2022物理一輪復(fù)習(xí)人教版湖南專版：第十一章 交變電流 傳感器 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及其描述

第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生及其描述第十一章內(nèi)容索引010203素養(yǎng)導(dǎo)讀備考定向必備知識預(yù)案自診關(guān)鍵能力學(xué)案突破素養(yǎng)導(dǎo)讀備考定向【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

生活實踐類

學(xué)習(xí)探索類

家用和工業(yè)電路、家用電器、磁電式電流表、發(fā)電機、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電、無線充電探究變壓器原副線圈電壓關(guān)系問題、傳感器的簡單應(yīng)用等

【考向預(yù)測】

本章內(nèi)容屬于高考考查的熱點,基本都是選擇題,有時出現(xiàn)在與電場綜合的壓軸題中?？疾榈木唧w內(nèi)容主要包括以下幾個方面:①交變電流的圖像及“四值”問題;②理想變壓器理解和應(yīng)用;③理想變壓器及遠(yuǎn)距離輸電與交變電流的產(chǎn)生、交變電流的圖像、電容器或二極管等結(jié)合問題必備知識預(yù)案自診【知識梳理】

一、正弦式交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律1.產(chǎn)生如圖所示,在勻強磁場里,線圈繞

方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時,可產(chǎn)生正弦式交變電流,簡稱正弦式電流。

垂直磁場2.中性面及其特點(1)定義:與磁場方向

的平面。

(2)特點:①線圈位于中性面時,穿過線圈的磁通量

,磁通量的變化率為

,感應(yīng)電動勢為

。

②線圈轉(zhuǎn)動一周,

經(jīng)過中性面,線圈每經(jīng)過中性面一次,電流的方向就改變一次。

垂直最大零零2次3.圖像用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律,如果線圈從中性面位置開始計時,其圖像為

曲線,如圖所示。

正弦4.變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)①(1)電動勢e隨時間變化的規(guī)律:e=

。

(2)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=

=

。

Emsin

ωtUmsin

ωt

Imsin

ωt

角速度

nBl1l2ωnBSω二、描述交變電流的物理量1.周期和頻率(1)周期(T):交變電流完成

變化,即線圈

所需要的時間,單位是

,公式

。

(2)頻率(f):交變電流在

的次數(shù),單位是

。

2.交變電流的周期和頻率的關(guān)系T=

。

一次周期性

轉(zhuǎn)一周

秒(s)單位時間內(nèi)完成周期性變化

赫茲(Hz)3.交變電流的“四值”(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(dá)到的最大的值,也叫最大值。(3)有效值②:跟交變電流的

等效的

電流的值叫作交變電流的有效值。對正弦式交變電流,其有效值和峰值的關(guān)系為E=

,U=

,I=

。

②注:若圖像部分是正弦(或余弦)式交變電流,其中的

周期(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。熱效應(yīng)恒定(4)平均值③:用E=

來計算。

③注:交變電流的平均值與對應(yīng)的時間有關(guān),不同時間內(nèi)的平均值一般不同。

【考點自診】

1.判斷下列說法的正誤。(1)交變電流的主要特征是電流的方向隨時間周期性變化。(

)(2)大小變化而方向不變的電流也叫交變電流。(

)(3)線圈經(jīng)過中性面時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大。(

)(4)在一個周期內(nèi),正弦交流電的方向改變兩次。(

)(5)最大值和有效值之間的

倍關(guān)系只適用于正弦(余弦)交流電。(

)(6)交流電壓表及交流電流表的讀數(shù)均為峰值。(

)√××√√×2.(新教材人教版選擇性必修第二冊P51習(xí)題改編)如圖所示,KLMN是一個豎直的矩形導(dǎo)線框,全部處于磁感應(yīng)強度為B的水平方向的勻強磁場中,線框面積為S,MN邊水平,線框繞某豎直固定軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。在MN邊與磁場方向的夾角達(dá)到30°的時刻(圖示位置),求導(dǎo)線框中產(chǎn)生的瞬時電動勢e的大小和線框此時電流的方向(已知線框按俯視的逆時針方向轉(zhuǎn)動)。3.(新教材人教版選擇性必修第二冊P53“思考與討論”改編)某交變電流的i-t圖像如圖所示,則其電流的有效值為(

