廣東省高中物理第一輪總復(fù)習(xí)-第11章第1講交流電的產(chǎn)生及描述-粵教版-新課標

1、內(nèi)容要求說明交變電流、交變電流的圖象正弦交變電流的函數(shù)表達式、峰值和有效值理想變壓器遠距離輸電1.本章所講的交變電流的知識，是前面學(xué)過的電和磁的知識的發(fā)展和應(yīng)用，交流電相比于直流電，有許多優(yōu)點，這使得交流電與生產(chǎn)生活有著比直流電更廣泛和密切的聯(lián)系.對照新課標及2010年高考考試說明，不難看出對學(xué)生的要求并不高，但從新課標的精神及高考的方向來看，本章內(nèi)容應(yīng)該會在高考中有一定程度的體現(xiàn).交流電的產(chǎn)生原理和變化規(guī)律、交流電的圖象、特點、變壓器及電能的輸送等問題是考生必須掌握的內(nèi)容.2.從近幾年各地高考試題來看，交流電的產(chǎn)生、圖象、規(guī)律及有效值；理想變壓器電壓關(guān)系及功率、電流關(guān)系；遠距離輸電等知識點在

2、高考試題中頻繁出現(xiàn)，這些高考熱點內(nèi)容，是同學(xué)們復(fù)習(xí)的重點.3.在新課標中，要求學(xué)生知道傳感器作用、意義以及常見的傳感器的基本工作原理，了解傳感器在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用.雖然在2010高考考綱中對這部分內(nèi)容并沒有提出明確的要求，但并不排除高考中出現(xiàn)涉及傳感器的可能性，這在新課標實施前的高考題中都已經(jīng)得到了驗證.因此，學(xué)生在復(fù)習(xí)時對傳感器的問題還是應(yīng)該適當(dāng)?shù)年P(guān)注.“交流電的規(guī)律”為復(fù)習(xí)中心，掌握交流電的產(chǎn)生、特點及特征物理量.交流電是電流的大小和方向均隨時間發(fā)生變化的電流，它按正弦或余弦規(guī)律變化，既可以用函數(shù)公式來分析或進行有關(guān)計算，也可以利用圖象的方法來研究交流電，無論是哪一種方法，必須正確掌握交

3、流電的特征物理量的計算，包括周期、頻率和有效值等.“變壓器的原理”為復(fù)習(xí)核心，掌握變壓器傳輸電能的特點，研究遠距離輸電問題.變壓器是利用互感原理將交流電的電壓改變的一個重要的電力處理裝置.必須掌握變壓器的基本原理和傳輸電能特點，要了解遠距離輸電的基本模式，弄清輸電規(guī)律，正確設(shè)計出輸電方案，更好的傳送能源.電阻、電感和電容對交變電流的作用高壓輸電變壓器：正弦交變電流產(chǎn)生：矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動描述瞬時值：i=Imsint峰值：Im=NBS/R周期T和頻率f圖象：正弦曲線輸送一、交變電流的產(chǎn)生1.交變電流的概念：和都隨時間做周期性變化的電流.2.交變電流的產(chǎn)生：線圈在中繞勻速轉(zhuǎn)動時，就能產(chǎn)生

4、正弦交流電.大小方向勻強磁場垂直于磁場方向的軸(1)交變電流產(chǎn)生的過程分析如下圖所示為矩形線圈abcd在磁場中繞軸OO轉(zhuǎn)動時的截面圖.轉(zhuǎn)動過程中，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化.其中ab和cd兩條邊在切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，線圈上就有了感應(yīng)電流.具體分析可從圖中看出，圖時，導(dǎo)體不切割磁感線，線圈中無電流；圖時，導(dǎo)體垂直切割磁感線，線圈中有電流，且電流從a端流入；圖同圖；圖中電流從a端流出，圖同圖，這說明電流方向發(fā)生了改變.(2)關(guān)于中性面線圈平面 時.線圈中的。為零，這一位置叫中性面.如圖和圖位置.線圈平面經(jīng)過中性面時，最大，_發(fā)生改變.線圈繞軸轉(zhuǎn)一周經(jīng)過中性面兩次，因此感應(yīng)電流方向改變兩次.垂

5、直于磁感線感應(yīng)電流磁通量電流方向(3)交流電動勢的最大值在交變電流的產(chǎn)生過程中，當(dāng)線圈平面處于中性面時盡管磁通量最大，但電動勢的瞬時值為零.而當(dāng)線圈平面與中性面垂直時，盡管磁通量為零，但由于切割磁感線的兩條邊速度和磁場方向垂直，使得最大，所以電動勢的瞬時值e達到最大值.磁通量的變化率Em=NBS二、交變電流的變化規(guī)律1.正弦式交變電流的瞬時表達式：.正弦式交變電流的電動勢瞬時表達式的推導(dǎo)：以線圈平面過中性面為計時開始，經(jīng)過時間t，線圈與中性面的夾角為=t.ab、cd兩邊的線速度大小均為由右圖可知，該速度在垂直于磁場方向上的分量為e=Emsint=NBSsintab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為在回路中，

