（江苏专用版）2020版高考物理总复习 第十章 第1讲 交变电流的产生及其描述课件

第1讲交变电流的产生及其描述基础过关知识梳理1.(多选)关于中性面,下列说法正确的是 (AC)A.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零B.线圈在转动中经中性面位置时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大C.线圈每经过一次中性面,感应电流的方向就改变一次D.线圈每转动一周经过中性面一次,所以线圈每转动一周,感应电流的方向就改变一次基础自测2.标有“220V,100W”的一灯泡接在u=311sin(314t)V的正弦交变电流上,则 (D)A.产生该交变电流的发电机转速为每分钟50转B.与该灯泡串联的理想电流表读数为0.64AC.与该灯泡并联的理想电压表读数为311VD.通过该灯泡的电流i=0.64sin314tA解析灯泡接在u=311sin314tV的正弦交变电流上,ω=314rad/s,由ω=2πn可知产生该交变电流的发电机转速为每秒50转,故A项错误;由交变电流u=311sin314tV可知,电压的最大值Um=311V,有效值U= Um≈220V,可以使“220V,100W”的灯泡正常发光,电流表的示数I= ≈0.45A,故B项错误;与灯泡并联的理想电压表读数为220V,故C项错误;通过灯泡的最大电流为Im= I≈0.64A,因此通过该灯泡的电流i=0.64sin314tA,故D项正确。22PU2考点一交变电流的产生和描述考点二有效值的理解与计算考点突破考点三交变电流“四值”的理解和应用考点四电感、电容对交流电路的影响考点一交变电流的产生和描述正弦式交变电流的产生(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。(2)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, =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, 最大,e最大,i最大,电流方向不改变。ΦtΦt(3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次。(4)交变电动势的最大值Em=nBSω,与转轴位置无关,与线圈形状无关。例1(2018丹阳中学模拟)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,产生的交变电动势随时间变化规律的图像如图乙所示,已知发电机线圈内阻为1.0Ω,外接一只电阻为9.0Ω的灯泡,则 (C) A.电压表V的示数为20VB.电路中的电流方向每秒改变5次C.灯泡实际消耗的功率为36WD.电动势随时间变化的瞬时值表达式为e=20cos5πt(V)解析由题图乙知电压峰值为20 V,周期为0.2s,所以有效值为20V,角速度ω= =10πrad/s,电压表测的是路端电压U,U= ×9V=18V,A项错误;交流电的频率为5Hz,每一周期电流方向改变两次,所以每秒电流方向改变10次,B项错误;灯泡实际消耗的功率为P= = W=36W,C项正确;电动势随时间变化的瞬时值表达式为e=20 cos10πt(V),D项错误。22T20912UR21892考点二有效值的理解与计算(1)计算有效值的根据是电流的热效应,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)利用公式Q=I2Rt和Q= t可分别求得电流有效值和电压有效值。2UR例2(2018课标Ⅲ)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方,若该电阻接到正弦交变电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值为u0,周期为T,如图所示。则Q方:Q正等于 (D) A.1： B. :1C.1:2D.2:122解析根据题述,正弦交变电流的电压有效值为 ,而方波交流电的有效值为u0,根据焦耳定律和欧姆定律,Q=I2RT= T,可知在一个周期T内产生的热量与电压有效值的二次方成正比,,选项D正确。02u2UR规律总结几种典型交变电流的有效值电流名称电流图像有效值正弦式交变电流 I= 正弦半波电流 I= 矩形脉动电流 I= Im非对称性交变电流 I= I2mI2m0tT22121(II)2考点三交变电流“四值”的理解和应用对交变电流“四值”的比较和理解物理量表达式适用情况及说明瞬时值e=Emsinωtu=Umsinωti=Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况最大值(峰值)讨论电容器的击穿电压有效值(1)计算与电流的热效应有关的物理量(如电功、电功率、电热等)(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(4)电表的读数为有效值平均值计算通过电路截面的电荷量例3(2018南通一模)如图所示,把一根长L=20.0m的均匀电线与R=4.8Ω的电阻连成闭合回路,两位同学在赤道处沿东西方向站立,匀速摇动这根电线,摇动部分的电线可简化为长L1=6.0m、宽L2=1.0m的矩形的三条边,长边的线速度大小v=2.0m/s。