)答案

C關(guān)鍵能力學(xué)案突破考點一交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律(自主探究)1.變化規(guī)律(線圈從中性面位置開始計時)2.兩個特殊位置及其特點

【對點演練】

1.如圖所示,在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,面積為S的單匝矩形線圈abcd沿逆時針方向(俯視)繞垂直于磁場的中軸勻速轉(zhuǎn)動,角速度為ω。當(dāng)ad邊與磁場方向的夾角為30°時,下列說法正確的是(

)A.線圈中電流的方向是a→b→c→d→aB.線圈中產(chǎn)生的瞬時電動勢的大小是

BSωC.線圈再轉(zhuǎn)過60°時,產(chǎn)生的電流達(dá)到最大值D.線圈轉(zhuǎn)動過程中,穿過它的磁通量的變化率恒定答案

B解析

當(dāng)線圈逆時針轉(zhuǎn)動時,磁通量增大,由楞次定律可知,線圈中電流的方向是a→d→c→b→a,故A錯誤;線圈中的最大感應(yīng)電動勢為Emax=BSω,如果從垂直中性面開始計時,線圈轉(zhuǎn)過30°,則e=Emaxcos

30°=BSω,故B正確;線圈再轉(zhuǎn)過60°時,線圈處于中性面位置,此時磁通量最大,感應(yīng)電動勢為0,感應(yīng)電流為0,故C錯誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律可得E=,由于線圈轉(zhuǎn)動過程中,電動勢變化,即穿過它的磁通量的變化率變化,故D錯誤。2.如圖甲所示,在勻強磁場中,兩個匝數(shù)相同的正方形金屬線圈分別以不同的轉(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e隨時間t變化的圖像如圖乙中曲線a、b所示,則(

)A.t=0時刻,兩線圈均處于垂直于中性面的位置B.a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3C.a、b對應(yīng)的兩線圈面積之比為1∶1D.若只改變兩線圈的形狀(匝數(shù)不變),則兩線圈電動勢的有效值之比一定不變答案

C考點二有效值的理解與計算(師生共研)方法規(guī)

律適

用公式法只適用于正弦式交變電流定義法計算時“相同時間”取一個周期或周期的整數(shù)倍非正弦式交變電流能量關(guān)系能的轉(zhuǎn)化和守恒定律以上方法不能解決的問題【典例1】

如圖甲所示電路,已知電阻R1=R2=R,和R1并聯(lián)的D是理想二極管(正向電阻可視為零,反向電阻為無窮大),在A、B之間加一個如圖乙所示的交變電壓(電壓為正值時,UAB>0)。由此可知(

)A.在A、B之間所加的交變電壓的周期為2sB.在A、B之間所加的交變電壓的瞬時值表達(dá)式為u=20sin50πt(V)C.加在R1上電壓的有效值為10VD.加在R2上電壓的有效值為5V答案

D

解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀D是理想二極管(正向電阻可視為零,反向電阻為無窮大)當(dāng)A點電勢高于B點電勢時二極管導(dǎo)通,即R1被短路,當(dāng)B點電勢高于A點電勢時二極管截止

由圖像可以讀出周期、最大值;交變電壓的瞬時值表達(dá)式是正弦函數(shù)關(guān)鍵詞句分析解讀加在R1上電壓的有效值R1上一個周期內(nèi)只有一半時間有電流加在R2上電壓的有效值對應(yīng)R2上一個周期內(nèi)的總熱量破題

