新課標高考物理一輪總復習交變電流產(chǎn)生及描述張PPT學習教案

1、會計學1新課標高考物理一輪總復習交變電流產(chǎn)新課標高考物理一輪總復習交變電流產(chǎn)生及描述張生及描述張 2正弦式電流的產(chǎn)生和圖象正弦式電流的產(chǎn)生和圖象 (1)產(chǎn)生：在勻強磁場里，線圈繞產(chǎn)生：在勻強磁場里，線圈繞 方向方向的軸勻速轉(zhuǎn)動。的軸勻速轉(zhuǎn)動。 (2)圖象：用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律，如圖象：用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置時開始計時，其圖象為正弦曲線。果線圈從中性面位置時開始計時，其圖象為正弦曲線。如圖如圖1011(a)所示。所示。垂直于磁場垂直于磁場第1頁/共56頁nBSsin tnBS3正弦式電流的函數(shù)表達式正弦式電流的函數(shù)表達式第2頁/共56頁試一試試一試1一只矩

2、形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖圖1012甲所示，則下列說法正確的是甲所示，則下列說法正確的是 ()圖圖1012第3頁/共56頁At0時刻，線圈平面與中性面垂直時刻，線圈平面與中性面垂直Bt0.01 s時刻，時刻，的變化率最大的變化率最大Ct0.02 s時刻，交流電動勢達到最大時刻，交流電動勢達到最大D該線圈產(chǎn)生的交流電動勢的圖象如圖乙所示該線圈產(chǎn)生的交流電動勢的圖象如圖乙所示答案：答案：B第4頁/共56頁描述正弦式電流的物理量描述正弦式電流的物理量想一想想一

3、想 有一個有一個10匝的正方形線框，邊長為匝的正方形線框，邊長為20 cm，線框總電阻為，線框總電阻為1 ，線框繞，線框繞OO軸軸以以10 rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖的角速度勻速轉(zhuǎn)動，如圖1013所示，垂直于線框平面向里的勻所示，垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應強度為強磁場的磁感應強度為0.5 T。則正弦式電流電動勢和。則正弦式電流電動勢和電流的峰值和有效值分別為多少？電流的峰值和有效值分別為多少？圖圖1013第5頁/共56頁第6頁/共56頁記一記記一記一次周期性一次周期性次數(shù)次數(shù)第7頁/共56頁熱效應熱效應熱量熱量有效值有效值第8頁/共56頁試一試試一試2.小型交流發(fā)電機中，矩形金

4、屬線圈小型交流發(fā)電機中，矩形金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)感應電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖系，如圖1014所示。此線圈所示。此線圈與一個與一個R10 的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其他電阻，下列說法正確的是其他電阻，下列說法正確的是 ()圖圖1014A交變電流的周期為交變電流的周期為0.125 sB交變電流的頻率為交變電流的頻率為8 Hz第9頁/共56頁答案：答案：C第10頁/共56頁正弦式交變電流的變化規(guī)律正弦式交變電流的變化規(guī)律1.正弦式電流的變化規(guī)律正弦式電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計

5、時線圈在中性面位置開始計時)eEmsin nBSsin t t電動勢電動勢mcos tBScos t磁通量磁通量圖象圖象函數(shù)函數(shù)規(guī)律規(guī)律物理量物理量第11頁/共56頁圖象圖象函數(shù)函數(shù)規(guī)律規(guī)律物理量物理量電壓電壓電流電流第12頁/共56頁2兩個特殊位置的特點兩個特殊位置的特點第13頁/共56頁 3書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路 (1)確定正弦式交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出確定正弦式交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式或由公式EmnBS求出相應峰值。求出相應峰值。 (2)明確線圈的初始位置，找出對應的函數(shù)關(guān)系式。明確線圈的初始位置，找出對應的函數(shù)關(guān)系式

6、。 若線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則若線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為正弦圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImsin t。 若線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則若線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImcos t。第14頁/共56頁 例例1(2012安徽高考安徽高考)圖圖1015甲是交流發(fā)電機甲是交流發(fā)電機模型示意圖。在磁感應強度為模型示意圖。在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一矩形的勻強磁場中，有一矩形線圈線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO轉(zhuǎn)動，由轉(zhuǎn)動，由線圈引出的導線線圈引出

