高三物理一轮复习《11-1交变电流的产生和描述》

第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第十一章交变电流传感器高考总复习·物理[高考命题解读]第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第1节交变电流的产生和描述[循图忆知]第十一章交变电流传感器高考总复习·物理e＝Emsinωt第十一章交变电流传感器高考总复习·物理一、交变电流1、直流电流(DC)方向不随时间变化的电流2、交变电流(AC)大小和方向都随时间做周期性变化的电流第十一章交变电流传感器高考总复习·物理交流发电机模型二、正弦交变电流的产生1、发电机的基本构造线圈磁极•实验现象：缓慢转动线圈时，电流计指针在左右摇动，线圈每转一周，指针左右摆动一次．第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第十一章交变电流传感器高考总复习·物理eoEmT/42T/43T/4Tπ/2π3π/22πωtt二、交变电流的产生交变电流产生条件：矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动一个周期内电流方向改变两次第十一章交变电流传感器高考总复习·物理瞬时值表达式：从中性面开始计时tREimsin总tEemsin电动势:NBSEm在纯电阻电路中:电流:用公式描述:第十一章交变电流传感器高考总复习·物理一、周期和频率1、周期：交变电流完成一次周期性变化所需的时间。2、频率：交变电流一秒内完成周期性变化的次数。物理意义：表示交流电变化的快慢3、关系：第十一章交变电流传感器高考总复习·物理1．两个特殊位置的特点(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。第十一章交变电流传感器高考总复习·物理B⊥SΦ最大E=0I=0中性面垂直磁场方向的平面叫做中性面。线圈经过中性面时，Φ最大，但线圈中的电动势为零(V//B)A(B)D(C)过程分析将立体图转化为平面图t=0第十一章交变电流传感器高考总复习·物理B∥SΦ=0E最大I最大感应电流方向B到A线圈与磁场平行时，Φ最小，但线圈中的电动势最大(V⊥B)A(B)D(C)t最大中性面的垂面第十一章交变电流传感器高考总复习·物理2．正弦式交变电流的变化规律(中性面位置开始计时)tNBSesine＝Emsinωt第十一章交变电流传感器高考总复习·物理trREimsintRrREumsin第十一章交变电流传感器高考总复习·物理2．如图，各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦交变电动势e＝BSωsinωt的图是()从中性面开始计时C中性面的垂面计时e＝BSωcosωt第十一章交变电流传感器高考总复习·物理【典例1】(多选)(2016·全国Ⅲ卷·21)如图，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则()第十一章交变电流传感器高考总复习·物理A．两导线框中均会产生正弦交流电B．两导线框中感应电流的周期都等于TC．在t＝时，两导线框中产生的感应电动势相等D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等221BREE恒定，I恒定221BlE转动切割：8T第十一章交变电流传感器高考总复习·物理1．两个特殊位置的特点(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。第十一章交变电流传感器高考总复习·物理2．[图象问题](多选)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图甲所示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是()第十一章交变电流传感器高考总复习·物理A．电流表的示数为10AB．线圈转动的角速度为50πrad/sC．t＝0.01s时，线圈平面与磁场方向平行D．t＝0.02s时，电阻R中电流的方向自右向左AIIm102有sT02.0100T2I最大：中性面的垂面楞次定律B原B感中性面第十一章交变电流传感器高考总复习·物理2．利用有效值的定义计算(非正弦式电流)计算时“相同时间”至少取一个周期或为周期的整数倍1．公式法利用E＝Em2、U＝Um2、I＝Im2计算，只适用于正(余)弦式交变电流。第十一章交变电流传感器高考总复习·物理让交变电流和恒定电流通过大小相同的电阻，如果它们在相同时间内产生的热量相等，这个恒定电流的数值就是交流电的有效值。规定：二、有效值对于正弦交流电：I=U=E=2mI2mU2mE1．有效值与最大值之间的关系2mU任何电流都有有效值，但上述关系只限于正弦交变电流，对其他形式的交变电流并不适用．第十一章交变电流传感器高考总复习·物理1、通常所说照明电路的电压是220v和动力电压380V都指的是交流的有效值。2、交流用电器的额定电流和额定电压的数值都是它的有效值。3、交流电压表和电流表读数是有效值。4、如果没有特别说明，一般说到交流的电动势、电压、电流或计算功、功率或电热时指的都是有效值。5、通常电容器所标的耐压值指的是最大值.二、峰值和有效值关于有效值的说明第十一章交变电流传感器高考总复习·物理电容耐压值（最大值）(1)电容器的耐压值电容器上的标称电压值是电容器两极间所允许电压的最大值第十一章交变电流传感器高考总复习·物理3．(2018·山东济南质检)如图所示为一正弦交变电压随时间变化的图象，由图可知()A．交流电的周期为2sB．用电压表测量该交流电压时，读数为311VC．交变电压的有效值为220VD．将它加在电容器上时，电容器的耐压值等于220VsT02.0VUUm2202有V311最大值第十一章交变电流传感器高考总复习·物理4．