江蘇專用2018版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十章交變電流傳感器第1講交變電流的產(chǎn)生和描述課件

1、第1講交變電流的產(chǎn)生和描述第十章 交變電流 傳感器內(nèi)容索引基礎(chǔ)知識梳理命題點一交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律 命題點二 交流電有效值的求解 命題點三 交變電流“四值”的理解和計算課時作業(yè)基礎(chǔ)知識梳理1一、交變電流及其產(chǎn)生和圖象一、交變電流及其產(chǎn)生和圖象1.交變電流(1)定義：大小和 都隨時間做周期性變化的電流.(2)圖象：如圖甲、乙、丙、丁所示都屬于交變電流.其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫 交變電流，如圖甲所示.方向正弦式2.正弦交變電流的產(chǎn)生和圖象(1)產(chǎn)生：在勻強磁場里，線圈繞垂直于 方向的軸勻速轉(zhuǎn)動.(2)兩個特殊位置的特點：線圈平面與中性面重合時，SB，最 ， 0，e0，i0，電流方向?qū)?.

2、線圈平面與中性面垂直時，SB，0， ，e最大，i最大，電流方向 .磁場大最大不改變發(fā)生改變(3)電流方向的改變：線圈通過中性面時，電流方向 ，一個周期內(nèi)線圈兩次通過中性面，因此電流的方向改變 次.(4)圖象：用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從 位置開始計時，其圖象為正弦曲線.如圖甲、乙所示.發(fā)生改變兩中性面二、正弦式交變電流的描述二、正弦式交變電流的描述1.周期和頻率(1)周期(T)：交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時間，單位是秒(s)，公式T .(2)頻率(f)：交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的 .單位是赫茲(Hz).(3)周期和頻率的關(guān)系： .次數(shù)2.正弦式交變電

3、流的函數(shù)表達式(線圈在中性面位置開始計時)(1)電動勢e隨時間變化的規(guī)律：eEmsin t，其中等于線圈轉(zhuǎn)動的角速度，Em .(2)負載兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律：uUmsin t.(3)電流i隨時間變化的規(guī)律：iImsin t.nBS3.交變電流的瞬時值、峰值、有效值(1)瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數(shù).(2)峰值：交變電流(電流、電壓或電動勢)所能達到的最大的值，也叫最大值.(3)有效值：跟交變電流的 等效的恒定電流的值叫做交變電流的有效值.對正弦交流電,其有效值和峰值的關(guān)系為： .熱效應(yīng)深度思考如圖甲、乙、丙、丁、戊所示，把5個面積相同的線圈放入同一勻強磁場中，繞不同的軸轉(zhuǎn)

4、動，在轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值是否相同？為什么？答案深度思考深度思考相同，因為感應(yīng)電動勢的最大值EmnBS，與轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)，與線圈的形狀無關(guān).1.判斷下列說法是否正確.(1)矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，一定會產(chǎn)生正弦式交變電流.()(2)線圈在磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動的過程中穿過線圈的磁通量最大時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也最大.()(3)有效值公式I 適用于任何交變電流.()(4)交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值是交變電流的有效值.()(5)交流電壓表和電流表測量的是交流電的平均值.()(6)我國使用的交變電流周期是0.02 s，電流方向每秒改變50次.() 基礎(chǔ)題組自測基礎(chǔ)題組自測2

5、.(多選)關(guān)于中性面，下列說法正確的是A.線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變 化率為零B.線圈在轉(zhuǎn)動中經(jīng)中性面位置時，穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變 化率最大C.線圈每經(jīng)過一次中性面，感應(yīng)電流的方向就改變一次D.線圈每轉(zhuǎn)動一周經(jīng)過中性面一次，所以線圈每轉(zhuǎn)動一周，感應(yīng)電流的 方向就改變一次3.(多選)圖甲為交流發(fā)電機的原理圖，正方形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸OO勻速轉(zhuǎn)動，電流表為理想交流電表，線圈中產(chǎn)生的交變電流隨時間的變化如圖乙所示，則A.電流表的示數(shù)為10 AB.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50 rad/sC.0.01 s時線圈平面和磁場平行D.0.01 s時線圈的