7、的導線ae和和df分別與兩個跟線圈一起繞分別與兩個跟線圈一起繞OO轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動中就可以保持和外電路持滑動接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動中就可以保持和外電路電阻電阻R形成閉合電路。圖乙是線圈的主視圖，導線形成閉合電路。圖乙是線圈的主視圖，導線ab和和cd分別用它們的橫截面來表示。已知分別用它們的橫截面來表示。已知ab長度為長度為L1，bc長度為長度為L2，線圈以恒定角速度，線圈以恒定角速度逆時針轉(zhuǎn)動。逆時針轉(zhuǎn)動。(只考慮單匝線圈只考慮單匝線圈)第15頁/共56頁圖圖1015 (

8、1)線圈平面處于中性面位置時開始計時，試推導線圈平面處于中性面位置時開始計時，試推導t時刻整時刻整個線圈中的感應電動勢個線圈中的感應電動勢e1的表達式；的表達式； (2)線圈平面處于與中性面成線圈平面處于與中性面成0夾角位置時開始計時，如圖夾角位置時開始計時，如圖丙所示，試寫出丙所示，試寫出t時刻整個線圈中的感應電動勢時刻整個線圈中的感應電動勢e2的表達式；的表達式； (3)若線圈電阻為若線圈電阻為r，求線圈每轉(zhuǎn)動一周電阻，求線圈每轉(zhuǎn)動一周電阻R上產(chǎn)生的焦上產(chǎn)生的焦耳熱。耳熱。(其他電阻均不計其他電阻均不計)第16頁/共56頁第17頁/共56頁第18頁/共56頁第19頁/共56頁交變電流瞬時值

9、表達式求法：交變電流瞬時值表達式求法：(1)先求電動勢的最大值先求電動勢的最大值EmnBS； (3)明確從哪一位置開始計時，從而確定是正弦函明確從哪一位置開始計時，從而確定是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù)；數(shù)還是余弦函數(shù)； (4)寫出瞬時值的表達式。寫出瞬時值的表達式。第20頁/共56頁交流電交流電“四值四值”的理解與應用的理解與應用交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較討論電容器的討論電容器的擊穿電壓擊穿電壓最大的瞬時最大的瞬時值值峰值峰值計算線圈某時計算線圈某時刻的受力情況刻的受力情況 eEmsin t iImsin t交變電流某交變電流某一時刻的值

10、一時刻的值瞬時值瞬時值適用情況及說明適用情況及說明重要關(guān)系重要關(guān)系物理含義物理含義物理量物理量第21頁/共56頁(1)計算與電流的熱效應計算與電流的熱效應有關(guān)的量有關(guān)的量(如電功、電功如電功、電功率、電熱等率、電熱等) (2)電氣設備電氣設備“銘牌銘牌”上上所標的一般是指有效值所標的一般是指有效值(3)保險絲的熔斷電流為保險絲的熔斷電流為有效值有效值跟交變電跟交變電流的熱效流的熱效應等效的應等效的恒定電流恒定電流的值的值有效有效值值適用情況及說明適用情況及說明重要關(guān)系重要關(guān)系物理含義物理含義物理物理量量第22頁/共56頁計算通過計算通過電路截面電路截面的電荷量的電荷量交變電流圖象交變電流圖象中

11、圖線與時間中圖線與時間軸所夾的面積軸所夾的面積與時間的比值與時間的比值平均值平均值適用情況適用情況及說明及說明重要關(guān)系重要關(guān)系物理含義物理含義物理量物理量第23頁/共56頁 例例2(2013河北衡水調(diào)研河北衡水調(diào)研)如圖如圖1016所示，在磁感應強度為所示，在磁感應強度為B的勻強磁場中，的勻強磁場中，有一矩形線圈，面積為有一矩形線圈，面積為S，匝數(shù)為，匝數(shù)為N，內(nèi)阻，內(nèi)阻為為r，繞垂直磁感線的對稱軸，繞垂直磁感線的對稱軸OO以角速度以角速度勻速轉(zhuǎn)動，勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置轉(zhuǎn)從圖示位置轉(zhuǎn)90的過程中，下列說法正確的是的過程中，下列說法正確的是()圖圖1016第24頁/共56頁 審題指導審題指導 第