(2018·山东潍坊市联考)如图所示为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电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()有效值电流的热效应第十一章交变电流传感器高考总复习·物理A．UmB.Um2C.2Um2D.2Um2mUU有直交QQ由有效值的定义知：20Q2TRU有交TUQ2R直直2)2(2TRUm2mUU直第十一章交变电流传感器高考总复习·物理[题后感悟]计算交变电流有效值时应注意的几点：(1)计算有效值时要根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解。(2)分段计算电热并求和得出一个周期内产生的总热量。(3)利用两个公式Q＝I2Rt和Q＝U2Rt可分别求得电流有效值和电压有效值。第十一章交变电流传感器高考总复习·物理A．交流电压表的示数为311VB．1s内流过保险丝的电流方向改变100次C．电饭锅的热功率是抽油烟机热功率的4.5倍D．为保证电路正常工作，保险丝的额定电流不能小于5A1．[公式法求有效值](多选)如图所示，某电路上接有保险丝、交流电压表、“220V900W”的电饭锅及“220V200W”的抽油烟机。现接入u＝311sin100πt(V)的交流电，下列说法正确的是()VUUm2202有VUm311100sT02.021s=50T一个周期内电流方向改变两次W1100总总功率：PA5有总UPI900W200W第十一章交变电流传感器高考总复习·物理2．[定义法求有效值]如图所示电路，电阻R1与电阻R2串联接在交流电源上，且R1＝R2＝10Ω，正弦交流电的表达式为u＝202sin100πt(V)，R1和理想二极管D(正向电阻可看做零，反向电阻可看做无穷大)并联，则R2上的电功率为()2222RUP有电流正向流入：R1被短路V20R22U有效值：电流反向流入：R1、R2串联V102'222UUR有效值：V202mUU有2'222222TRUTRU2T2TTRU222有222RI有第十一章交变电流传感器高考总复习·物理【解析】由图可知，当A端输出电流为正时，R1被短路，则此时R2上电压有效值为：U2＝Um2＝20V，当B端输出电流为正时，R1、R2串联，则R2两端电压有效值为U2′＝U22＝10V，则在一个周期内的电压有效值为：U2′2R2×T2＋U22R2×T2＝U2R2×T解得：U＝510V则有：P2＝U2R2＝25010W＝25W。【答案】C第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第十一章交变电流传感器高考总复习·物理tIq第十一章交变电流传感器高考总复习·物理【典例2】(多选)(2018·河北保定联考)有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴OO′以角速度ω匀速转动，从图示位置转90°的过程中，下列说法正确的是()BS图示位置转90°tNEtIqtrRErRNrB∥Se＝NBSωcosωt热外力做功：PP)(2rRI有）（rRSBN22222NBSEm)(2rREIm有第十一章交变电流传感器高考总复习·物理A．通过电阻R的电荷量q＝πNBS22（R＋r）B．通过电阻R的电荷量q＝NBSR＋rC．外力做功的平均功率P＝N2B2S2ω22（R＋r）D．从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsinωt第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第十一章交变电流传感器高考总复习·物理【答案】B有效值不变VUUm2202有VVU3112200m第十一章交变电流传感器高考总复习·物理2．[由图象求“四值”](多选)(2018·山西五校四联，19)如图甲所示一台线圈内阻为2Ω的小型发电机外接一只电阻为10Ω的灯泡，发电机内匀强磁场的磁感应强度为2πT，线圈的面积为0.01m2，发电机正常工作时灯泡的电流i随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示。下列说法正确的是()第十一章交变电流传感器高考总复习·物理A．t＝0.05s时，穿过线圈的磁通量为零B．t＝0.05s时，理想交流电压表的示数为30VC．发电机内线圈的匝数为240D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为9J0最大，i10R2rA3有IR有有IUnBSEm)(rRIEmmV236360rtIQ2有J18第十一章交变电流传感器高考总复习·物理[能力拓展]交变电流瞬时表达式的书写问题【例题】图甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引出的导线ae和df分第十一章交变电流传感器高考总复习·物理别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路。图乙是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动。(只考虑单匝线圈)第十一章交变电流传感器高考总复习·物理第十一章交变电流传感器高考总复习·物理(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；(3)若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。(其他电阻均不计)第十一章交变电流传感器高考总复习·物理【解析】(1)矩形线圈abcd在磁场中转动时，只有ab和cd切割磁感线，且转动的半径为r＝L22