2012届高考物理一轮复习 第44讲 交变电流的产生及描述精品课件

第十单元交变电流传感器知识框架第十单元│知识框架第十单元│知识框架考试说明第十单元│考试说明新课程标准考试说明要求(1)知道交变电流，能用函数表达式和图象描述交变电流．(2)通过实验，了解电容器和电感器对交变电流的导通和阻碍作用．(3)通过实验，探究变压器电压与匝数的关系．(4)了解从变电站到住宅的输电过程，知道远距离输电时应用高电压的道理．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第十单元│考试说明新课程标准考试说明要求(5)知道非电学量转换成电学量的技术意义．(6)通过实验，知道常见传感器的工作原理．(7)列举传感器在生活和生产中的应用.远距离输电Ⅰ实验：传感器的简单应用复习策略第十单元│复习策略本单元是电磁感应现象的延伸，变压器电路的动态分析是课标高考的命题热点，一般以选择题的形式命题，不排除与其他知识点综合考查的可能．1．考点分布集中：本单元内容实际上是电磁感应规律的具体应用，需要了解识记的基本概念较多，重要知识点有交变电流的产生、交变电流的变化规律及表征交变电流的物理量、变压器的工作原理和远距离输电．高考命题热点是交变电流的产生原理、图象及表达式、最大值、有效值等问题及变压器的原理和应用问题、远距离输电问题．2．联系生产实际：本单元知识与科学、技术、现实生活联系密切，在学习的过程中，要注意理论联系实际，培养运用物理知识分析实际问题的能力，注重知识的迁移、综合和应用．第十单元│复习策略本单元复习要求突破下列重点或难点内容：1.区分交流电的表述：理解交变电流的产生过程，会用图象、函数形式表述正弦交变电流，会区分与求解交变电流的瞬时值、有效值、最大值．2．掌握变压器的几个关系：输入功率与输出功率相等、电压与匝数的关系、电流与匝数的关系；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．3．熟悉远距离输电的流程：发电机——升压变压器——远距离输电——降压变压器——用户．使用建议第十单元│使用建议1.本单元复习是根据交变电流的产生——交变电流的描述——交变电压的改变——交变电流的输送这条主线编排的．(1)突出主干知识：通过复习，要求学生能根据法拉第电磁感应定律理解交变电流的产生及其变化规律．不仅要求对产生交流电的具体模型有明确认识，而且能根据实际模型确定交流电的变化规律——数学表达式、图象或根据图象确定相应的物理模型．第十单元│使用建议(2)强调概念内涵：对于变压器的复习，要指导学生从互感现象的本质特点入手理解原副线圈的匝数比与端电压比之间的关系，理解理想变压器副线圈上输出的功率与原线圈输入的功率的关系，副线圈电流控制原线圈电流等规律．(3)理论实践结合：对于变压器和远距离输电的复习，应该通过为学生展示实物、模型，加强感性认识，增强复习效果．2．课时安排：本单元建议安排6课时：第44讲、第45讲各2课时，第46讲、单元训练各1课时．第44讲交变电流的产生及描述编读互动第44讲│编读互动1．本讲要求学生理解交变电流的产生原理，掌握交变电流的变化规律．要抓住两个位置(中性面的位置、垂直于中性面位置)，理解交变电流最大值、瞬时值、有效值的意义并进行有关计算，能用表达式、图象表述交变电流随时间变化的关系．2．本讲教学可以按下面的思路安排：(1)通过对上一单元所学知识的回顾，让学生独立推导出感应电动势瞬时表达式，然后再明确描述交变电流各物理量的物理意义及求解方法和用途．(2)例1及变式题主要研究的是交变电流的产生．(3)例2及变式题研究的是有效值的计算．(4)例3及变式题研究的是最大值、瞬时值和有效值的应用.考点整合第44讲│考点整合一、正弦式交变电流的产生1.产生原理：__________原理(如图44－1所示，匀速旋转线圈时，ab、cd将切割磁感线产生周期性变化的电流)．图44－1电磁感应第44讲│考点整合2.两个位置(1)中性面位置(通过的磁通量______、感应电动势为0、电流方向发生改变的位置)．(2)垂直中性面位置(切割磁感线最快、电流和感应电动势______的位置)．最大最大第44讲│考点整合3.四个值(1)最大值：Em＝________(涉及________耐压时使用)．(2)有效值：E＝________＝0.707Em[计算用电器的____________________________________时使用，此关系仅适用于正(余)弦式交流电]．(3)瞬时值：e＝NBSωsinωt(以中性面位置为计时起点，在确定线圈的______使用)(4)平均值：E＝__________(求一段时间内通过回路的和穿过线圈的磁通量的__________时使用)4.产生设备旋转电枢式发电机、旋转磁极式发电机．NBSω电容器Em2电功、电热、表的读数、额定值等位置NΔΦΔt电荷量q第44讲│考点整合5.图象描述：如图44－2所示，从图象可得出最大值、周期和各时刻的瞬时值，也能找出对应的线圈的位置．图44－2第44讲│考点整合二、交变电流的有效值1.定义它是根据电流的________规定的，让交流和直流分别通过相同阻值的电阻，如果它们在________的时间内产生的热量相等，则该直流的数值就是该交流的有效值．2.说明(1)只有正弦交变电流的电流、电压的有效值才是对应最大值的________倍．(2)通常所说的交变电流的电流和电压、交变电流表的读数、交变电流用电器的额定电压和额定电流、保险丝的熔断电流等都指______值．热效应相同22有效要点探究►探究点一交变电流的产生和描述第44讲│要点探究如图44－3甲所示，将一个平面线圈置于匀强磁场中，并使它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．如图乙所示，由中性面开始经过时间t转过角度θ＝ωt，线圈ad、bc切割磁感线产生电动势e.第44讲│要点探究图44－3e＝2BL1v⊥＝2BL1vsinθ＝2BL1·ωL22·sinωt＝BSωsinωt若线圈有N匝，e＝NBSωsinωt，其中S为线圈面积．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，将经过两个特殊位置：第44讲│要点探究(1)中性面：与匀强磁场磁感线垂直的平面叫中性面．线圈平面处于中性面时：①线圈各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即感应电流等于零．②磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，但磁通量的变化率为零．③交变电流的方向在中性面的两侧是相反的．④线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次．(2)线圈平面处于跟中性面垂直的位置即线圈平面平行于磁感线时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变．第44讲│要点探究例1[2010·郑州模拟]交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝2πT.为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220V11kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图44－4所示．求：(1)发电机的输出电压；(2)变压器原、副线圈的匝数比；(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数．第44讲│要点探究图44－4第44讲│要点探究例1(1)1100V(2)5(3)20A第44讲│要点探究[解析](1)最大电动势为Em＝NBSω＝2πNBSf＝2π×220×2π×0.05×50V＝11002V发电机输出电压U1＝Em2＝1100V(2)变压器原、副线圈的匝数比为n1n2＝U1U2＝1100V220V＝5(3)由P＝UI得副线圈的总电流为I2＝2PU2＝2×11×103220A＝100A由I1I2＝n2n1得I1＝n2n1I2＝15×100A＝20A第44讲│要点探究[点评]关于正弦式交变电流的产生，要求能根据题目给出的条件写出感应电动势或感应电流的瞬时表达式，并能将表达式与图象以及磁通量的变化规律结合起来．本题考查的是关于交变电流的最大值、有效值等问题，变式题考查的则是感应电动势的表达式及交变电流的图象问题．第44讲│要点探究[2009·福建卷]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44－5甲所示．已知发电机线圈内阻为5.0Ω，则外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则()图44－5A.电压表的示数为220VB.电路中的电流方向每秒改变50次C.灯泡实际消耗的功率为484WD.发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为24.2J第44讲│要点探究变式题D[解析]电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由图象知电动势的最大值Em＝2202V，有效值E＝220V，灯泡两端电压U＝RER＋r＝209V，选项A错误；由图象知T＝0.02s，一个周期内电流方向变化两次，可知1s内电流方向变化100次，选项B错误；灯泡的实际功率P＝U2R＝209295W＝459.8W，选项C错误；电流的有效值I＝ER＋r＝2.2A，发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为Q＝I2rt＝2.22×5×1J＝24.2J，选项D正确．►探究点二交变电流的图象问题第44讲│要点探究交变电流的图象可提供的信息1.根据图象的意义，从图象的纵坐标轴上可以直接读出交变电流的峰值，从图象的横坐标轴上可以直接读出交变电流的周期，从而可推导出线圈转动的角速度及频率．2.周期与角速度、频率的关系是T＝1f＝2πω，交变电流的频率与线圈转动的频率相等．第44讲│要点探究3．图象体现了函数关系，反映了交变电流的瞬时变化关系，故图象是书写交变电流瞬时值表达式的依据．4.交变电流的表达式与线圈平面初始位置有关，由图象可以确定线圈的初始位置，即从中性面的位置开始计时，交变电流的图象为正弦图象；从垂直中性面的位置开始计时，交变电流的图象为余弦图象.第44讲│要点探究例2图44－6是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的()A.周期是0.01sB.最大值是311VC.有效值是311VD.表达式为u＝220sin100πtV图44－6第44讲│要点探究例2B[解析]本题考查了交流电的应用．由图可知：周期为0.02s，A错；电压最大值为311V，B对；由公式U＝Um2得：U＝220V，C错；交流电的表达式为：u＝311sin100πtV，D错．第44讲│要点探究[点评]本题考查对交流电图象的解读能力，要求考生能够通过交流电图象找出周期、最大值并计算有效值，写出交流电表达式．对交流电有效值的计算要看交流电是否为正弦(余弦)交流电，若是，则直接应用I＝Im2，U＝Um2求解；若只有部分是，则具有完整的14周期整数倍的波形可直接应用I＝Im2，U＝Um2关系，并结合焦耳定律求解；若完全不是正弦式交流电，则根据有效值的定义和焦耳定律求解，如变式题就不是正弦交流电．第44讲│要点探究如图44－7所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，线圈匝数n＝50，每匝线圈面积为0.48m2，转速为150r/min，在匀速转动过程中，从图示位置线圈转过90°开始计时．(1)写出交变感应电动势瞬时值的表达式．(2)画出e－t图线．图44－7第44讲│要点探究变式题(1)e＝188sin5πt(V)(2)如图所示第44讲│要点探究[解析](1)当线圈平面经过中性面开始计时，则线圈在时间t内转过角度ωt，于是瞬时感应电动势e＝Emsinωt，其中Em＝nBSω.由题意知n＝50，B＝0.5T，ω＝2π×15060rad/s＝5πrad/s，S＝0.48m2，则Em＝nBSω＝50×0.5×0.48×5πV≈188V，所以e＝188sin5πt(V)．(2)根据交流电的方程画图线时，最大值是正弦图线的峰值，由纵轴上的刻度值标出，交流电的频率与正弦图线的周期相对应，ω＝2πT，而周期由时间轴上的刻度值标出．T＝2πω＝0.4s，e－t图线如图所示．►探究点三交变电流“四值”的应用第44讲│要点探究1.理解正弦式交流电的峰值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流在某时刻电动势、电流、电压的瞬时值．对正弦交变