第十二章 第一单元 第1课时

金品质•高追求我们让你更放心！◆2013高考总复习•物理◆第一单元交变电流传感器第1课交流电的产生及描述第十二章交变电流传感器金品质•高追求我们让你更放心！◆2013高考总复习•物理◆课前自修与基础梳理2重点突破与知识点睛3题型探究与方法点窍4知能要求与高考展望1第1课交流电的产生及描述随堂训练与错题备忘5金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆1.掌握交流发电机及其产生正弦交流电的原理，正弦交流电的图象．理解最大值与有效值，周期与频率的含义并能熟练进行有关计算．2．考查一般为选择题．金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆1．交流电产生的条件与规律(1)交流电产生的条件：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴________转动，在线圈中将产生按________规律变化的交变电流．(2)中性面：穿过线圈的磁通量________，磁通量的变化率为________，即感应电动势为________．匀速正弦最大零零金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆(3)交流电的规律①感应电动势瞬时值的表达式：如果线圈从中性面开始时以角速度ω绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生感应电动势的最大值为Em＝________，在时刻t，线圈中产生的感应电动势的瞬时值是e＝____________；由于电流与电动势的同步性，若感应电流的最大值为Im，感应电流的瞬时值的表达式i＝________________.②线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过中性面一次，电流的方向就改变________．③交变电流的图象：交变电动势、电流、电压的图象都是________图象．NBSωNBSωsinωteR＝NBSωRsinωt一次正弦金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆2．表征交流电的物理量(1)瞬时值：反映交流电在________的大小和方向．(2)有效值：根据电流的________来规定的，即交流电和直流电通过同样阻值的两个电阻，如果在一个周期内它们产生的________都相等，则这个直流电的数值即作为交流电的有效值．(3)周期：完成一次电流__________所需的时间．(4)频率：在1s内完成电流__________的次数．(5)我国工农业生产和生活用的交流电，频率是____Hz，周期是____s，电流方向每秒钟改变____次．某一时刻热效应热量周期性变化周期性变化500.02100金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆1．交变电流的产生过程及其描述方法当线圈平面转动到与磁感线平行时，感应电动势具有最大值(峰值)Em.如果磁感应强度是B，线圈两边的边长分别是l1和l2，线圈面积为S，匝数为N，转动角频率为ω，则峰值为：Em＝2NBl1l22ω＝NBSω.如果线圈从中性面开始转动，如图所示，任一时刻t感应电动势的瞬时值就是：e＝2NBl1l22ωsinωt＝NBSωsinωt.即：e＝Emsinωt.金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆如果把线圈和电阻R组成闭合电路，电路中就有感应电流：i＝EmRsinωt＝Imsinωt.可见，线圈产生的感应电动势和形成的感应电流都是按正弦规律变化的．电动势随时间变化的关系可表示为右图所示．值得注意的是：以上反映线圈上感应电动势瞬时值的公式和图象都是当线圈平面恰通过中性面时开始计时作出的．线圈通过中性面的瞬时，线圈导体不切割磁感线，感应电动势为零，磁通量的变化率为零，但穿过线圈平面的磁通量最大．金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆如右图所示是穿过线圈平面的磁通量随时间变化的Φ－t图线，它可以帮助我们更进一步理解这个问题．磁通量的变化率ΔΦΔt反映在Φ－t图线上是各点的切线斜率．可以看出，在t＝0，T2、T等时刻，图线上对应点a、c、e的切线均平行于时间轴，斜率为零．这说明在线圈恰通过中性面的各个瞬时，尽管穿过线圈的磁通量最大，但磁通量对时间的变化率为零，因此电动势也为零．公式和图象都是研究交流电常用的工具，我们应理解其物理意义并在实际中灵活运用．金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆2．有效值与最大值的关系对正弦式电流而言，其最大值是有效值的2倍，即：E＝Em2≈0.707Em，U＝Um2≈0.707Um，I＝Im2≈0.707Im.3．正确理解有效值概念交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的，它是交流电在一个周期内输出电能的量度，是过程量．