6、磁通量變化率為0答案4.(魯科版選修32P61第1題)兩只相同的電阻，分別通以正弦波形的交流電和方波形的交流電，兩種交流電的最大值相等，且周期相等(如圖所示).在正弦波形交流電的一個周期內(nèi)，正弦波形的交流電在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱為Q1，其與方波形交流電在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q2之比Q1Q2等于A.11 B.21 C.12 D.43答案5.(魯科版選修32P61第2題)(多選)在兩塊金屬板上加交變電壓uUmsin t，當(dāng)t0時，板間有一個帶電粒子正處于靜止?fàn)顟B(tài)，下面關(guān)于帶電粒子以后的運動情況的判斷正確的是A.tT時，帶電粒子回到原出發(fā)點B.帶電粒子始終向一個方向運動C.t 時，帶電粒子將有最大速度D

7、.t 時，帶電粒子位移最大答案2命題點一 交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1.交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)規(guī)律物理量函數(shù)表達式圖象磁通量mcos tBScos t電動勢eEmsin tnBSsin t規(guī)律物理量函數(shù)表達式圖象電壓uUmsin t sin t電流iImsin t sin t2.交變電流瞬時值表達式的書寫(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式EmnBS求出相應(yīng)峰值.(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式.如：線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，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，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為

8、iImcos t. (多選)如圖，M為半圓形導(dǎo)線框，圓心為OM；N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框，圓心為ON；兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過直線OMON的水平面上方有一勻強磁場，磁場方向垂直于紙面.現(xiàn)使線框M、N在t0時從圖示位置開始，分別繞垂直于紙面且過OM和ON的軸，以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動，則A.兩導(dǎo)線框中均會產(chǎn)生正弦交流電B.兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于TC.在t 時，兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等D.兩導(dǎo)線框的電阻相等時，兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流 的有效值也相等【例1】答案解析分析題組階梯突破題組階梯突破1.小型手搖發(fā)電機線圈共N匝，每匝可簡化為矩形線圈abcd，磁極

9、間的磁場視為勻強磁場，方向垂直于線圈中心軸OO，線圈繞OO勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示.矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值都為e0，不計線圈電阻，則發(fā)電機輸出電壓A.峰值是e0 B.峰值是2e0C.有效值是 Ne0 D.有效值是 Ne0答案分析題眼2.(多選)圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場， 為交流電流表.線圈繞垂直于磁場的水平軸OO沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖甲所示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示.以下判斷正確的是A.電流表的示數(shù)為10 AB.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50 rad/sC.t0.01 s時，線圈平面與磁場 方向平行D.

10、t0.02 s時，電阻R中電流的方 向自右向左答案解析有效值ImT分析電流表測量的是電路中電流的有效值I10 A，選項A正確.由題圖乙可知，T0.02 s，所以 100 rad/s，選項B錯誤.t0.01 s時，電流最大，線圈平面與磁場方向平行，選項C正確.t0.02 s時，線圈所處的狀態(tài)就是圖示狀況，此時R中電流的方向自左向右，選項D錯誤.3.(多選)如圖甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a、b所示，則A.兩次t0時刻線圈平面均與中性面重合B.曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為23C.曲線a表示的交變電動勢頻率為2

11、5 HzD.曲線b表示的交變電動勢有效值為10 V答案解析Ta：Tb=23，na：nb=32，故B選項錯誤.Ta4102 s，fa 25 Hz，故C選項正確.交變電動勢的最大值EmnBS，EmaEmbab32，即Emb Ema10 V，E有b ，D選項錯誤.3命題點二 交流電有效值的求解1.交變電流有效值的規(guī)定：交變電流、恒定電流I直分別通過同一電阻R，在相等時間內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱分別為Q交、Q直，若Q交Q直，則交變電流的有效值II直(直流有效值也可以這樣算).2.對有效值的理解：(1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)是指有效值；(2)用電器銘牌上標(biāo)的值(如額定電壓、額定功率等)指的均是有效值；(3)計

