2013届高考物理一轮复习课件第十一章第1课时交变电流的产生和描述

第十一章交变电流第1课时交变电流的产生和描述导学目标1.能掌握交变电流的产生和描述，会写出交变电流的瞬时值表达式.2.能认识交变电流的图象和进行有效值、最大值的计算．第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点基础再现·深度思考一、交变电流的产生和变化规律[基础导引]判断以下关于线圈在匀强磁场中转动产生的交流电说法的正误(1)线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变()(2)线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次()(3)线圈在中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零()(4)线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大()基础再现·深度思考第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点××√√[知识梳理]1．交变电流大小和方向都随时间做_______变化的电流．如图1(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式交变电流，简称正弦式电流，如图(a)所示．周期性图1基础再现·深度思考第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点2．正弦交流电的产生和变化规律(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕___________方向的轴匀速转动．(2)中性面①定义：与磁场方向_____的平面．②特点a．线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量_____，磁通量的变化率为零，感应电动势为___．b．线圈转动一周，_______经过中性面．线圈每经过________一次，电流的方向就改变一次．(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开始计时，其图象为_____曲线．如图1(a)所示．垂直于磁场垂直最大零两次中性面正弦思考：由正弦交流电的图象可以得出哪些物理量？答案周期T、频率f、峰值等．基础再现·深度思考第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点二、描述交变电流的物理量[基础导引]我们日常生活用电的交变电压是e＝2202sin100πtV，它是由矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的，则下列说法正确的是________．①交流电的频率是100Hz②交流电压的有效值是220V③当t＝0时，线圈平面恰好与中性面平行④当t＝150s时，e有最大值2202V⑤电流每秒方向改变50次答案②基础再现·深度思考第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点[知识梳理]1．周期和频率(1)周期T：交变电流完成___________变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)．公式：T＝2πω.(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＝1f或f＝1T.一次周期性次数基础再现·深度思考第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流某一_____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_______．(3)有效值：让交流与恒定电流分别通过_____的电阻，如果它们在交流的一个周期内产生的_____相等，则这个恒定电流I、恒定电压U就是这个交流的_______．(4)正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系I＝___，U＝___，E＝___.(5)平均值：是交变电流图象中波形与横轴所围面积跟时间的比值．时刻最大值相同热量有效值Em2Um2Im2基础再现·深度思考第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点课堂探究·突破考点考点一正弦交流电的变化规律考点解读1．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)函数图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝REmR＋rsinωt电流i＝Imsinωt＝EmR＋rsinωt规律物理量课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点2.两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e最大，i最大，电流方向不改变．3．书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．如：①线圈从中性面位置开始转动，则i－t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt.②线圈从垂直中性面位置开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.特别提醒1.只要线圈平面在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，就产生正弦式交流电，其变化规律与线圈的形状、转动轴处于线圈平面内的位置无关．2.Φ－t图象与对应的e－t图象是互余的．课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点典例剖析例1如图2甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交流电如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则()图2A．乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程B．乙图中c时刻对应甲图中的C图C．若乙图中d等于0.02s，则1s内电流的方向改变50次D．若乙图中b等于0.02s，则交流电的频率为50Hz课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点解析由交变电流的产生原理可知，甲图中的A、C两图中线圈所在的平面为中性面，线圈在中性面时电流为零，再经过1/4个周期电流达到最大值，再由楞次定律判断出电流的方向，因此图甲中A至B图的过程电流为正且从零逐渐增大到最大值，A对；甲图中的C图对应的电流为零，B错；每经过中性面一次线圈中的电流方向将要改变一次，所以一个周期内电流方向要改变两次，所以在乙图中对应Od段等于交变电流的一个周期，若已知d等于0.02s，则频率为50Hz，1s内电流的方向改变100次，C错；而D选项频率应该是25Hz.答案A课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点例2实验室里的交流发电机可简化为如图3所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动．今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压表的示数为10V．已知R＝10Ω，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是()A．线圈平面与磁场平行时，线圈中的瞬时电流为零B．从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为i＝2sin50πtAC．流过电阻R的电流每秒钟方向改变25次D．电阻R上的热功率等于10W图3课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点解析线圈平面与磁场平行时，瞬时感应电流最大，A错．从线圈平面与磁场平行时开始计时，Εm＝102V，f＝25Hz，i＝2cos50πtA，B错．电流方向每秒改变50次，C错．PR＝U2R＝10W，D正确．答案D课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点跟踪训练1矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图象如图4所示，下列说法中正确的是()A．交流电压的有效值为362VB．交流电压的最大值为362V，频率为0.5HzC．2s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大D．1s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快图4课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点解析由线框输出的交流电压随时间变化图象可知，交流电压的最大值为362V，频率为0.25Hz，B错；有效值则为36V，A错误；2s末，线框产生的感应电动势为零，所以此时线框平面垂直于磁场，C正确；1s末，线框产生的感应电动势最大，此时线框平面平行于磁场，通过线框的磁通量变化最快，D错误．答案C课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点考点二交变电流“四值”的比较与理解考点解读交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值的比较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课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点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课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点典例剖析例3一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5，原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图5所示．副线圈仅接入一个10Ω的电阻．则()A．流过电阻的电流是20AB．与电阻并联的电压表的示数是1002VC．经过1分钟电阻发出的热量是6×103JD．变压器的输入功率是1×103W图5课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点解析原线圈中电压的有效值是220V．由变压比知副线圈中电压为100V，流过电阻的电流是10A；与电阻并联的电压表的示数是100V；经过1分钟电阻发出的热量是6×104J；P入＝P出＝U22R＝100210V＝1×103W．只有D项正确．答案D课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点例4如图6所示，线圈abcd的面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝1πT，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时．问：(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；(2)线圈转过130s时电动势的瞬时值多大？(3)电路中，电压表和电流表的示数各是多少？(4)从中性面开始计时，经130s通过电阻R的电荷量是多少？图6课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点解析(1)e＝Emsinωt＝nBS·2πfsin(2πft)＝100×1π×0.05×2π×30060sin(2π×30060t)V＝50sin10πtV(2)当t＝130s时，e＝50sin(10π×130)V≈43.3V.(3)电动势的有效值为E＝Em2＝502V≈35.4V，电流表示数I＝ER＋r＝35.49＋1A＝3.54A，电压表示数U＝IR＝3.54×9V＝31.86V.课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点(4)130s内线圈转过的角度θ＝ωt＝30060×2π×130＝π3.该过程中，ΔΦ＝BS－BScosθ＝12BS，由I＝qΔt，I＝ER＋r，E＝nΔΦΔt得q＝nΔΦR＋r＝nBS2R＋r＝100×1π×0.052×9＋1C＝14πC.答案(1)e＝50sin10πtV(2)43.3V(3)31.86V3.54A(4)14πC课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点思维突破有效值是交流电中最重要的物理量，必须会求，特别是正弦交流电的有效值，应记住公式．求交变电流有效值的方法有：(1)利用I＝Im2，U＝Um2，E＝Em2计算，只适用于正(余)弦式交流电．(2)利用有效值的定义计算(非正弦式交流电)．在计算有效值时“相同时间”至少取一个周期或周期的整数倍．(3)利用能量关系求解．当有电能和其他形式的能转化时，可利用能量守恒定律来求有效值．课堂探究·突破考点第1课时本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点跟踪训练2一正弦交流电的电压随时间变化的规律