【志鴻優(yōu)化設(shè)計(jì)】（浙江專用）高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十章 交變電流第一節(jié)交變電流的產(chǎn)生和描述教學(xué)案.doc

第十章交變電流考綱要求權(quán)威解讀交變電流、交變電流的圖象1.知道交變電流產(chǎn)生的原理2理解正弦交變電流的圖象正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值理解交變電流的三角函數(shù)表達(dá)式，最大值與有效值，周期與頻率理想變壓器1.了解理想變壓器的工作原理，掌握理想變壓器中電流、電壓與匝數(shù)的關(guān)系2能夠討論負(fù)載變化時(shí)電流、電壓等相關(guān)物理量的變化情況遠(yuǎn)距離輸電1.會(huì)分析輸電線上的電功率損失和電壓損失2理解遠(yuǎn)距離輸電的原理和基本公式第一節(jié)交變電流的產(chǎn)生和描述一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1交變電流和_都隨時(shí)間做周期性變化的電流叫做交變電流，其中按正弦函數(shù)規(guī)律變化的電流叫正弦交變電流。2正弦交變電流的產(chǎn)生(1)將線圈置于_磁場中；線圈繞_的軸_轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生正(余)弦交變電流。(2)中性面：與磁場方向_的平面。線圈轉(zhuǎn)到中性面時(shí)，穿過線圈的磁通量_，磁通量的變化率_，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)_。線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周，兩次經(jīng)過中性面，線圈每經(jīng)過_，電流的方向就改變一次。(3)從中性面(sb)開始計(jì)時(shí)，表達(dá)式：iimsin t；uumsin t；eemsin t。(4)圖象：二、描述交變電流的物理量1最大值emnbs(n：線圈的匝數(shù)；s：線圈處于磁場中的有效面積；：線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度)。2瞬時(shí)值反映_交變電流的大小和方向。3有效值根據(jù)電流的_規(guī)定的，即讓交流電和直流電通過相同阻值的電阻，如果在相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的_相等，就把直流電的數(shù)值叫做交流電的有效值。(1)正弦交流電有效值和峰值之間的關(guān)系：eem；uum；iim。(2)非正弦交流電的有效值要根據(jù)電流的熱效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算有效值時(shí)，“相同時(shí)間”至少取一個(gè)周期或周期的整數(shù)倍。4平均值可用法拉第電磁感應(yīng)定律_來求。5周期和頻率(1)周期：完成一次周期性變化所需的_。(2)頻率：每秒鐘完成周期性變化的_。(3)周期和頻率的關(guān)系：t，2f。三、電感、電容對(duì)交變電流的作用1電感對(duì)交變電流的阻礙作用(1)電感對(duì)交變電流的阻礙作用與自感系數(shù)和交變電流的頻率有關(guān)，自感系數(shù)、交變電流的頻率越大，電感對(duì)交變電流的阻礙作用越大。(2)扼流圈有兩種：一種叫做低頻扼流圈，線圈的自感系數(shù)l很大，作用是“_”，另一種叫做高頻扼圈，線圈的自感系數(shù)很小，作用是“_”。2電容器對(duì)交變電流的阻礙作用(1)電容對(duì)交變電流的阻礙作用與電容和交變電流的頻率有關(guān)，電容、交變電流的頻率越大，電容對(duì)交變電流的阻礙作用越小。(2)電容器在電路中表現(xiàn)為“_”。1圖中閉合線圈都在勻強(qiáng)磁場中繞虛線所示的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，不能產(chǎn)生正弦式交變電流的是()2下列關(guān)于交變電流的說法中正確的是()a交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓值和電流值是交變電流的峰值b用交流電流表和電壓表測(cè)定的數(shù)值是交變電流的瞬時(shí)值c給定的交變電流數(shù)值，在沒有特別說明的情況下指的都是有效值d跟交變電流有相同的熱效應(yīng)的直流電數(shù)值是交變電流的有效值3兩個(gè)完全相同的電熱器，分別通以圖甲、圖乙所示的峰值相等的矩形交變電流和正弦交變電流，則這兩個(gè)電熱器的電功率之比p甲p乙等于()a.1 b21 c41 d114易錯(cuò)辨析：請(qǐng)你判斷下列表述正確與否，對(duì)不正確的，請(qǐng)予以更正。(1)線框在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過中性面時(shí)，磁通量最大，感應(yīng)電流也最大。(2)各種交變電流的最大值都是有效值的倍。(3)線框在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電的電動(dòng)勢(shì)的最大值為emnbs。