12、算熱量、電功率及保險絲的熔斷電流指的是有效值；(4)沒有特別加以說明的，是指有效值；(5)“交流的最大值是有效值的 倍”僅用于正弦式電流.3.交流電通過電阻產(chǎn)生的焦耳熱的計算只能用交變電流的有效值(不能用平均值)求解，求解電荷量時只能用交變電流的平均值(不能用有效值)計算. 一個匝數(shù)為100匝，電阻為0.5 的閉合線圈處于某一磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，從某時刻起穿過線圈的磁通量按圖所示規(guī)律變化.則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為A.5 A B.2 AC.6 A D.5 A【例2】答案解析 如圖所示電路，電阻R1與電阻R2串聯(lián)接在交變電源上，且R1R210 ，正弦交流電的表達式為u20 sin

13、 100t(V)，R1和理想二極管D(正向電阻可看做零，反向電阻可看做無窮大)并聯(lián)，則R2上的電功率為A.10 W B.15 W C.25 W D.30 W【例3】答案解析分析題眼計算交變電流有效值的方法計算交變電流有效值的方法1.計算有效值時要根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”；“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解.2.分段計算電熱求和得出一個周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量.3.利用兩個公式QI2Rt和Q t可分別求得電流有效值和電壓有效值.4.若圖象部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的 (但必須是從零至最大值或從最大值至零)和 周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與最大值間的關(guān)系 求解

14、.方法感悟方法感悟題組階梯突破題組階梯突破4.(多選)如圖所示，某電路上接有保險絲、交流電壓表、“220 V900 W”的電飯鍋及“220 V200 W”的抽油煙機.現(xiàn)接入u311sin 100t (V)的交流電，下列說法正確的是A.交流電壓表的示數(shù)為311 VB.1 s內(nèi)流過保險絲的電流方向改變100次C.電飯鍋的熱功率是抽油煙機熱功率的4.5倍D.為保證電路正常工作，保險絲的額定電流不能小于5 A答案解析由u311sin 100t(V)知，電壓最大值Um311 V，f Hz50 Hz,1 s內(nèi)電流方向改變100次，電壓有效值為U 220 V，故選項A錯誤，B正確；電飯鍋的功率為抽油煙機功率

15、的4.5倍，但抽油煙機不是純電阻元件，其熱功率小于200 W，故選項C錯誤；電路正常工作時的總功率P1 100 W，有 5 A，故選項D正確.5.在如圖甲所示的電路中，D為理想二極管(正向電阻為零，反向電阻為無窮大).R130 ，R260 ，R310 .在MN間加上如圖乙所示的交變電壓時，R3兩端電壓表的讀數(shù)大約是A.3 V B.3.5 V C.4 V D.5 V答案4命題點三 交變電流“四值”的理解和計算交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均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值交變電流某一時刻的值eEmsin tiImsin t計算線圈某時刻的受力情況峰值最大的瞬時值EmnBS

16、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EUI適用于正(余)弦式交變電流(1)計算與電流的熱效應(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)的一般是有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值計算通過電路橫截面的電荷量【例4】如圖所示，N50匝的矩形線圈abcd，ab邊長l120 cm，ad邊長l225 cm，放在磁感應(yīng)強度B0.4 T的勻強磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO軸以n3 000 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈電阻r1 ，外電路電阻R9 ，t0時線圈平面與磁感線平行，ab邊正

17、轉(zhuǎn)出紙外、cd邊轉(zhuǎn)入紙里.求：(1)t0時感應(yīng)電流的方向；(2)感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式；(3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做的功；(4)從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中流過電阻R的電荷量.解析分析答案e314cos (100t) V答案98.6 J答案0.1 C感應(yīng)電流方向沿adcba答案題眼(1)根據(jù)右手定則，線圈感應(yīng)電流方向為adcba.(2)線圈的角速度2n100 rad/s圖示位置的感應(yīng)電動勢最大，其大小為EmNBl1l2代入數(shù)據(jù)得Em314 V感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式eEmcos t314cos (100t) V.(3)電動勢的有效值E線圈勻速轉(zhuǎn)動的周期T 0.02 s線圈勻速轉(zhuǎn)動一圈，外力做功大小等