6、cd、ab兩邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小相等，且兩感應(yīng)電動勢的方向一致，所以單匝線圈中的感應(yīng)電動勢為e=2eab=Blbclabsint=BSsint.若是N匝線圈，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的表達式為e=NBSsint.2.正弦式交變電流的圖象線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動的過程中，從線圈平面離開中性面開始計時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變化.其交流電動勢瞬時值圖象如圖甲：實驗表明歐姆定律也適用于交變電流的純電阻電路，有：i=Imsint，其中Im= ，R為電路中的總電阻.電流瞬時值圖象如圖乙.三、表征交流電的物理量1.交流電的周期、頻率和角頻率交流電的周期(T)、頻率(f)和角頻率

7、()都是用來描述交流電變化快慢的物理量，它們之間存在如下關(guān)系：2.交流電的有效值(1)有效值定義：讓交流電和直流電通過同一個電阻，如果在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的。，這一直流電的數(shù)值就叫做這一交流電的有效值.(2)正弦交流電的有效值與最大值的關(guān)系：電動勢有效值電壓有效值電流有效值熱量相同(3)注意有效值與平均值的區(qū)別：有效值是指交流電在產(chǎn)生熱效應(yīng)方面跟直流電等效.通常交流電壓表和電流表測量的數(shù)值，以及各種使用交流電的電氣設(shè)備上所標的和的數(shù)值，都是指有效值.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 ，可以計算在一段時間t內(nèi)的平均電動勢.交流電的平均值與熱效應(yīng)無關(guān)，但一段時間內(nèi)通過電路的決定于電流的平均值.額定電壓額定電流電

8、荷量 主題(1) 掌握交流電的變化規(guī)律，會進行交流電物理量的計算 (雙選)(2010普寧模擬)一矩形金屬線圈共10匝，繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的交變電流的電動勢e隨時間t變化的情況為e=10sin10 t(V)下列說法中正確的是()A該交變電流的頻率是10HzB當(dāng)t= s時，通過線圈的磁通量恰好為零C線圈轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的最大磁通量為 WbD該交變電流電動勢的有效值為5 VCD 交變電流的函數(shù)表達式 由e=10sin10pt(V)得電動勢的有效值E= Em=5 V，頻率f= =5Hz；把t= s代入e表達式，得e=0，此時通過線圈的磁通量恰好最大；C項要用Em=N

9、BSw=NFmw，得到 聯(lián)系正弦交變電流感應(yīng)電動勢的瞬時值、最大值的橋梁是感應(yīng)電動勢瞬時值表達式一個在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動的線框，當(dāng)線框轉(zhuǎn)至中性面時開始計時.t1=1/60s，線框中感應(yīng)電動勢為50V，當(dāng)t2=1/30s時，線框中感應(yīng)電動勢為50 V，求：(1)感應(yīng)電動勢的最大值；(2)線框轉(zhuǎn)動的角速度的大小；(3)線框中感應(yīng)電動勢的瞬時表達式.線框勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦交變電流，題目還給出了計時起點為中性面，因此正弦交變電流的瞬時值表達式為e=Emsint.利用瞬時值表達式來求解：將已知條件代入得到：將式化成得所以=10rad/s將代入得Em=100V瞬時表達式為e=100sin

10、10tV如圖11-1-1所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=0.1T，矩形線圈的匝數(shù)N=100匝，邊長ab=0.2m，bc=0.5m，轉(zhuǎn)動角速度=圖11-1-1 100rad/s，轉(zhuǎn)軸在正中間.試求：(1)從圖示位置開始計時，該線圈電動勢的瞬時表達式；(2)當(dāng)轉(zhuǎn)軸移動至ab邊(其他條件不變)，再求電動勢的瞬時表達式；(3)當(dāng)線圈做成半徑為r=的圓形，再求電動勢的瞬時表達式.根據(jù)e=Emsint=NBSsint可以知道(1)e=314cos100tV;(2)與(1)相同;(3)與(1)相同.主題(2)掌握交流電的圖象知識，會利用圖象解答交流電的相關(guān)問題城市美化或者每逢節(jié)日，同學(xué)們往往能看到許多霓虹燈發(fā)

11、出鮮艷絢麗的燈光，將城市裝扮得異彩紛呈，賞心悅目.頻率為50Hz的交變電流，其電壓u=120 sintV，把它加在激發(fā)電壓、熄燈電壓均為84V的霓虹燈的兩端，求在半個周期內(nèi)霓虹燈點亮的時間.交流電的圖象設(shè)交變電壓的周期T，電壓的最大值Um=120V=168V.為便于求解，作交變電壓的u-t圖象如圖所示，當(dāng)電壓高于84V時霓虹燈才發(fā)光，由圖象易知，半個周期內(nèi)燈管點亮的時間為t=t2-t1.因84=168sint,sint=sin2ft=所以得則本題采用圖象輔助的方法使解題過程流暢，思維清晰.需注意的是，不管是在霓虹燈上加正向電壓還是反向電壓，只要電壓瞬時值超過其激發(fā)電壓，霓虹被點亮，所以在交流電

