【骄子之路】2016届高考物理一轮复习 10.1交变电流的产生和描述课件

第十章交变电流传感器复习目标定位1.交变电流、交变电流的图象(Ⅰ)2．正弦交变电流的函数、表达式、峰值和有效值(Ⅰ)3．理想变压器(Ⅱ)4．远距离输电(Ⅰ)5．实验、传感器的简单应用解读：知道交流电产生的原理；理解正弦式交流电的图象，理解正弦交变电流的三角函数表达式，最大值，有效值，周期、频率；了解理想变压器的工作原理，掌握理想变压器中电流、电压与匝数的关系；能够讨论负载变化时电流、电压等相关物理量的变化情况；会分析输电线上电功率损失和电压损失；理解远距离输电的基本原理和基本公式；知道传感器的工作原理，在实验中能够简单使用传感器．交变电流的知识在高考题中常以选择题的形式出现，重点考查交变电流的产生原理、图象、表达式以及交流电的有效值、变压器的原理、远距离输电中线路损耗问题，其中考查频率最高的是交变电流的有效值的定义和应用，变压器的电压和电流，以及输出功率和输入功率的求解，变压器的问题往往与闭合电路欧姆定律结合在一起．分析有关电路动态分析的相关问题，对传感器的考查往往涉及到光敏电阻，热敏电阻，金属热电阻，压敏电阻等常见传感器与实际问题及与其他知识相结合的综合知识的应用．以“交变电流的规律”为复习中心，掌握正弦交变电流的产生、表达式，图象和“四值”，以“变压器的原理”为复习中心，结合电路问题掌握变压器的基本关系和制约关系，以及远距离输电问题的特点及分析方法．交变电流的“四值”，即1．交变电流的瞬时值，从中性面开始计时其表达式为e＝NBSωsinωt，2．正弦交变电流的最大值，出现在线圈与中性面垂直的位置，此时穿过线圈的磁通量为零，最大值的表达式为Em＝NBSω可用来计算最大磁通量Φm＝BS＝EmωN.3．有效值是根据电流的热效应定义的，正弦交变电流的最大值是有效值的2倍，对于其他不遵循正弦(或余弦)规律的交变电流的有效值要根据定义计算得出，计算时要注意交变电流和直流的三同，即同一电阻，相同的时间，产生相同的热量．4．平均值是利用E＝nΔΦΔt来进行计算，计算电荷量时用平均值．变压器的基本关系和制约关系分别为，基本关系：输入功率等于输出功率，电压之比等于匝数之比．制约关系：输出功率决定输入功率，输入电压决定输出电压、输出电流决定输入电流．熟悉远距离输电的流程图及三部分电路．(发电电路、输电电路和用电电路)的电压、电流、电阻功率的关系．传感器与我们的生活息息相关，具有知识多，综合性强的特点，求解时要结合题目，弄清传感器的原理和过程，分析清楚传感器所在电路的结构，有时还要借助力学和电学的相关知识，并与生产、生活实际相结合才能解决问题.第一讲交变电流的产生和描述回扣教材夯实基础落实考点基础自主温故一、交变电流、交变电流的图象[考点自清]1．交变电流(1)定义：大小和方向随时间做变化的电流．(2)图象：如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流．周期性2．正弦交流电的产生和图象(1)产生：在匀强磁场里，线圈绕磁场方向的轴匀速转动．(2)图象：如图甲、乙所示．垂直[基础自测]1．一个矩形线圈绕与匀强磁场垂直的OO′轴逆时针转动，线圈的两条引线分别与A、B两半圆铜环相连，两个铜环通过滑动电刷连入电路，电路中仅有一个电阻R.如图所示，在线圈转动过程中，通过R的电流()A．大小和方向都不断变化B．大小不断变化，方向为A→R→BC．大小和方向都不变D．大小不断变化，方向为B→R→A解析：线圈中产生交流电，由于电刷交替与两铜环接触，流过R的电流方向不变．根据右手定则可知，通过R的电流方向是B→R→A.答案：D二、正弦交变电流的函数表达式、描述交变电流的物理量[考点自清]1．正弦交变电流的函数表达式(1)e＝(2)i＝(3)当线圈从中性面开始计时，其中φ＝.Em·sin(ωt＋φ)Imsin(ωt＋φ)02．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＝或f＝.一次周期性次数1f1T3．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：①定义：让交流和直流通过相同阻值的电阻，如果它们在相同的时间内产生的相等，就把这一直流的数值叫做这一交流的．时刻最大值热量有效值②有效值和峰值的关系：E＝，U＝，I＝.Em2Um2Im2(4)平均值：交变电流图象中波形与横轴跟时间的比值．所围面积[基础自测]2．如图所示电路中，已知交流电源电压u＝200sin100πtV，电阻R＝100Ω.则电流表和电压表的示数分别为()A．1.41A,200VB．1.41A,141VC．2A,200VD．2A,141V答案：B解析：电流表和电压表显示的是有效值，U＝Um2＝1002V＝141V；I＝UR＝1.41A，故选项B正确．3．阻值为10Ω的电阻接到电压波形如图所示的交流电源上，以下说法正确的是()A．电压的有效值为10VB．通过电阻的电流有效值为22AC．电阻消耗电功率为5WD．电阻每秒钟产生的热量为10J答案：BC解析：由u­t图象知，交流电压最大值为10V，有效值为52V，A错误．根据I＝UR＝22A知，B正确．再根据P＝I2R＝5W知，C正确．电阻每秒产生热量Q＝Pt＝5J，故D错误．考点深析拓展延伸详讲精练考点探究讲练1．交、变电流的产生和变化规律正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)一交变电流规律物理量函数图象磁通量Φ＝Φm·cosωt＝BScosωt电动势e＝Em·sinωt＝nBSωsinωt规律物理量函数图象电压u＝Um·sinωt＝REmR＋rsinωt电流i＝Im·sinωt＝EmR＋rsinωt2.两个特殊位置的特点(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．(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．①若线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt.