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文檔簡介

第1講交變電流的產(chǎn)生和描述交變電流、交變電流的圖象Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動】

關(guān)于線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電,以下說法中正確的是 (). A.線圈平面每經(jīng)過中性面一次,感應(yīng)電流方向就改變一次,感應(yīng)電動勢方向不變 B.線圈每轉(zhuǎn)動一周,感應(yīng)電流方向就改變一次 C.線圈在中性面位置時,磁通量最大,磁通量的變化率為零 D.線圈在與中性面垂直的位置時,磁通量為零,感應(yīng)電動勢最大

答案CD【知識存盤】1.交變電流(1)定義:

都隨時間做周期性變化的電流.(2)圖象:如圖(a)、(b)、(c)、(d)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正弦交流電,如圖(a)所示.大小方向2.正弦交流電的產(chǎn)生和圖象(1)中性面①中性面:與磁場方向垂直的平面.②中性面與峰值面的比較中性面峰值面含義線圈平面與磁場方向垂直(此時V//B)線圈平面與磁場方向平行(此時VB)磁通量最大(BS)零磁通量的變化率0最大感應(yīng)電動勢0最大(nBSω)電流方向發(fā)生改變方向不變(2)產(chǎn)生:在勻強磁場里,線圈繞

方向的軸勻速轉(zhuǎn)動.(3)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開始計時,其圖象為正弦曲線.如圖(e)、(f)所示.垂直于磁場正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值Ⅰ

(考綱要求)答案BD一次周期性次數(shù)2.正弦式交變電流的函數(shù)表達(dá)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:e=

. (2)負(fù)載兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律:u=

. (3)電流i隨時間變化的規(guī)律:i=

.其中ω等于線圈轉(zhuǎn)動的

,Em=

.EmsinωtUmsinωtImsinωt角速度nBSω

交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)定義的,所以進(jìn)行有效值計算時,要緊扣電流通過電阻生熱(或熱功率)進(jìn)行計算.考點一正弦交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律【典例1】

(2012·安徽卷,23)圖1011甲所示是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖.在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉(zhuǎn)動,由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個跟線圈一起繞OO′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R形成閉合電路.圖乙是線圈的主視圖,導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示.已知ab長度為L1,bc長度為L2,線圈以恒定角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動.(只考慮單匝線圈)(1)線圈平面處于中性面位置時開始計時,試推導(dǎo)t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e1的表達(dá)式;(2)線圈平面處于與中性面成φ0夾角位置時開始計時,如圖丙所示,試寫出t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e2的表達(dá)式;(3)若線圈電阻為r,求線圈每轉(zhuǎn)動一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱.(其它電阻均不計)圖10-1-1【變式跟蹤1】

如圖1012所示,單匝矩形線圈放置在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,以恒定的角速度ω繞ab邊轉(zhuǎn)動,磁場方向垂直于紙面向里,線圈所圍面積為S,線圈導(dǎo)線的總電阻為R.t=0時刻線圈平面與紙面重合,且cd邊正在向紙面外轉(zhuǎn)動.則(

).圖10-1-2答案CD借題發(fā)揮1.對中性面的理解(1)中性面是與磁場方向垂直的平面(此時V//B),是假想的一個參考面.(2)線圈平面位于中性面時,穿過線圈平面的磁通量最大,而磁通量的變化率為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零.(3)線圈平面與中性面垂直時,穿過線圈平面的磁通量為零,但磁通量的變化率最大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大.(4)線圈每經(jīng)過中性面一次,電流方向就改變一次,線圈轉(zhuǎn)動一周,兩次經(jīng)過中性面,所以電流的方向改變兩次.2.對交變電流的“四值”的比較和理解物理量物理意義適用情況及說明瞬時值e=Emsinωtu=Umsinωti=Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況峰值(最大值)Em=nBSωIm=Em/(R+r)討論電容器的擊穿電壓續(xù)表—————————考點二交變電流的圖象【典例2】

(2011·天津卷,4)在勻強磁場中,一矩形金屬框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖10-1-3甲所示,產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示,則(