12、一步：抓關(guān)鍵點第一步：抓關(guān)鍵點產(chǎn)生余弦式交流電產(chǎn)生余弦式交流電從圖示位置開始計時從圖示位置開始計時線圈中產(chǎn)生交流電線圈中產(chǎn)生交流電勻強磁場、轉(zhuǎn)軸垂直于磁場、勻速勻強磁場、轉(zhuǎn)軸垂直于磁場、勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動獲取信息獲取信息關(guān)鍵點關(guān)鍵點第25頁/共56頁 第二步：找突破口第二步：找突破口 (1)要求產(chǎn)生電量要求產(chǎn)生電量應利用電流的平均值。應利用電流的平均值。 (2)要求平均功率要求平均功率應利用電流的有效值。應利用電流的有效值。 (3)要求瞬時值表達式要求瞬時值表達式eEmcos t。第26頁/共56頁答案答案BC第27頁/共56頁 模型概述模型概述 “電動機電動機”模型和模型和“發(fā)電機發(fā)電機”模型是高

13、考題中時常出現(xiàn)的模型是高考題中時常出現(xiàn)的兩種物理模型，凡在安培力作用下在磁場中運動的通電導體均兩種物理模型，凡在安培力作用下在磁場中運動的通電導體均可看做電動機模型，在外力作用下在磁場中做切割磁感線運動可看做電動機模型，在外力作用下在磁場中做切割磁感線運動的導體均可看做發(fā)電機模型，此模型綜合考查了磁場力的作用的導體均可看做發(fā)電機模型，此模型綜合考查了磁場力的作用、電磁感應、恒定電流、交流電、能量轉(zhuǎn)化與守恒等知識。、電磁感應、恒定電流、交流電、能量轉(zhuǎn)化與守恒等知識。超鏈超鏈接接第28頁/共56頁右手抓著發(fā)電機右手抓著發(fā)電機左手抓著電動機左手抓著電動機形象比形象比喻喻(1)產(chǎn)生的感應電動勢方向產(chǎn)生

14、的感應電動勢方向由右手定則判定由右手定則判定(2)感應電動勢大小由法拉感應電動勢大小由法拉第電磁感應定律計算第電磁感應定律計算(3)注意感應電流的最大值注意感應電流的最大值、瞬時值、有效值和平均、瞬時值、有效值和平均值的計算值的計算(4)能量轉(zhuǎn)化中滿足守恒能量轉(zhuǎn)化中滿足守恒(1)受力由左手定則來判斷受力由左手定則來判斷(2)能量關(guān)系：能量關(guān)系：P總總P輸出輸出P熱熱(3)實際功率：實際功率：P實際實際P額定額定(4)電壓、電流關(guān)系：電壓、電流關(guān)系：UIR解題要解題要點點機械能轉(zhuǎn)化為電能機械能轉(zhuǎn)化為電能電能轉(zhuǎn)化為機械能電能轉(zhuǎn)化為機械能能量轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)化化閉合線圈在磁場中受外力閉合線圈在磁場中受外力轉(zhuǎn)

15、動，產(chǎn)生感應電動勢轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生感應電動勢通電線圈在磁場中受到安通電線圈在磁場中受到安培力而轉(zhuǎn)動培力而轉(zhuǎn)動工作原工作原理理發(fā)電機發(fā)電機電動機電動機第29頁/共56頁 典例典例如圖如圖1017甲所示是某同學設計的一種甲所示是某同學設計的一種振動發(fā)電裝置的示意圖，一個半徑振動發(fā)電裝置的示意圖，一個半徑r0.10 m、匝數(shù)、匝數(shù)n20的線圈套在永久磁鐵槽中，磁場的磁感線均沿半徑方的線圈套在永久磁鐵槽中，磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布向均勻分布(其右視圖如圖乙所示其右視圖如圖乙所示)。在線圈所在位置磁。在線圈所在位置磁感應強度感應強度B的大小均為的大小均為B0.20 T，線圈的電阻為，線圈的電阻為R10

16、.50 ，它的引出線接有，它的引出線接有R29.5 的小電珠的小電珠L。外力推。外力推動線圈框架的動線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復運動，便有電端，使線圈沿軸線做往復運動，便有電流通過電珠。當線圈向右的位移流通過電珠。當線圈向右的位移x隨時間隨時間t變化的規(guī)律如變化的規(guī)律如圖丙所示時圖丙所示時(x取向右為正取向右為正)。求：。求：第30頁/共56頁(1)線圈運動時產(chǎn)生的感應電動勢線圈運動時產(chǎn)生的感應電動勢E的大??；的大小；(2)線圈運動時產(chǎn)生的感應電流線圈運動時產(chǎn)生的感應電流I的大??；的大??；(3)每一次推動線圈運動過程中作用力每一次推動線圈運動過程中作用力F的大??；的大??；(4)該發(fā)電機的

