2014高三物理第一轮总复习课件十：交变电流

高三物理第一轮总复习内容要求说明交变电流、交变电流的图象Ⅰ正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ理想变压器Ⅰ远距离输电Ⅰ实验：传感器的简单使用考纲预览第一课时交变电流的产生和描述一．交变电流的产生和变化规律1、交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流．2、正弦式交变电流的产生：将线圈置于匀强磁场中，并绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦式交变电流．A①线圈位于中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零．②线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变一次．线圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次．3、中性面⑴定义：与磁场方向垂直的平面．⑵特点：Bacbd⑵电动势e随时间变化规律：e＝Emsinωt(Em=NBSω)4、正弦式交变电流的变化规律和图象(线圈在中性面位置开始计时)⑷电流i随时间变化规律：i＝Imsinωt[Em/(R+r)]⑶电压u随时间变化规律：u＝Umsinωt[EmR/(R+r)]⑴磁通量Φ随时间变化规律：Φ=Φmcosωt（Φm=BS)⑶线圈从中性面开始计时，函数表达式e＝Emsinωt，从垂直中性面开始计时，函数表达式e＝Emcosωt.⑷只要线圈在匀强磁场中绕线圈平面内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、与转动轴处于线圈平面内哪个位置无关．⑵线圈平面与中性面垂直时，磁通量为零．磁通量的变化率最大，e最大，i最大，电流方向不改变。⑴线圈平面与中性面重合时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，e=0，I=0，电流方向将发生改变。注意：练1.如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO′与磁感线垂直．已知匀强磁场的磁感应强度B＝1T，线圈所围面积S＝0.1m2，转速12r/min。若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为()A．e＝12πsin120t(V)B．e＝24πsin120πt(V)C．e＝0.04πsin0.4πt(V)D．e＝0.4πcos2πt(V)C⑵频率f：交变电流在单位时间(1s)内完成周期性变化的次数，单位是赫兹(Hz)．二．描述交变电流的物理量1、周期和频率⑴周期T：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)．公式：T＝2π/ω.⑶周期和频率的关系T＝1/f或f＝1/T.2、交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值⑴瞬时值：交变电流某一瞬时的值，是时间的函数．⑵峰值：交变电流所能达到的最大值．sinmeEtsinmuUtsinmiItmmEnBSnmmEIRr当考虑某电学元件（电容器、晶体管等）的击穿电压时，指最大电压。⑷平均值：线圈在转动过程中从一个位置到另一位置所产生的电动势的平均值，称为该过程的平均电动势。_Ent⑶有效值：让交变电流与恒定电流分别通过阻值相等的电阻，如果它们在相同的时间内产生的热量相等，则这个恒定电流的数值规定为这个交变电流的有效值．2mEE2mII2mUU通常所说的交变电流的电压、电流以及交流电表的读数，保险丝的熔断电流，电器设备“铭牌”上所标的电压、电流值都是指有效值。求解交变电流的电热问题时，必须用有效值计算。__EIRr计算有关电荷量时只能用平均值。_qItnRr正弦交变电流的有效值与峰值之间的关系练2.已知某电阻元件在正常工作时，通过它的电流按如图所示的规律变化．今与这个电阻元件串联一个多用电表(已调至交流电流挡)，则多用电表的读数为()说明：若图象部分是正弦交变电流，其中的T/4和T/2部分的有效值可直接应用，的关系．2mUU2mIIA．42AB．4AC．5AD．52AC3、几种典型的交变电流的有效值⑴正弦式交变电流：⑵正弦半波电流：⑶正弦单向脉动电流：⑷矩形脉动电流：⑸非对称性交变电流：2mUU2mUU2mUU1mtUUT22121()2UUU练3．如图中不属于交变电流的是()解析：方向随时间做周期性变化是交流电的最主要特征，也是交流电和直流电的根本区别．交流电的方向一定改变，而大小可以变也可以不变．D练4．如图是某种正弦式交变电压的图象，由图可确定该电压的()A．周期是0.01sB．最大值是110VC．有效值是D．表达式是552V1102sin100()utVD练5．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图(甲)所示，则下列说法中正确的是()A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直B．t＝0.01s时刻Φ的变化率达最大C．0.02s时刻感应电动势达到最大D．该线圈相应的感应电动势图象如图(乙)所示B练6.一矩形金属线圈，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的电动势e随时间t变化的情况如图所示．下列说法正确的是（）A．此交流电的频率为0.5HzB．此交流电的电动势有效值为2VC．t＝0.01s时，线圈平面与磁场方向垂直D．t＝0.02s时，线圈磁通量变化率为零CD练7.如图所示，矩形线圈abcd在磁感强度B＝2T的匀强磁场中绕轴OO′，以角速度ω＝10πrad/s匀速转动，线圈共10匝，ab＝0.3m，bc＝0.6m，线圈电阻r＝5Ω，负载电阻R＝45Ω.求：(1)电阻R在0.05s内所发出的热量；(2)0.05s内流过的电量(设线圈从垂直中性面开始转动)解析（1）最大电动势：电流有效值：1020.30.610113mEnBSV1.622()mmIEIARr221.6450.055.76QIRtJJ（2）平均电动势：_Ent__EIRr平均电流：0.05s内流过的电量：_0.072BSqItnnCRrRr答案：练8.