高考物理一轮总复习 专题十一 第1讲 交变电流的产生和描述课件

专题十一交变电流1考点内容要求热点考向1.交变电流、交变电流的图象Ⅰ1.高考对本专题突出考查交变电流的产生过程；考查交变电流的图象，如通过线圈的e－t图象、i－t图象、Φ－t图象及它们的对应关系;交变电流的四值特别是交变电流的有效值计算、峰值与有效值的关系等．2.正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值Ⅰ3.理想变压器Ⅰ2考点内容要求热点考向4.远距离输电Ⅰ2．突出考查变压器的原理、电压比、电流比及变压器的电路动态变化分析，一般试题难度不大，且多以选择题的形式出现．3．远距离输电特别是输电线路中电能损耗要引起重视．4．考查传感器敏感元件的特性，传感器的工作原理及应用，要注意传感器与生产、生活的密切联系.5.实验十二：传感器的简单使用续表34第1讲交变电流的产生和描述考点1正弦交变电流的产生和变化规律1．交变电流：_____和_____都随时间做周期性变化的电流．2．正弦式交变电流大小方向(1)定义：按________________变化的交变电流，简称正弦式电流．正弦规律5(2)产生：当闭合线圈由中性面位置(图11－1－1中O1O2位置)开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴________转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：e＝Emsinωt，其中物理量函数图象磁通量Ф＝Фmcosωt＝BScosωtEm＝nBSω.这就是正弦交变电流．3．正弦式电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)图11－1－1匀速6物理量函数图像电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压电流续表u＝Umsinωt＝REmR＋rsinωti＝Imsinωt＝EmR＋rsinωt74.对中性面的理解垂直最大00(1)中性面是与磁场方向_______的平面，是假想的参考面．(2)线圈平面位于中性面时，穿过线圈平面的磁通量_____，而磁通量的变化率为______，产生的感应电动势为______．(3)线圈平面与中性面垂直时，穿过线圈平面的磁通量为________，但磁通量的变化率________，产生的感应电动势________．0最大最大(4)线圈每经过中性面一次电流方向就改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，所以电流的方向改变两次．85．确定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．如：①线圈从中性面开始转动，则i－t图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsinωt.②线圈从垂直中性面开始转动，则i－t图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcosωt.9【跟踪训练】1．下列选项所示的线圈中不能产生交变电流的是()ACBD10解析：当线圈绕垂直于磁场的轴转动，磁通量发生变化，才能产生交变电流，B、C、D均符合要求，A项中线圈的磁通量不发生变化，故不产生交变电流．答案：A112．某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图象如图11－1－2所示，由图中信息可以判断()A．在A和C时刻线圈处于中性面位置B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零C．从A～D时刻线圈转过的角度为2πD．若从O～D时刻历时0.02s，则在1s内交变电流的方向改变100次图11－1－212解析：从该图象来看，在O、B、D时刻电流为零，所以此时线圈恰好在中性面的位置，且穿过线圈的磁通量最大；在A、C时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零；1s内线圈转动50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次．综合以上分析可得，只有选项D正确．答案：D133．(双选，2011年肇庆检测)一矩形金属线圈，绕垂直于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11－1－3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图11－1－314答案：CD解析：由题图可知，此交流电周期为T＝0.02s，故频率f＝1T＝50Hz，交流电动势最大值是2V，有效值为2V，AB均错误．t＝0.01s时，e＝0，此时线圈平面处在中性面，故C正确．t＝0.02s时，线圈平面再次到达中性面，磁通变化率为零，D正确．15(3)周期和频率的关系：f＝＝考点2描述交变电流的物理量1．周期和频率：交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量．(1)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)．周期越大，交变电流变化越______，在一个周期内，交变电流的方向变化______次．慢两(2)频率f：交变电流在1s内完成周期性变化的________，单位是赫兹，符号为Hz.频率越大，交变电流变化越______．1ωT2π.次数快16物理量物理含义重要关系适用情况及说明瞬时值某一时刻的值e＝Emsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况最大值(峰值)最大的瞬时值Em＝nBSω讨论电容器的击穿电压(4)我国生活用电的电压是_____,周期是_____,频率是______,每秒钟电流方向变化_____次．0.02s50Hz1002．交变电流瞬时值、最大值、有效值和平均值的比较(线圈在中性面位置开始计时)220VIm＝EmR＋r17物理量物理含义重要关系适用情况及说明有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值对正(余)弦交流电有：①计算与电流的热效应有关的量(如功、功率、热量等)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计算通过电路截面的电量续表E＝Em2U＝Um2I＝Im2E＝BLvE＝nΔФΔtI＝ER＋r183.