18、于電功的大小，即WI2(Rr)T T代入數(shù)據(jù)得W98.6 J.(4)從t0起線圈轉(zhuǎn)過90的過程中，t內(nèi)流過R的電荷量：代入數(shù)據(jù)得q0.1 C.題組階梯突破題組階梯突破6.(多選)如圖所示，邊長為L的正方形單匝線圈abcd，電阻為r ，外電路的電阻為R，ab的中點和cd的中點的連線OO恰好位于勻強磁場的邊界線上，磁場的磁感應(yīng)強度為B，若線圈從圖示位置開始，以角速度繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動，則以下判斷正確的是A.圖示位置線圈中的感應(yīng)電動勢最大為EmBL2B.閉合電路中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e BL2sin tC.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180的過程中，流過電阻R的電荷量為qD.線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，電阻R上

19、產(chǎn)生的熱量為Q答案解析有效面積分析圖示位置線圈中的感應(yīng)電動勢最小，為零，A錯誤.若線圈從圖示位置開始轉(zhuǎn)動，e BL2sin t，B 正確.線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過180的過程中，q ，C錯誤.7.如圖甲所示為一臺小型發(fā)電機的示意圖，單匝線圈逆時針轉(zhuǎn)動.若從中性面開始計時，產(chǎn)生的電動勢隨時間變化規(guī)律如圖乙所示.已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為1.0 ，外接燈泡的電阻為9.0 .求：(1)寫出流經(jīng)燈泡的瞬時電流的表達式；答案解析 2.7102 Wb(2)轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的最大磁通量；答案解析100 rad/s，(3)線圈勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中，外力所做的功.答案解析7.2102 J課時作業(yè)51.(多選)一交流電壓為

20、u100 sin (100t)V，由此表達式可知A.用電壓表測該電壓其示數(shù)為50 VB.該交流電壓的周期為0.02 sC.將該電壓加在“100 V100 W”的燈泡兩端，燈泡的實際功率 小于100 WD.t s時，該交流電壓的瞬時值為100 V答案解析1234567891011電壓有效值為100 V，故用電壓表測該電壓其示數(shù)為100 V，A項錯誤；100 rad/s，則周期T 0.02 s，B項正確；該電壓加在“100 V100 W”的燈泡兩端，燈泡恰好正常工作，C項錯；t s代入瞬時值表達式得電壓的瞬時值為100 V，D項正確.12345789101162.(多選)一只閉合的矩形線圈在勻強磁

21、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的變化圖象如圖所示，則下列說法正確的是A.t0時刻線圈平面與中性面重合B.t0.1 s時刻，穿過線圈平面的磁通量的變化率 最大C.t0.2 s時刻，線圈中有最大感應(yīng)電動勢D.若轉(zhuǎn)動周期減小一半，則電動勢也減一半答案解析1234578910116矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)以線圈通過中性面時為計時起點，感應(yīng)電動勢瞬時表達式為eEmsin t，由題圖可知mcos t，當(dāng)最大時，e 0即e0，當(dāng)0時， 為最大即eEm.所以A、B正確，C錯誤；由EmNBS可知，周期減半時角速度增大一倍，則電動勢就增大一倍，故D錯誤.12345789101163