).圖10-1-3A.t=0.005s時線框的磁通量變化率為零B.t=0.01s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311VD.線框產(chǎn)生的交變電動勢頻率為100Hz答案B【變式跟蹤2】

矩形線框在勻強磁場內(nèi) 勻速轉(zhuǎn)動過程中,線框輸出的交流 電壓隨時間變化的圖象如圖10-1-4所 示,下列說法中正確的是(

).A.交流電壓的有效值為36VB.交流電壓的最大值為36V,頻率為0.25HzC.2s末線框平面垂直于磁場,通過線框的磁通量最大D.1s末線框平面垂直于磁場,通過線框的磁通量變化最快圖10-1-4答案BC圖10-1-5借題發(fā)揮1.正弦交變電流的e、u、i圖象(如圖10-1-5所示)線圈在中性面位置時開始計時2.由交變電流的圖象可得出:(1)交變電流的周期和頻率;(2)交變電流的最大值;(3)某一時刻對應(yīng)的瞬時值.命題熱點15交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律命題專家評述考情分析:2012年,在全國各地高考試卷中本講內(nèi)容共考5處,考查多以識記、理解和數(shù)學(xué)知識運用為主.高考題型:多數(shù)為選擇題,個別省份為計算題.命題趨勢2014年對本部分內(nèi)容的考查仍將通過交變電流的圖象、函數(shù)表達(dá)式考查交變電流的四值,選擇題為主.應(yīng)對策略解答交流電問題應(yīng)注意交流電的“四值”在解答交流電問題時,除要注意電路結(jié)構(gòu)外,還要:(1)掌握交變電流的瞬時值表達(dá)式,理解交變電流圖象的物理意義.(2)區(qū)分交變電流的最大值、瞬時值、有效值和平均值.

高考佐證(2012·廣東卷,19)某小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電動勢為e=50sin100πt(V).對此電動勢,下列表述正確的有().

答案CD【預(yù)測1】

如圖10-1-6所示是矩形線框在勻強磁場內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的電壓隨時間變化的圖象,則下列說法中正確的是(

). A.交流電壓的有效值為110V B.交流電的頻率為0.25Hz C.0.01s末線框平面平行于磁場,通過線框的磁通量變化最快 D.0.02s時通過線框的磁通量為零圖10-1-6答案C【預(yù)測2】

如圖10-1-7甲所示,將阻值為R=5Ω的電阻接到內(nèi)阻不計的正弦交變電源上,電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,電流表串聯(lián)在電路中測量電流的大?。畬Υ耍铝姓f法正確的是(

).圖10-1-7答案AD一、交變電流的產(chǎn)生及“四值”的應(yīng)用1.如圖10-1-8所示為一小型交流發(fā)電機(jī)模型的矩形線圈在勻強磁場中繞中心軸以較小的角速度轉(zhuǎn)動,并通過兩滑環(huán)與電刷和電流表相連,在實驗中可看到().A.線圈轉(zhuǎn)動一周,電流表指針將左右擺動B.線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線相垂直時,電流表的指針偏轉(zhuǎn)最大C.線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時,電流表的指針偏轉(zhuǎn)最大D.線圈轉(zhuǎn)動時,電流表的指針只向一個方向偏轉(zhuǎn),不會左右 擺動答案AC2.如圖10-1-9所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,線圈的面積為S、匝數(shù)為n、線圈總電阻為r,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻R連接,與電阻R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表.在t=0時刻,線圈平面與磁場方向平行,則下列說法正確的是(

).10-1-9答案B二、交變電流的圖象及應(yīng)用3.某臺家用柴油發(fā)電機(jī)正常工作時能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流.現(xiàn)在該發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障,轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正常工作時的一半,則它產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象是(

).答案B4.某線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交變電流的圖象如圖10-1-10所示,由圖中信息可以判斷(

).A.在A和C時刻線圈處于中性面位置B.在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C.從A~D線圈轉(zhuǎn)過的角度為2π

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