由圖像可得交流電的周期,電壓最大值,依據(jù)u=Umsin

ωt可得交變電壓的瞬時值表達(dá)式。根據(jù)電流的熱效應(yīng),注意二極管的單向?qū)щ娦允沟冒雮€周期內(nèi)R1被短路,另半個周期內(nèi)R1與R2串聯(lián),從而即可求解。3.(多選)(2020河北衡水模擬)如圖所示,線圈ABCD匝數(shù)n=10,面積S=0.4m2,邊界MN(與線圈的AB邊重合)右側(cè)存在磁感應(yīng)強度B=T的勻強磁場,若線圈從圖示位置開始繞AB邊以ω=10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動,則以下說法正確的是(

)A.線圈產(chǎn)生的是正弦交流電B.線圈在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢為80VD.線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值為40V答案

BD

4.(2018全國卷Ⅲ)一電阻接到方波交流電源上,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方;若該電阻接到正弦交流電源上,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值均為u0,周期均為T,如圖所示。則Q方∶Q正等于(

)答案

D考點三交變電流“四值”的比較(師生共研)物理量物理含義重要關(guān)系應(yīng)用情況及說明瞬時值交變電流某一時刻的值e=Emsin

ωt,u=Umsin

ωt,i=Imsin

ωt計算線圈某時刻的受力情況峰值(最大值)最大的瞬時值Em=nBSω,Em=nΦmω,當(dāng)考慮某些電學(xué)元件(電容器、晶體管等)的擊穿電壓時,指的是交流電壓的最大值【典例2】

(多選)(2020湖北七市教科研協(xié)作體高三下學(xué)期5月聯(lián)考)如圖甲為旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的原理圖,多匝矩形線圈在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與可變電阻R連接,與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表,當(dāng)R=10Ω時電壓表示數(shù)是10V。已知線圈的內(nèi)阻為r=5Ω,圖乙是矩形線圈磁通量Φ隨時間t變化的圖像,則(

)A.可變電阻R消耗的電功率為10WB.穿過線圈磁通量的最大值為WbC.R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u=14.1sin100πt(V)D.調(diào)節(jié)可變電阻R的大小,其消耗的最大電功率可以達(dá)到11.25W答案

AD

解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀多匝矩形線圈……勻速轉(zhuǎn)動;圖乙是矩形線圈磁通量Φ隨時間t變化的圖像產(chǎn)生交流電,線圈相當(dāng)于交流電源;從電動勢最大時計時當(dāng)R=10

Ω時電壓表示數(shù)是10

V電壓表讀數(shù)為電阻兩端的電壓有效值已知線圈的內(nèi)阻為r=5

Ω交流電源有內(nèi)阻調(diào)節(jié)可變電阻R的大小,其消耗的最大電功率當(dāng)可變電阻R與電源內(nèi)阻相等時,其功率最大破題

(1)根據(jù)“當(dāng)R=10

Ω時電壓表示數(shù)是10

V”計算電阻R消耗的功率;根據(jù)閉合電路歐姆定律計算交流電源的電動勢的有效值,然后計算最大值;由圖乙得出角速度。(2)當(dāng)R=r時可變電阻消耗的功率最大。

5.如圖甲所示是一種振動發(fā)電裝置的示意圖,一個半徑r=0.10m、匝數(shù)n=20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,線圈的電阻R1=0.50Ω,它的引出線接有R2=9.50Ω的小燈泡L,為理想交流電流表。當(dāng)線圈框架的P端在外力作用下沿軸線做往復(fù)運動,便有電流通過燈泡。若線圈往復(fù)運動的規(guī)律如圖丙所示(v取向右為正),則下列判斷正確的是(

)A.電流表的示數(shù)為0.24AB.0.01s時回路中的電流最大C.回路中交流電的頻率為50HzD.0.015s時燈泡L中電流的方向為從D→L→C答案

C6.(2021年1月廣東省適應(yīng)性測試)科學(xué)中心某款手搖點火器