已知此处地磁场的磁感应强度B=5.0×10-5T,方向水平向北,电线的电阻率ρ=2.0×10-8Ω·m,横截面积S=2.0mm2,求: (1)这根电线的总电阻R0;(2)匀速摇动电线产生电动势的最大值Em;(3)电路消耗的总功率P。答案(1)0.2Ω(2)6.0×10-4V(3)3.6×10-8W解析(1)由电阻定律有R0=ρ 得电线的总电阻为R0= Ω=0.2Ω(2)根据题意知,当电线的速度方向与磁感线方向垂直时,产生的电动势的值最大,所以最大值为Em=BL1v=5.0×10-5×6×2V=6.0×10-4V(3)摇绳发电类似于线框在磁场中转动,电路中产生交变电流,由交流电知识可知电动势的有效值为E= LS862.010202.010m2EP= = W=3.6×10-8W20ERR246.01024.80.2电路中产生的总功率为考点四电感、电容对交流电路的影响1.电感对交变电流的阻碍作用(1)电感对交变电流的阻碍作用与自感系数和交变电流的频率有关,自感系数、交变电流的频率越大,电感对交变电流的阻碍作用越大。(2)扼流圈有两种:一种叫做低频扼流圈,线圈的自感系数L很大,作用是“通直流,阻交流”,另一种叫做高频扼流圈,线圈的自感系数很小,作用是“通低频,阻高频”。2.电容器对交变电流的阻碍作用(1)电容对交变电流的阻碍作用与电容和交变电流的频率有关,电容、交变电流的频率越大,电容器对交变电流的阻碍作用越小。(2)电容器在电路中表现为“通交流、隔直流,通高频、阻低频”。例4(2017无锡期末)如图所示,交流电源的电动势有效值与直流电源的电动势相等,两电源的内阻均可忽略,三个灯泡是完全相同的,分别与定值电阻、电感器和电容器相接。当S接1时三个灯泡的亮度相同,那么S接2时 (C)A.三个灯泡亮度相同B.甲灯比乙灯亮,丙灯不亮C.甲灯比乙灯暗,丙灯不亮D.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮解析当单刀双掷开关S接1时,为交流电源,三个灯亮度相同,说明电感L的感抗与电阻R相同,当S接2时,稳定后电感L电阻可忽略不计,电容器具有隔断直流的作用,而交流与直流对电阻R没有影响,所以丙灯不亮,甲灯亮度不变,乙灯亮度增加,即甲灯比乙灯暗,故C项正确,A、B、D项错误。交变电流的图像问题由交变电流的图像可得出:(1)交变电流的周期和频率。(2)交变电流的最大值。(3)某一时刻对应的瞬时值。加油小站例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像如图甲所示。则下列说法正确的是 (B) A.t=0时,线圈平面与中性面垂直B.t=0.01s时,Φ的变化率最大C.t=0.02s时,交流电动势达到最大D.该线圈相应产生的交流电动势的图像如图乙所示解析由题图甲可知,t=0时,通过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面位置,t=0.01s时,磁通量为零,但磁通量变化率最大,交流电动势达到最大,A项错误,B项正确;t=0.02s时,交流电动势应为0,C、D项错误。随堂巩固1.如图,各面积均为S的线圈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 (A) 解析由题意可知,只有A、C图中线圈在切割磁感线,导致磁通量变化,产生感应电动势,A图中从线圈位于中性面位置开始计时,产生的电动势为e=BSωsinωt,C图中从线圈平面与中性面垂直开始计时,产生的电动势为e=BSωcosωt,故A项正确。2.(2018如皋月考)小型交流发电机的原理图如图所示:单匝矩形线圈ABCD置于匀强磁场中,绕过BC、AD中点的轴OO'以恒定角速度旋转,轴OO'与磁场垂直,矩形线圈通过滑环与理想交流电流表A、定值电阻R串联,下列说法中不正确的是 (A) A.线圈平面与磁场垂直时,交流电流表A的示数最小B.线圈平面与磁场平行时,流经定值电阻R的电流最大C.线圈转动一圈,感应电流方向改变2次D.线圈平面与磁场平行时,通过线圈的磁通量变化率最大解析交流电流表显示的是交流电的有效值,不随线圈的转动而变化,故A项错误;线圈平面与磁场平行时,磁通量最小,磁通量的变化率最大,此时电动势最大,电流最大,故B、D项正确;线圈转动一圈,经过中性面两次,感应电流方向改变2次,故C项正确。3.(多选)(2017江苏单科,7)某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则 (BD)A.电感L1的作用是通高频B.电容C2的作用是通高频C.扬声器甲用于输出高频成分D.扬声器乙用于输出高频成分解析在交流电路中,电感L的作用是通低频、阻高频,电容C的作用是通高频、阻低频,故A项错误,B项正确;结合电路结构分析可知,C项错误,D项正确。4.(2019启东中学月考)一只电阻分别通过四种不同形式的电流,电流随时间变化的情况如图所示,则在相同时间内电阻产生热量最大的是 (D) 解析A、B图像均对应正弦式交变电流,有效值I1=I2= Im= A,根据焦耳定律得Q1=Q2= RT=( )2RT=2RT,C图像对应恒定电流,根据焦耳定律得Q3= RT=2.25RT,D图像对应方波交变电流,根据焦耳定律得Q4= R· +I4'2R· =2RT+2RT=4RT,故选项D正确。22221I223I24I2T2T