对于正弦式交变电流有效值的计算，必须从电热角度求解．交流电器铭牌上标明的额定电压或额定电流是有效值；交流电表测得的电流、电压也是有效值；不加特别说明，提到交流的电流、电压、电动势时，都是指有效值．金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆4．区分有效值与平均值有效值不是平均值．如右图所示，当矩形线圈由位置1逆时针转到位置2，由于穿过线圈的磁通量无变化，所以这一过程的感应电动势的平均值为零．但是，在这段时间内线圈内确有感应电流通过，消耗了电能，发了热，因此感应电流的有效值并不为零，感应电动势的有效值也不为零．可见，不能把有效值与平均值当作一回事，应加以区分．金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆对一个确定的交变电流来说，其有效值是一个定值；而平均值由E＝n确定，与所取的时间间隔有关．正弦式交变电流的正半周平均电动势是，而一个周期内的平均电动势却为零．在进行具体计算时，求电路中的电功率、热量时，用有效值；求通过导体横截面的电量时，用平均值．ΔΦΔt2NBSωπ金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆探究交流电产生的规律及图象问题处于匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直．在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合(如图甲所示)，线圈的cd边离开纸面向外运动，若规定由abcda方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图象是()金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆解析：由题给的条件可知：cd在t＝0时，由题图示的位置开始做切割磁感线运动，但感应电动势的大小随线圈平面与磁场方向夹角θ的变化为e＝BLvcosθ，感应电流i＝eR＝BLvRcosθ＝Bl2ωRcosθ，可知选项AB错误，又由楞次定律可判断C项正确，D项错误．答案：C金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆方法点窍：交流电的产生原理和变化规律要理解，不仅要理解线圈绕垂直于磁场的轴旋转时的瞬时电动势表达式，而且要会根据此数学表达式画出其变化的图象，或根据图象写出与图象对应的数学表达式.不仅要会用公式、图象表达交流电，而且还要能想象出与图象对应的物理情景─——线圈在磁场中的方位，完成“情景⇔公式⇔图象”之间的相互转化.金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆从图象理解描述交流电的物理量一矩形金属线圈共10匝，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的交流电动势e随时间t变化的情况如右图所示．下列说法中正确的是()A．该交变电流的频率是10HzB．当t＝0.1s时，通过线圈的磁通量恰好为零C．该交变电流电动势的有效值为52VD．线圈转动过程中穿过线圈的最大磁通量为110πWb金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆解析：由e－t读得该交流电的周期为T＝0.2s，则频率f＝10.2Hz＝5Hz，A错误；t＝0.1s，e＝0，说明此时的磁通量变化率最小，但磁通量却是最大的，B项错误；由e－t读得Em＝10V，则有效值E＝22Em＝52V，C项正确；D项要用Em＝NBSω＝NФmω，得到Фm＝EmNω＝1010×10πWb＝110πWb，D项正确．答案：CD金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆方法点窍：无论是e－t、u－t、i－t等正弦式图象，仅能读得两个值：峰值及周期，而其他的要利用公式计算．从e－t图象可读得周期T及峰值Em，可利用f＝1/T确定频率，利用E＝Em确定有效值；而峰值虽然与磁通量最大值相位差四分之一周期，但从峰值表达式中却能计算出磁通量最大值，这是要值得注意的．22金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆随堂训练一单匝线圈面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，感应电流i＝Imsinωt.现将线圈的转动角速度ω提高一倍，其他条件不变，则电流的表达式为()A．i＝ImsinωtB．i＝2ImsinωtC．i＝2Imsin2ωtD．i＝Imsin2ωt金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆错解备忘错解：错选D.计算最大感应电动势公式时漏了ω提速一倍的影响，这样就造成感应电流的峰值漏了2倍．答案：C金品质•高追求我们让你更放心！返回◆2013高考总复习•物理◆