12、變化的一個周期內(nèi)，霓虹燈被點亮兩次.主題(3)關(guān)注交變電流在生活中的應(yīng)用，學(xué)會處理交流電的應(yīng)用問題（單選）一只電飯煲和一臺洗衣機同時并聯(lián)接入U=311sin314tV的交流電源上，均正常工作.用電流表分別測得流過電飯煲的電流是5A，流過洗衣機的電流是，則下列說法中正確的是()A.電飯煲的電阻為44，洗衣機電動機線圈的電阻為440B.電飯煲消耗的功率為1555W，洗衣機電動機消耗的功率為分鐘內(nèi)電飯煲消耗的電能為6.6104J，洗衣機電動機消耗的電能為6.6103JD.電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍交流電結(jié)合電路知識由U=311sin314tV知，電源電壓的有效值220V.電飯煲是純

13、電阻器件，遵循歐姆定律，但洗衣機中有電動機存在，因此不遵循歐姆定律.C雖然電飯煲和洗衣機是并聯(lián)在電路中的，但由于兩個用電器的性質(zhì)上的差異，因此，不能根據(jù)相同的規(guī)律來進行計算，在實際應(yīng)用中，特別要注意這種差異.要注意區(qū)分純電阻電路和非純電阻電路.有一正弦交流電源，電壓有效值U=120V，頻率為f=50Hz向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=60V，試估算在一個小時內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時間有多長？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？由正弦交流電的最大值與有效值U的關(guān)系得：Um=120 V設(shè)t=0時交流電的瞬時電壓U=0，則交流電的瞬時表達式為U=120 sin100tV如圖所示，畫出

14、一個周期內(nèi)交流電的U-t圖象，其中陰影部分對應(yīng)的時間t1表示霓虹燈不能發(fā)光的時間，根據(jù)對稱性，一個周期內(nèi)霓虹燈不能發(fā)光的時間為4t1，當(dāng)U=U0=60 V時，由上式得t1=1/600s，再由對稱性求得一個周期內(nèi)能發(fā)光的時間： 再由比例關(guān)系求得一小時內(nèi)霓虹燈發(fā)光的時間為：很明顯霓虹燈在工作過程中是忽明忽暗的，而熄滅的時間只有1/300s(如圖t2時刻到t3時刻)由于人的眼睛具有視覺暫留現(xiàn)象，而這個視覺暫留時間約為1/16s遠大于1/300s，因此經(jīng)過燈光刺激的人眼不會因為短暫的熄滅而有所感覺.主題(4)正確理解交流電有效值的意義，會利用能量守恒計算有效值圖11-1-2(單選)兩只阻值相等的電阻分

15、別通以正弦交流電與方形交流電，它們電流的最大值相等，如圖11-1-2所示，則兩只電阻的熱功率之比是()A.14 B.1C.12 D.11B交流電的有效值正弦交流電的有效值為，則電阻在一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為電阻在通以方形交流電一周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量易知兩只電阻的熱功率之比為12.若不是正弦交流電則應(yīng)特別小心應(yīng)該使用能量守恒計算有效值.區(qū)分正弦交流電和非正弦交流電的有效值計算.圖11-1-3中是某一交流電電流隨時間變化的圖象，此交流電的有效值是_.圖11-1-3 周期為0.03s,前T內(nèi)的有效值為后T內(nèi)的有效值為5 A所以I=5A.主題(5)利用力學(xué)和電學(xué)的規(guī)律，正確解答交流電的綜合問題交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子有

16、n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，勻速轉(zhuǎn)動的角速度為圖11-1-4，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R.當(dāng)線圈由圖11-1-4中實線位置勻速轉(zhuǎn)動90到達虛線位置過程中，求：(1)通過R的電荷量q為多少？(2)R上產(chǎn)生電熱QR為多少？(3)外力做的功W為多少？力學(xué)和電學(xué)的綜合解析能力(1)由電流的定義，計算電荷量應(yīng)該用平均值：即這里電流和電動勢都必須要用平均值，不能用有效值、最大值或瞬時值.(2)求電熱應(yīng)該用有效值，先求總電熱Q，再按照內(nèi)外電阻之比求R上產(chǎn)生的電熱QR.(3)根據(jù)能量守恒，外力做功的過程是機械能向電能轉(zhuǎn)化的過程，電流通過電阻，又將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即放出電熱.因此(2)、(3)問的電流必須要用有效值，不能用平均值、最大值或瞬時值.一定要學(xué)會用能量轉(zhuǎn)化和守恒定律來分析功和能.平行金屬板A、B兩板相距為d,如圖11-1-