17、輸出功率該發(fā)電機的輸出功率P。圖圖1017第31頁/共56頁第32頁/共56頁 (3)由于線圈每次運動都是勻速直線運動，由平衡由于線圈每次運動都是勻速直線運動，由平衡條件條件F推推F安安，即，即F推推nBI2r200.20.223.140.1 N0.5 N。 (4)發(fā)電機的輸出功率即小電珠的電功率發(fā)電機的輸出功率即小電珠的電功率PI2R20.229.5 W0.38 W。 答案答案(1)2 V(2)0.2 A(3)0.5 N(4)0.38 W第33頁/共56頁 題后悟道題后悟道 (1)線圈在輻射形磁場中切割磁感線產(chǎn)生的電動勢線圈在輻射形磁場中切割磁感線產(chǎn)生的電動勢等于每匝線圈產(chǎn)生電動勢的和。等于

18、每匝線圈產(chǎn)生電動勢的和。 (2)線圈所受的安培力等于各匝線圈所受安培力的和線圈所受的安培力等于各匝線圈所受安培力的和。 (3)線圈是電源，燈泡是負載，其能量來源是推力做線圈是電源，燈泡是負載，其能量來源是推力做的功。的功。第34頁/共56頁 如圖如圖1018所示為電動機的簡化模型，線圈所示為電動機的簡化模型，線圈abcd可繞軸可繞軸O1O2自由轉(zhuǎn)動。當線圈中通入如圖所示的電流時自由轉(zhuǎn)動。當線圈中通入如圖所示的電流時，順著，順著O1O2的方向看去，線圈將的方向看去，線圈將 () 圖圖1018第35頁/共56頁A順時針轉(zhuǎn)動順時針轉(zhuǎn)動B逆時針轉(zhuǎn)動逆時針轉(zhuǎn)動C仍然保持靜止仍然保持靜止D既可能順時針轉(zhuǎn)動

19、，也可能逆時針轉(zhuǎn)動既可能順時針轉(zhuǎn)動，也可能逆時針轉(zhuǎn)動解析：在題中圖示位置，由左手定則可以判斷，解析：在題中圖示位置，由左手定則可以判斷，ab邊邊受到的安培力向上，受到的安培力向上，cd邊受到的安培力向下，則線圈邊受到的安培力向下，則線圈順時針轉(zhuǎn)動，故順時針轉(zhuǎn)動，故A項正確。項正確。答案：答案：A第36頁/共56頁隨堂鞏固落實隨堂鞏固落實1(2013唐山模擬唐山模擬)一矩形線圈繞垂直于一矩形線圈繞垂直于勻強磁場方向、并位于線圈平面內(nèi)的勻強磁場方向、并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應電動勢固定軸轉(zhuǎn)動，線圈中的感應電動勢e隨時間隨時間t的變化情況如圖的變化情況如圖1019所示，則所示，則()

20、At1時刻穿過線圈的磁通量為零時刻穿過線圈的磁通量為零Bt2時刻穿過線圈的磁通量為零時刻穿過線圈的磁通量為零圖圖1019第37頁/共56頁Ct3時刻穿過線圈的磁通量變化率為零時刻穿過線圈的磁通量變化率為零Dt4時刻穿過線圈的磁通量變化率為零時刻穿過線圈的磁通量變化率為零解析：解析：t1時刻穿過線圈的磁通量為零，感應電動勢最大；時刻穿過線圈的磁通量為零，感應電動勢最大；t2時刻穿過線圈的磁通量最大，感應電動勢為零；時刻穿過線圈的磁通量最大，感應電動勢為零；t3時刻時刻穿過線圈的磁通量變化率最大，感應電動勢最大；穿過線圈的磁通量變化率最大，感應電動勢最大；t4時刻時刻穿過線圈的磁通量變化率為零，感

21、應電動勢為零，選項穿過線圈的磁通量變化率為零，感應電動勢為零，選項A、D正確。正確。答案：答案：AD第38頁/共56頁2.通過某電流表的電流按如圖通過某電流表的電流按如圖10110所示的規(guī)律變化，則該電流表的所示的規(guī)律變化，則該電流表的讀數(shù)為讀數(shù)為 ()圖圖10110答案：答案：C第39頁/共56頁3在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的在勻強磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖10111甲所示，產(chǎn)生的交甲所示，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示，則變電動勢的圖象如圖乙所示，則 ()圖圖10111第40頁/共56頁At 0.005 s 時線框的磁通量變

