ(考纲要求)1.大小方向考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验正弦交流电的产生和图象(1)中性面①中性面：与磁场方向平行的平面．②中性面与峰值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)零磁通量的变化率0最大感应电动势0最大(nBSω)电流方向发生改变方向不变2．考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(2)产生：在匀强磁场里，线圈绕___________方向的轴匀速转动．(3)图象：用以描述交流电随时间变化的规律，如果线圈从中性面位置时开始计时，其图象为正弦曲线．如图(a)(e)、(f)所示．垂直于磁场考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成___________变化(线圈转一周)(2)频率(f)：交变电流在1s内完成周期性变化的_____．单位是赫兹(Hz)．(3)周期和频率的关系：T＝__或f＝__.正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置开始计时)(1)电动势e随时间变化的规律：e＝_________.(2)负载两端的电压u随时间变化的规律：u＝_________.(3)电流i随时间变化的规律：i＝________.其中ω等于线圈转动的_______，Em＝______.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ(考纲要求)一次周期性需的时间，单位是秒(s)，公式T＝2πω.次数1．2．1f1TEmsinωtUmsinωtImsinωt角速度nBSω考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验交变电流的瞬时值、峰值、有效值(1)瞬时值：交变电流某一时刻的值，是时间的函数．(2)峰值：交变电流的电流或电压所能达到的最大值，也叫最大值．(3)有效值：跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值．对正弦交流电，其有效值和峰值3．的关系为：E＝，U＝，I＝.Em2Um2Im2考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是()．答案ABD1．考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验如图10－1－1甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图10－1－1乙所示的余弦规律变化，在t＝时刻()．π2ω图10－1－12．A．线圈中的电流最大B．穿过线圈的磁通量为零C．线圈所受的安培力为零D．穿过线圈磁通量的变化率最大答案C考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析注意线圈转动过程中通过两个特殊位置(平行于磁感线和垂直于磁感线)时的特点；磁通量、磁通量的变化、磁通量的变化率不同；t＝π2ω＝T4，线圈转过90°，本题应选C项．考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验如图10－1－2所示，矩形线框置于竖直向下的磁场中，通过导线与灵敏电流表相连，线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线框平面处于竖直面内．下述说法正确的是()．A．因为线框中产生的是交变电流，所以电流表示数始终为零B．线框通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量最大C．线框通过图中位置瞬间，通过电流表的电流瞬时值最大D．若使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电流表电流的有效值也增大一倍3.图10－1－2考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析本题考查电磁感应现象，基础题．线框在匀强磁场中匀速转动时，在中性面即线框与磁感线垂直时，磁通量最大感应电动势最小，而在题中图示位置线框与磁感应线平行时，磁通量最小感应电动势最大，A、B项错，C项对；电流的有效值I＝，现在其余的量都不变，角速度增大一倍后，电流也增大一倍，D正确．答案CDnBSω2R考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流．现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图象是()．4．考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析线圈转速为正常时的一半，据ω＝2πn＝知，周期变为正常时的2倍，又据Em＝NBSω知，最大值变为正常时的一半，结合我国电网交流电实际情况，知正确选项为B.答案B2πT考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(2011·扬州模拟)一正弦式电流的电压随时间变化的规律如图10－1－3所示．由图可知()．A．该交变电流的电压瞬时值的表达式为u＝100sin25t(V)B．该交变电流的频率为25HzC．该交变电流的电压的有效值为100VD．若将该交流电压加在阻值为R＝100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50W5.图10－1－3考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验答案BD解析从图中可知，交变电流周期T＝4×10－2s，峰值电压Um＝100V，故交变电流的频率f＝1T＝25Hz，有效值U＝Um2＝502V．加在R＝100Ω的电阻上时的热功率P＝U2R＝50W，瞬时值表达式u＝Umsin2πTt＝100sin50πt(V)，故正确选项为B、D.考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(线圈在中性面位置开始计时)考点一正弦式电流的变化规律及应用规律物理量函数图象磁通量Φ＝Φm·cosωt＝BScosωt电动势e＝Em·sinωt＝nBSωsinωt1.考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验规律物理量函数图象电压u＝Um·sinωt＝sinωt电流i＝Im·sinωt＝sinωt考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验如图10－1－5(a)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ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时如图10－1－5(b)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是()．【典例1】图10－1－5考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析t＝0时线圈中感应电流方向c→b→a→d为负．经过时，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．答案DT8考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验考点二对交变电流的“四值”的比较和理解物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值Em＝nBSωIm＝EmR＋r讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值E＝Em2U＝Um2I＝Im2适用于正(余)弦式电流(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电气设备“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考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验物理量物理含义重要关系适用情况及说明平均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E＝BlvE＝nΔΦΔtI＝ER＋r计算通过电路截面的电荷量考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验如图10－1－7所示，N＝50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1＝20cm，ad边长l2＝25cm，放在磁感应强度B＝0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n＝3000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r＝1Ω，外电路电阻R＝9Ω，t＝0时，线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里．(1)在图中标出t＝0时感应电流的方向；(2)写出感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做多少功？(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量是多少？【典例2】图10－1－7考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析(1)线圈感应电流方向为adcba(图略)．(2)线圈的角速度ω＝2πn＝100πrad/s图示位置的感应电动势最大，其大小为Em＝NBl1l2ω代入数据得Em≈314V电动势的表达式e＝Emcosωt＝314cos100πtV.(3)电动势的有效值E＝Em2线圈匀速转动的周期T＝2πω＝0.02s线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即W＝I2(R＋r)T＝E2R＋r·T代入数据得W≈98.6J.考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验答案(1)adcba图略(2)e＝314cos100πtV(3)98.6J(4)0.1C(4)从t＝0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量q＝NΔΦR＋rΔtΔt＝NBSR＋r＝NBl1l2R＋r代入数据得q＝0.1C.考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(1)模型概述“电动机”模型和“发电机”模型是高考题中时常出现的凡在安培力作用下于磁场中运动的通电导体均可看作电动机模型，在外力作用下于磁场中做切割磁感线运动的导体均可看作发电机模型，此模型综合考查了磁场力的作用、电磁感应、恒定电流、交流电、能量转化与守恒等知识．13.“电动机、发电机”模型考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验(2)模型特点电动机发电机工作原理通电线圈在磁场中受到安培力而转动闭合线圈在磁场中受外力转动，产生感应电动势能量转化电能转化为机械能机械能转化为电能解题要点①受力由左手定则来判断②能量关系：P总＝P输出＋P热③实际功率：P实际≤P额定④电压、电流关系：UIR①产生的感应电动势方向由右手定则判定②感应电动势大小由法拉第电磁感应定律计算③注意感应电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值的计算④能量转化中满足守恒形象比喻左手抓着电动机右手抓着发电机考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验如图10－1－11所示为电动机的简化模型，线圈abcd可绕轴O1O2自由转动．当线圈中通入如图所示的电流时，顺着O1O2的方向看去，线圈将()．A．顺时针转动B．逆时针转动C．仍然保持静止D．既可能顺时针转动，也可能逆时针转动【例1】图10－1－11考基自主落实核心考点透析物理建模指导活页限时训练高考快乐体验解析在题中图示位置，由左手定则可以判断，ab边受到的安培力向上，cd边受到的安培力向下，则线圈顺时针转动，故A项正确．答案A