(4)可以用平均值計(jì)算交變電流產(chǎn)生的熱量。(5)可以用有效值計(jì)算交變電流電路中的電荷量問題。一、對(duì)中性面的理解自主探究1在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)的圖象如圖乙所示，則()at0.005 s時(shí)線框的磁通量變化率為零bt0.01 s時(shí)線框平面與中性面重合c線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為311 vd線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為100 hz思考1：由正弦交變電流的圖象可得到哪些信息？思考2：中性面有什么特點(diǎn)？二、對(duì)電流熱效應(yīng)的兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)自主探究2先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電，第一次燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化(如圖甲所示)；第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若甲、乙圖中的u0、t所表示的電壓、周期值是相同的，則以下說法正確的是() 甲 乙a第一次，燈泡兩端的電壓有效值是u0/2b第二次，燈泡兩端的電壓有效值是3u0/2c第一、第二次，燈泡的電功率之比是29d第一、第二次，燈泡的電功率之比是15思考1：交變電流的有效值是根據(jù)電流的什么進(jìn)行定義的？思考2：計(jì)算交變電流的有效值時(shí)要注意哪些問題？思考3：計(jì)算交變電流的有效值時(shí)要選擇哪些公式？命題研究一、交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律問題【題例1】 如圖甲所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點(diǎn)的軸oo以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線圈平面與磁場夾角45時(shí)如圖乙為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎?，則下列四幅圖中正確的是()思路點(diǎn)撥：確定感應(yīng)電流的變化圖象，應(yīng)從三個(gè)方面分析：(1)感應(yīng)電流的方向；(2)感應(yīng)電流的大?。?3)感應(yīng)電流大小的變化趨勢(shì)。從而排除錯(cuò)誤選項(xiàng)，確定正確選項(xiàng)。解題要點(diǎn)：規(guī)律總結(jié)1兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)(1)線圈平面與中性面重合時(shí)，sb，最大，0，e0，i0，電流方向?qū)l(fā)生改變。(2)線圈平面與中性面垂直時(shí)，sb，0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變。2交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式書寫的基本思路(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或由公式emnbs，求出相應(yīng)峰值。(2)明確線圈的初始位置，找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則it圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iimsin t。線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iimcos t。3正弦式電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))命題研究二、交變電流的四值【題例2】 如圖所示，線圈abcd的面積是0.05 m2，共100匝，線圈電阻為1 ，外接電阻r9 ，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度bt，當(dāng)線圈以300 r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，求：(1)若從線圈處于中性面開始計(jì)時(shí)，寫出線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式。(2)線圈轉(zhuǎn)過 s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值多大？(3)電路中，電壓表和電流表的示數(shù)各是多少？(4)從中性面開始計(jì)時(shí)，經(jīng) s通過電阻r的電荷量為多少？思路點(diǎn)撥：由磁場情況和線圈轉(zhuǎn)動(dòng)情況可確定瞬時(shí)值表達(dá)式，電壓表和電流表的示數(shù)為電路中電壓和電流的有效值，而電荷量的計(jì)算則需用該時(shí)間內(nèi)的平均值。