多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光灯、调速风扇是用可控硅电子元件来实现的，如图所示为经过一个可控硅调节后加在电灯上的电压。即在正弦交变电流的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压。那么现在电灯上的电压为多少？m2U练9．一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36Ω。磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示，则线框中感应电流的有效值为()5.210AA5.610BA52.102CA532.102DAi/×10-5At/so3523810B10.【典例】(2011·天津高考)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则()A.t=0.005s时线框的磁通量变化率为零B.t=0.01s时线框平面与中性面重合C.线框产生的交变电动势有效值为311VD.线框产生的交变电动势频率为100Hz【审题视角】解答本题时应把握以下三点：【关键点】(1)明确中性面的概念及线框与中性面重合时电动势的特点.(2)理解磁通量变化率概念及磁通量变化率与电动势的关系.(3)明确有效值和最大值概念及它们之间的关系.【精讲精析】由图乙可知该正弦交变电流的电压最大值为311V，周期等于0.02s，因此，根据正弦交变电流的最大值与有效值之间的关系式得知选项C错误;又则频率为f=50Hz，选项D错误;当t=0.005s时，u=311V，取得最大值，穿过线框的磁通量变化率最大，选项A错误;当t=0.01s时，交变电压及电流方向发生改变，电压值最小等于零，线框平面与中性面重合，选项B正确.答案：B2UUm1fT，第二课时变压器电能的输送2、变压器的原理：交变电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场，由于电流的大小、方向在不断变化，铁芯中的磁场也在不断变化，变化的磁场在副线圈中产生感应电动势，所以尽管两个线圈之间没有导线相连，副线圈也能够输出电流．互感现象是变压器工作的基础．一．变压器1、变压器的构造：变压器主要是由闭合铁芯和绕在铁芯上的两个或两个以上线圈组成的，如图所示．⑴原线圈：与电源连接的线圈，也叫初级线圈．⑵副线圈：与负载连接的线圈，也叫次级线圈．3、理想变压器：没有能量损失的变压器，即原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率．4、基本关系式⑴功率关系：P入＝P出⑵电压关系：有多个副线圈时:1122UnUn312123UUUnnn原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定。副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定。无论副线圈的负载电阻R如何变化，U2也不变。有多个副线圈时：U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn可得n1I1＝n2I2＋n3I3＋…＋nnIn1221InIn⑶电流关系：只有一个副线圈时:或写成n1I1＝n2I2.原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定，当副线圈的负载电阻R发生变化时，I2变化（P2=U2I2变化），I1随着变化（P1=U1I1随着变化）。(1)基本关系中U1、U2、I1、I2均指有效值．(2)当原线圈中串联电阻(或灯泡)时，U1为加在原线圈两端的电压，并不是电源的电压．(3)只有一个副线圈的变压器电流与匝数成反比，多个副线圈的变压器没有这种关系，但满足功率P入＝P出，即：U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn，可推得：n1I1＝n2I2＋n3I3＋…＋nnIn.(4)三个决定①输入电压决定输出电压，当输入电压不变时，不论负载是否变化，输出电压不变．②输出电流决定输入电流，输入电流随输出电流的增大而增大，随输出电流的减小而减小．③输出功率决定输入功率，输入功率随输出功率的变化而变化．当负载为空载时，输入功率为零．⑶电流互感器：属升压变压器，串联在电路中，用于测大电流，如图D所示．5、几种常用的变压器⑴自耦变压器：其原、副线圈共用一个线圈，如图A、B所示．⑵电压互感器：属降压变压器，并联在电路中，用于测高电压，如图C所示．注意：(1)变压器不能改变直流电压．(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，而不能改变交变电流的频率．6.理想变压器动态问题的分析思路程序可表示为：练1.理想变压器原、副线圈匝数比为10:1，以下说法中正确的是()A.穿过原､副线圈每一匝磁通量之比是10:1B.穿过原､副线圈每一匝磁通量的变化率相等C.原､副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10:1D.正常工作时原､副线圈的输入､输出功率之比为1:1BD练2.如图甲，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随时间t的变化规律如图乙所示，副线圈仅接入一个10Ω的电阻．则()A、变压器的输入电压最大值是B、流过电阻的电流是20AC、变压器的输入功率是1×103WD、电压表的示数是2202V1002VAC练3.如图所示，理想变压器原线圈接入交流电u＝Umsinωt，副线圈接有一电压表和电阻为R的负载，电压表的示数为10V．在t＝T/4时(T为交变电流的周期)，原线圈两端电压的瞬时值为．由此可知变压器原、副线圈的匝数比为()A．B．C．D．102:11:10210:11:10C1002V练4.一理想变压器初，次级线圈匝数比为3:1，次级接三个相同的灯泡，均能正常发光，在初级线圈接一个相同的灯泡L，如图所示，则()A.灯L也能正常发光B.灯L比另三灯都暗C.灯L将会烧坏D.灯L时亮时暗A练5.(天津理综)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S闭合后()A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变AD练6.(山东理综)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示