对交变电流最大值、有效值的理解(以电动势为例)(1)最大值(峰值)Em：当线圈转到与中性面垂直时，穿过线圈的磁通量为0，感应电动势最大，其表达式为Em＝nBSω.应强调指出的是，Em仅由匝数n，线圈面积S，磁感应强度B和角速度ω四个量决定，与转轴位置，线圈的形状及线圈是否闭合都无关．(2)交变电流的有效值．①有效值是根据电流的热效应来规定的，如果交变电流与某恒定电流在相同时间内通过相同电阻时其产生的热效应相19同，则将该恒定电流的数值叫做该交变电流的有效值．注意：这是在“三个相同”，即“相同电阻”、“相同时间”内产生“相同热量”下的等效．计算时“相同时间”要取周期的整数倍，一般取一个周期．②注意：在交流电路中，电压表、电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值，一般用电器铭牌上直接标出的是交变电流的有效值，在没有具体说明的情况下，所给出的交变电流的电压、电流指的是有效值．20【跟踪训练】4．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势e＝2002sin100πtV，那么()A．该交变电流的频率是100HzB．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直C．当t＝1200s时，e有峰值D．该交变电流电动势的有效值为2002V21答案：C解析：由交变电流的电动势瞬时值表达式e＝nBSωsinωt可知，交变电流的频率f＝ω2π＝100π2πHz＝50Hz，A不正确．在t＝0时，电动势瞬时值为0，线圈平面恰好与中性面平行，B不正确．当t＝1200s时，e有峰值Em＝2002V，C正确．该交变电流电动势的有效值E＝Em2＝200V，D不正确．225．正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图11－1－4甲所示的方式连接，R＝10Ω，交流电压表的示数是10V．图)乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则(图11－1－423答案：AA.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝2cos100πtAB.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝2cos50πtAC.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=52cos100πtVD．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=52cos50πtV解析：交流电压表示数为10V,是有效值，故Um＝102V，电阻上的交变电流与交变电压的变化趋势相同，电阻R上电流的最大值为10210A＝2A，又因t＝0时，u＝Um，故iR＝2cos100πtA，uR＝102cos100πtV，故选A.24热点1交变电流的产生、描述及图象【例1】(2011年天津卷)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11－1－5所示，产生的交变电动势的图象如图11－1－6所示，则()图11－1－5图11－1－625A．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的频率为100Hz答案：BB正确；对于正弦交变电流其有效值为Emax2，题给电动势的有效值为220V,C错误；交变电流的频率为f＝1T＝ω2π＝50Hz,D错误．解析：由交变电动势的图象可知，该交变电动势瞬时值的表达式为e＝311sin100πt.当t＝0.005s时,瞬时值e＝311V，此时磁通量变化率最大，A错误；同理当t＝0.01s时，e＝0V，此时线框处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零，26备考策略：要将图象上的点与线圈的实际位置对应起来，牢记线圈经过两个特殊位置时的特点是处理图象问题的关键．此外，由图象直接可以看出周期与峰值，进而可求得频率和有效值．要注意交变电动势、电流实际上还是由电磁感应产生的，其大小取决于磁通量的变化率．当线圈平面处于中性面时，磁通量最大，但磁通量的变化率却为零，感应电动势和感应电流也为零．用交变电流的图象能够较全面的考查描述交变电流和各物理量，还可以结合交变电流的产生、变压器、电阻定律等命题，因此倍受命题专家的青睐．遇到此类问题，考生应尽量先写出交变电流的表达式，然后才进一步作答．27【触类旁通】1．(双选，珠海2011届高三调研)如图11－1－7所示的交流电压加在一阻值为22Ω的电阻两端，下列说法正确的是()A．流过电阻的电流方向每秒改变50次C．并联在该电阻两端的交流电压表的示数为110VD．该电阻消耗的功率为1100W图11－1－7B．该交流电压的瞬时值表达式为u＝1102sin100πtV28答案：BC解析：由图可知，T＝0.02s，ω＝100π，电流在一个周期内方向改变两次，故每秒改变100次，A错误．由交变电流的电动势瞬时值表达式e＝Emsinωt可知，B正确．电压表的示数为有效值，该交变电流电动势的有效值E＝Em2＝110V，C正确．电阻消耗的功率P＝U2R＝110222W＝550W，D错误．29热点2非正弦交变电流有效值的计算【例2】(2011年安徽卷)如图11－1－8所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界)．则线框内产生的感应电流的有效值为()图11－1－8A.BL2ω2RB.2BL2ω2RC.2BL2ω4RD.BL2ω4R30图11－1－9解析：线框在磁场中转动时产生感应电动势最大值Em＝BL2ω2，感应电流最大值Im＝BL2ω2R，在转动过程中线框转动周期为T，而线框转动一周只有T4的时间内有感应电流，I－t图象如图11－1－9所示(以逆时针方向为正方向)．交变电流的有效值是根据电流的热效应得出的，设该感应电流的有效值为I，在一个周期T内：I2RT＝I2mR·14T，解得I＝Im2＝BL2ω4R，故选项A、B、C错误，选项D正确．答案：D31【触类旁通】2．(2010年湛江模拟)某家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的可调，与过去用变压器调压的方法相比较更方便且体积小．某电子调光灯经调整后的电压波形如图11－1－10所示，若用多用电表测灯泡的两端的电压，多用电表示数为()图11－1－1032答案：CA.22UmB.24UmB.C.12UmD.1