解題要點(diǎn)：規(guī)律總結(jié)交變電流“四值”的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值eemsin t，iimsin t計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況最大值最大的瞬時(shí)值emnbs，im討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值e，u，i(只適用于正、余弦式電流)(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是指有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所圍成的面積與時(shí)間的比值bl計(jì)算通過電路截面的電荷量1(2012福州質(zhì)檢)有一不動(dòng)的矩形線圈abcd，處于范圍足夠大的可轉(zhuǎn)動(dòng)的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示。該勻強(qiáng)磁場是由一對(duì)磁極n、s產(chǎn)生，磁極以oo為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。在t0時(shí)刻，磁場的方向與線圈平行，磁極n開始離開紙面向外轉(zhuǎn)動(dòng)，規(guī)定abcda方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線是()2(2012陜西師大附中模擬)如圖所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，當(dāng)只改變線圈的轉(zhuǎn)速后，產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下說法正確的是()a線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為23b通過線圈的磁通量最大值之比為32c先后兩次交流電的最大值之比為32d先后兩次交流電的有效值之比為3(2012遼寧大連模擬)將電阻r、理想電壓表v、開關(guān)s和交流電源按照?qǐng)D甲所示方式連接，其中r30 ，合上開關(guān)s后，交流電源輸出的正弦交變電壓u隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示。則()a電壓表v的示數(shù)是36 vbr消耗的電功率是44 wc通過r的電流瞬時(shí)值表達(dá)式為i1.2sin 100t ad通過r的電流最大值為1.2 a4如圖所示的正方形線框abcd邊長為l，每邊電阻均為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場中繞cd軸以角速度從圖示位置開始轉(zhuǎn)動(dòng)，c、d兩點(diǎn)與外電路相連，外電路電阻也為r，電表均為交流理想電表。求：(1)線框中電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)s斷開時(shí)，電壓表讀數(shù)；(3)s閉合時(shí)，電流表讀數(shù)；(4)s閉合時(shí)，線框從圖示位置轉(zhuǎn)過過程中流過電流表的電荷量。參考答案基礎(chǔ)梳理自測(cè)知識(shí)梳理一、1.大小方向2(1)勻強(qiáng)垂直于磁感線勻角速度(2)垂直最大為零為零中性面一次二、2.某一時(shí)刻3熱效應(yīng)熱量4n5(1)時(shí)間(2)次數(shù)三、1.(2)通直流，阻交流通低頻，阻高頻2(2)通交流、隔直流；通高頻、阻低頻基礎(chǔ)自測(cè)1c解析：只要將線圈置于勻強(qiáng)磁場中，線圈繞垂直于磁感線的軸勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生正弦交變電流，選項(xiàng)c不能產(chǎn)生正弦式交變電流。2cd解析：交流電器設(shè)備上所標(biāo)的電壓值和電流值、用交流電流表和電壓表測(cè)定的數(shù)值均是交變電流的有效值，選項(xiàng)a、b錯(cuò)誤。3b解析：t1、t3時(shí)刻通過線圈的磁通量的絕對(duì)值最大，磁通量變化率0，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流為零，線圈中感應(yīng)電流方向改變，選項(xiàng)a錯(cuò)誤而b正確；t2、t4時(shí)刻線圈中磁通量為零，磁通量的變化率最大，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，選項(xiàng)c、d均錯(cuò)誤。3b解析：甲為矩形交變電流，它的大小恒為im，方向做周期性的變化，而電流通過電阻的熱功率跟電流的方向無關(guān)，所以矩形交變電流通過電阻r的熱功率p甲ir；乙為正弦交變電流，計(jì)算熱功率時(shí)要用有效值：i，所以p乙i2rrr，故，選項(xiàng)b正確。4答案：(1)錯(cuò)誤。