22、化率為零時線框的磁通量變化率為零Bt 0.01 s 時線框平面與中性面重合時線框平面與中性面重合C線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為線框產(chǎn)生的交變電動勢有效值為 311 VD線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為 100 Hz答案：答案：B第41頁/共56頁A周期是周期是0.01 sB最大值是最大值是311 VC有效值是有效值是220 VD表達式為表達式為u220sin 100t(V)解析：由交變電流的圖象知，周期是解析：由交變電流的圖象知，周期是0.02 s，A項錯；項錯；最大值是最大值是311 V，B項正確；有效值是項正確；有效值是220 V，C項正確項正確；瞬時值表達式為；瞬時值

23、表達式為u311 sin (100t) V，D項錯誤。項錯誤。 4如圖如圖10112是某種正弦式交變是某種正弦式交變電壓的波形圖，由圖可確定該電電壓的波形圖，由圖可確定該電壓的壓的 ()圖圖10112答案：答案：BC第42頁/共56頁5. 如圖如圖10113所示，矩形線圈所示，矩形線圈abcd在磁感在磁感應強度應強度B2 T的勻強磁場中繞軸的勻強磁場中繞軸OO以角以角速度速度10 rad/s勻速轉(zhuǎn)動，線圈共勻速轉(zhuǎn)動，線圈共10匝，匝，電阻電阻r5 ，ab0.3 m，bc0.6 m，負，負載電阻載電阻R45 。求：。求：(1)寫出從圖示位置開始計時線圈中感應電動勢的瞬寫出從圖示位置開始計時線圈中

24、感應電動勢的瞬時值表達式；時值表達式；(2)電阻電阻R在在0.05 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量；內(nèi)產(chǎn)生的熱量；(3)0.05 s內(nèi)流過電阻內(nèi)流過電阻R上的電荷量上的電荷量(設線圈從垂直中性設線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動面開始轉(zhuǎn)動)。圖圖10113第43頁/共56頁解析：解析：(1)電動勢的最大值為電動勢的最大值為EmnBS10 2 0.3 0.6 10 V113.04 V故瞬時值表達式故瞬時值表達式eEmcos t113.04cos (10t) V第44頁/共56頁答案：答案：(1)e113.04cos 10t V(2)5.76 J(3)0.072 C課時跟蹤檢測課時跟蹤檢測見見“課時跟蹤檢課時跟蹤檢測（三十

25、七）測（三十七）”第45頁/共56頁（給有能力的學生加餐）（給有能力的學生加餐）A0.2 sB0.02 sC0.01 s D0.005 s第46頁/共56頁答案：答案：C第47頁/共56頁2在如圖在如圖1甲所示的電路中，電阻甲所示的電路中，電阻R的阻值為的阻值為50 ，在，在ab間加上圖乙所示的正弦交流電，則下面說法中正間加上圖乙所示的正弦交流電，則下面說法中正確的是確的是 ()圖圖1A交流電壓的有效值為交流電壓的有效值為100 VB電流表示數(shù)為電流表示數(shù)為2 A第48頁/共56頁C產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度為產(chǎn)生該交流電的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度為3.14 rad/sD在在1分鐘

26、內(nèi)電阻分鐘內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為上產(chǎn)生的熱量為1.2104 J答案：答案：ABD第49頁/共56頁3.實驗室里的交流發(fā)電機可簡化為如圖實驗室里的交流發(fā)電機可簡化為如圖2所所示的模型，正方形線圈在水平勻強磁場示的模型，正方形線圈在水平勻強磁場中，繞垂直于磁感線的中，繞垂直于磁感線的OO軸勻速轉(zhuǎn)動。軸勻速轉(zhuǎn)動。今在發(fā)電機的輸出端接一個電阻今在發(fā)電機的輸出端接一個電阻R和理和理想電壓表，并讓線圈每秒轉(zhuǎn)想電壓表，并讓線圈每秒轉(zhuǎn)25圈，讀出圈，讀出電壓表的示數(shù)為電壓表的示數(shù)為10 V。已知。已知R10 ，線圈電阻忽略，線圈電阻忽略不計，下列說法正確的是不計，下列說法正確的是 ()圖圖2第50頁/共56頁C流過電阻流過電阻R的電流每秒鐘方向改變的電流每秒鐘方向改變50次次D電阻電阻R上的熱功率等于上的熱功率