②若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.特别提醒(1)因e∝ΔΦΔt，故Φ­t图象与e­t图象互余．(2)线圈转动一周两次经过中性面，因此一个周期内交变电流方向改变两次．(3)产生交变电流的线圈转动的周期与交变电流变化的周期相同．(4)角速度、周期、频率的关系为ω＝2πT＝2πf.(2014年天津卷)如图(1)所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图(2)中曲线a、b所示，则()例1题型一交流电的产生和规律的应用A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3C．曲线a表示的交变电动势频率为25HzD．曲线b表示的交变电动势有效值为10V【思路指导】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直匀强磁场的轴匀速转动时产生正弦交变电流，弄清线圈的初始位置情况，由于两线圈的转速不同，产生交变电流的频率不同，由交变电流的et图象获得相关信息解决问题．【解析】t＝0时刻，两次产生的交变电流的电动势的瞬时值均为零，所以线圈平面与中性面重合，选项A正确；图中a、b对应的周期之比Ta∶Tb＝2∶3，由转速n＝1T可知na∶nb＝1Ta∶1Tb＝3∶2，故选项B错误；a图线表示的交流电动势的频率为fa＝1Ta＝25Hz，选项C正确；由Em＝NBSω＝NBS2πT，由图象Eam＝NBS2πTa＝15V，所以图线b对应的最大值Ebm＝NBS2πTb，EbmEam＝TaTb＝23，解得Ebm＝10V，有效值Eb＝102V＝52V，故选项D错误．【答案】AC如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()变式训练1A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B．线圈先后两次转速之比为3∶2C．交流电a的瞬时值为u＝10sin5πt(V)D．交流电b的最大值为5V解析：由图象可知t＝0时，穿过线圈的磁通量最大、磁通量的变化率为零，此时电压的瞬时值为0，故选项A错误；由图象可知，Ta＝0.4s,Tb＝0.6s由转速度n＝f，故nanb＝fafb＝TbTa＝0.60.4＝32，故选项B正确；读得Uam＝10V，ωa＝5π，则由交变电流感应电动势的表达式e＝Emsinωt(V)得U＝10sin5πt(V)，选项C正确；由于只是调整了线圈转速，其他物理量不变，由Um＝NBSω得Uam＝NBSωa＝10VUbm＝NBSωb.因为ω＝2πT，得ωaωb＝TbTa＝32，联立以上两式得Ubm＝203V，故选项D错误．答案：BC交变电流“四值”的理解与应用二对描述交变电流物理量的理解物理量物理意义重要关系应用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值e＝Emsinωtu＝Umsinωt，i＝Imsinωt计算线圈某时刻的各种情况时物理量物理意义重要关系应用情况及说明最大值最大的瞬时值Em＝nBSω，Em＝nΦmω，Im＝EmR＋r当考虑某些电学元件(电容器、晶体管等)的击穿电压时，指的是交变电压的最大值有效值根据电流的热效应(电流通过电阻产生的热)进行定义对正弦、余弦交变电流E＝Em2，U＝Um2，I＝Im2(1)通常所说的交变电流的电压、电流强度、交流电表的读数、保险丝的熔断电流值、电器设备铭牌上所标的电压、电流值都是指交变电流的有效值(2)求解交变电流的电热问题时，必须用有效值来进行计算物理量物理意义重要关系应用情况及说明平均值交变电流图象中图线与t轴所围成的面积与时间的比值E＝BLv，E＝nΔΦΔt，I＝ER＋r计算有关电量时只能用平均值一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R.例2题型二交变电流“四值”的理解及应用(1)说明此刻线圈感应电流的方向；(2)线圈转动过程中感应电动势的最大值有多大？(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势为多大？(4)设发电机由柴油机带动，其他能量损失不计，线圈转一周，柴油机做多少功？(5)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的电量是多少？(6)图中电流表和电压表的示数各是多少？【思路指导】线圈在匀强磁场中做匀速圆周运动，产生正弦交变电流、由右手定则可判断感应电流方向，线圈在磁场中转动一周，柴油机做的功等于电路中一周期内产生的电热，而电流表、电压表的示数为电流和电压的有效值．【解析】(1)由右手定则可判定电流的方向沿dcba.(2)Em＝NBSω＝NBωL2.(3)线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势e＝Em·cos60°＝12NBωL2.(4)电动势的有效值E＝Em2电流的有效值I＝ER＋r，柴油机做的功转化为电能，线圈转一周柴油机做的功W＝EIt＝E2R＋rt＝NBωL222R＋r·2πω＝πN2B2ωL4R＋r.(5)因为I平均＝E平均R＋r＝N·ΔΦΔtR＋r，故电量q＝I平均·Δt＝NBS·sin60°R＋r＝3NBL22R＋r.(6)电流表显示干路电流的有效值，则读数为I＝Im2＝NBωL22R＋r.电压表显示路端电压的有效值，则读数为U＝Um2＝NBωL2R2R＋r.【答案】(1)沿dcba(2)NBωL2(3)12NBωL2(4)πN2B2ωL4R＋r(5)3NBL22R＋r(6)NBωL22R＋rNBωL2R2R＋r一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0Ω，现外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如