線框在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過中性面時(shí)，磁通量最大，感應(yīng)電流為零。(2)錯(cuò)誤。一般正、余弦式交變電流的最大值才等于有效值的倍。(3)正確。(4)錯(cuò)誤。只能用交變電流的有效值計(jì)算交變電流產(chǎn)生的熱量。(5)錯(cuò)誤。只能用交變電流的平均值計(jì)算交變電流電路中的電荷量問題。核心理解深化【自主探究1】 b解析：由圖象知，該交變電流電動(dòng)勢(shì)峰值為311 v，交變電動(dòng)勢(shì)頻率為f50 hz，選項(xiàng)c、d錯(cuò)誤；t0.005 s時(shí)，e311 v，磁通量變化最快，t0.01 s時(shí)，e0，磁通量最大，線圈處于中性面位置，選項(xiàng)a錯(cuò)而b正確。提示：1.由圖象可知交變電流的最大值；周期t(頻率f)；任意時(shí)刻線圈中產(chǎn)生的電流的大小和方向。2(1)線圈平面與中性面重合時(shí)，sb，最大，0，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；(2)線圈每經(jīng)過中性面時(shí)，線圈中的電流改變方向，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周兩次經(jīng)過中性面，所以一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次?！咀灾魈骄?】 d解析：甲電源有效值uu0，選項(xiàng)a錯(cuò)；乙電源：t，uu0，選項(xiàng)b錯(cuò)；p，則兩次功率之比，即只有選項(xiàng)d正確。提示：1.根據(jù)電流的熱效應(yīng)(電流通過電阻產(chǎn)生熱量)進(jìn)行定義的。2在進(jìn)行有效值計(jì)算時(shí)，要緊扣電流通過電阻生熱進(jìn)行計(jì)算；注意“三同”：即“相同電阻”、“相同時(shí)間內(nèi)”產(chǎn)生“相同熱量”。計(jì)算時(shí)“相同時(shí)間”一般取一個(gè)周期。3利用兩個(gè)公式qt和qi2rt可以分別求得交變電流的電壓有效值和電流有效值?？枷蛱骄客黄啤绢}例1】 d解析：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電流按正弦規(guī)律變化，由于t0時(shí)，線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖(b)，由右手定則判斷可得，此時(shí)ad中電流方向?yàn)橛蒩到d，線圈中電流方向?yàn)閍dcba，與規(guī)定的電流正方向相反，電流為負(fù)值。又因?yàn)榇藭r(shí)ad、bc兩邊的切割速度方向與磁場方向成45夾角，由e2blv，可得e2blvem，即此時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為最大值的倍，電流當(dāng)然也是最大值的倍，由圖(b)還能觀察到，線圈在接下來45的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，ad、bc兩邊的切割速度越來越小，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)減小。感應(yīng)電流應(yīng)減小，綜合上述幾點(diǎn)可知選項(xiàng)d正確?！绢}例2】 答案：(1)e50sin(10t) v(2)43.3 v(3)31.86 v，3.54 a(4)c解析：(1)eemsin tnbs2fsin(2ft)1000.052sin50sin(10t) v。(2)當(dāng)t s時(shí)e50sin43.3 v。(3)電動(dòng)勢(shì)的有效值為：e v35.4 v電流表示數(shù)：i a3.54 a電壓表示數(shù)：uir3.549 v31.86 v。(4) s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過的角度：t2。該過程中，bsbscos bs，由，得q c c。演練鞏固提升1c解析：磁極以oo為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)可等效為磁場不動(dòng)線圈向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由右手定則可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda；在t0時(shí)刻，磁場的方向與線圈平行，感應(yīng)電流最大，故選項(xiàng)c正確。2c解析：由maxbs知，通過線圈的磁通量最大值之比為11，選項(xiàng)b錯(cuò)；由圖象可知，根據(jù)t、2n知，選項(xiàng)a錯(cuò)；電動(dòng)勢(shì)最大值emaxnbsnmax，故，選項(xiàng)c對(duì)；由有效值公式e知，選項(xiàng)d錯(cuò)。3c解析：電壓表的示數(shù)為有效值，u18 v，a項(xiàng)錯(cuò)誤；p21.6 w，b項(xiàng)錯(cuò)誤；isin 100t a1.2sin 100t a，c項(xiàng)正確