22、.矩形線圈abcd在如圖所示的磁場中以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向垂直紙面向里，其中ab邊左側(cè)磁場的磁感應(yīng)強度大小是右側(cè)磁場的2倍.在t0時刻線圈平面與紙面重合，且cd邊正在向紙外轉(zhuǎn)動.規(guī)定圖示箭頭方向為電流正方向，則線圈中電流隨時間變化的關(guān)系圖線應(yīng)是答案12345789101164.如圖所示，表示一交流電的電流隨時間而變化的圖象，此交流電的有效值是A.5 A B.3.5 A C.3.5 A D.5 A答案1234578910116A.向下滑動PB.增大交流電源的電壓C.增大交流電源的頻率D.減小電容器C的電容5.(多選)如圖所示，理想變壓器原線圈接有交流電源，當(dāng)副線圈上的滑片P處于圖示

23、位置時，燈泡L能發(fā)光.要使燈泡變亮，可以采取的方法有答案解析1234578910116向下滑動P時，副線圈的匝數(shù)變少，由理想變壓器的電壓關(guān)系可知，副線圈兩端的電壓變小，燈泡變暗，選項A錯誤；增大交流電源的電壓，由理想變壓器的電壓關(guān)系可知，副線圈兩端的電壓增大，燈泡變亮，選項B正確；電壓不變，增大交流電源的頻率，電容器的容抗減小，電路中的電流變大，燈泡變亮，選項C正確；減小電容器的電容，電容器的容抗增大，電路中的電流減小，燈泡變暗，選項D錯誤.12345789101166.如圖甲所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比n1n2101，L1和L2是相同型號的白熾燈，L1與電容器C串聯(lián)，L2與帶鐵芯的線圈

24、L串聯(lián)， 為交流電壓表.當(dāng)原線圈接有如圖乙所示的正弦交變電壓時，兩只燈泡的亮度相同，則1234578910116A.與副線圈并聯(lián)的電壓表在t1102 s時的示數(shù)為0B.與副線圈并聯(lián)的電壓表在t0.5102 s時的示數(shù)為22 VC.當(dāng)原線圈所接正弦交變電壓的頻率變?yōu)?00 Hz時，燈泡L1變亮，燈泡 L2變暗D.當(dāng)原線圈所接交變電壓的頻率變?yōu)?00 Hz時，燈泡L1變暗，燈泡L2 變亮答案解析1234578910116與副線圈并聯(lián)的電壓表顯示的數(shù)據(jù)為副線圈兩端電壓的有效值，在不改變其他條件時，其示數(shù)不變?yōu)?22 V，A、B錯；正弦交變電壓原頻率為f 50 Hz，當(dāng)f100 Hz時，容抗XC減小，

25、L1中電流增大，功率增大，燈泡變亮，感抗XL2fL增大，L2中電流減小，功率減小，燈泡變暗，C對，D錯.1234578910116A.t 時刻， 的示數(shù)為零B.燈泡恰好正常發(fā)光C.電容器有可能被擊穿D. 的示數(shù)保持110 V不變7.(多選)如圖甲所示，標(biāo)有“220 V40 W”的燈泡和標(biāo)有“20 F300 V”的電容器并聯(lián)到交流電源上， 為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān).下列判斷正確的是答案解析1234578910116 的示數(shù)應(yīng)是電壓的有效值220 V，故A、D錯；電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓，燈泡正常發(fā)光，B正確；電壓的峰值Um220 V311 V，大于電容器的耐

26、壓值，故電容器有可能被擊穿，C正確.12345789101168.如圖所示，N匝矩形導(dǎo)線框以角速度繞對稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動，線框面積為S，線框電阻、電感均不計，在OO左側(cè)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，外電路接有電阻R和理想電流表 ，那么可以確定的是A.從圖示時刻起，線框產(chǎn)生的瞬時電動勢為eNBSsin tB.電流表的示數(shù)INBSC.R兩端電壓的有效值U NBSD.一個周期內(nèi)R上產(chǎn)生的熱量Q答案解析123457891011612345789101169.(多選)如圖甲所示是一種振動發(fā)電裝置的示意圖，一個半徑r0.10 m、匝數(shù)n20匝的線圈套在永久磁鐵槽中，槽中磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右側(cè)視圖如圖乙所示)，線圈所在位置磁感應(yīng)強度B的大小均為B T，線圈