高考物理第一輪總復(fù)習(xí)-交流電的產(chǎn)生課件

第一頁，共43頁。溫故自查1．交變電流的產(chǎn)生：將線圈置于 中，并繞垂直磁感線的軸 ，線圈中就會產(chǎn)生正(余)弦交變電流．2．中性面：(1)線圈位于(wèiyú)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，兩次經(jīng)過中性面，線圈每經(jīng)過一次 ，電流的方向就改變一次．勻強磁場勻速轉(zhuǎn)動最大零零．中性(zhōngxìng)面第二頁，共43頁。3．變化規(guī)律：N匝面積為S的線圈以角速度ω轉(zhuǎn)動，從某次經(jīng)過中性(zhōngxìng)面開始計時，則e＝NBSωsinωt，用Em表示峰值，則Em＝NBSω，電流i＝＝第三頁，共43頁?？键c(kǎodiǎn)精析1．交變電流的產(chǎn)生當(dāng)閉合矩形線圈在勻強磁場中，繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動時，閉合線圈中就有交流電產(chǎn)生．如圖所示．關(guān)于中性面：①中性面在垂直于磁場位置．②線圈通過中性面時，穿過線圈的磁通量最大．③線圈平面通過中性面時感應(yīng)電動勢為零．④線圈平面每轉(zhuǎn)過中性面時，線圈中感應(yīng)電流方向改變一次，轉(zhuǎn)動一周線圈兩次通過中性面，故一周內(nèi)線圈中電流方向改變兩次．第四頁，共43頁。第五頁，共43頁。2．交流電的變化規(guī)律設(shè)矩形線圈abcd以角速度ω繞OO′軸、從線圈平面跟磁感線垂直的位置開始做逆時針方向轉(zhuǎn)動．此時，線圈都不切割(qiēgē)磁感線，線圈中感應(yīng)電動勢等于零．經(jīng)過時間t線圈轉(zhuǎn)過ωt角，這時ab邊的線速度v方向跟磁感線方向夾角等于ωt.設(shè)ab邊的長度為l，bd邊的長度為l′，線圈中感應(yīng)電動勢為e＝2Bl ωsinωt＝Bsωsinωt.第六頁，共43頁。當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到跟磁感線平行的位置時，線圈轉(zhuǎn)過 時間，ωt＝，ab邊和cd邊都垂直切割(qiēgē)磁感線，sinωt＝1，線圈中感應(yīng)電動勢最大，用Em來表示，Em＝BSω，則e＝Emsinωt.路端電壓u＝iR＝ImRsinωt，令Um＝ImR，則u＝Umsinωt.如果線圈從對應(yīng)圖位置開始轉(zhuǎn)動，電路中感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流和路端電壓將按余弦規(guī)律變化e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.第七頁，共43頁。3．正弦(zhèngxián)交流電的圖象第八頁，共43頁。電路(diànlù)中的感應(yīng)電流、路端電壓與感應(yīng)電動勢的變化規(guī)律相同，如圖所示．第九頁，共43頁。溫故自查1．瞬時值：反映 交變電流的大小和方向．2．有效值：根據(jù)電流的 來規(guī)定的，即在同一周期內(nèi)，跟某一交流電使用(shǐyòng)同一電阻產(chǎn)生相等熱量的直流電的數(shù)值．正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系：不同(bùtónɡ)時刻熱效應(yīng)第十頁，共43頁。3．周期和頻率：描述交變電流變化 的物理量．(1)周期：完成(wánchéng) 變化所需的時間．(2)頻率：在1s內(nèi)完成(wánchéng)周期性變化的 快慢(kuàimàn)一次周期性次數(shù)(cìshù)．第十一頁，共43頁。考點精析(1)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)由同時間、同電阻、同熱量的直流電流來確定的；交變電流的平均值是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律中的平均感應(yīng)電動勢計算的．(2)在進行具體(jùtǐ)的計算，如求電路中的電功率、產(chǎn)生的熱量或保險絲的熔斷電流時，應(yīng)該使用有效值；求通過某導(dǎo)體橫截面的電荷量時應(yīng)該用電流的平均值；在純電阻電路中運用歐姆定律時，可使用有效值或瞬時值．第十二頁，共43頁。(3)交變電流的最大值Im＝ 當(dāng)交變電流是正(余)弦規(guī)律時，有效值 某段時間內(nèi)交變電流的平均值不等于這段時間始、終時刻瞬時值的算術(shù)平均值，在 時間內(nèi) 一個(yīɡè)周期T內(nèi)的平均電動勢為零；對非正弦交流電的有效值，必須根據(jù)有效值的定義進行計算．第十三頁，共43頁。(4)現(xiàn)實中有效值應(yīng)用較多，如交流(jiāoliú)用電器銘牌上標明的額定電壓或額定電流、交流(jiāoliú)電表測出來的電流或電壓值都是有效值．一般不加特殊說明，提到交流(jiāoliú)電的電流、電壓、電動勢時，都是指有效值.第十四頁，共43頁。溫故自查1．電感(diànɡǎn)對 電流沒有影響，對變化的電流有阻礙其 的作用，對交變電流也有阻礙作用，電感(diànɡǎn)對交變電流阻礙作用的大小，用 來表示，感抗與線圈 和交變電流的 都有關(guān)系，線圈自感系數(shù)越 、交變電流的頻率越高，感抗也越 電感(diànɡǎn)的作用是“通 、阻 ，通 、阻 ”恒定(héngdìng)變化(biànhuà)感抗自感系數(shù)頻率大．大直流交流低頻高頻．第十五頁，共43頁。2．電容接在交流電源上，由于電容器交替進行充電和放電，使電路中有了電流，表明交流能通過電容，電容雖能讓交變電流通過，但對交變電流也有影響，其大小用 來表示．容抗(rónɡkànɡ)與電容的大小和交變電流的 都有關(guān)系，電容越 、交變電流的頻率越高，容抗(rónɡkànɡ)越 ．電容的作用是“通 、隔 ，通、阻 ”．容抗(rónɡkànɡ)大頻率(pínlǜ)小交流直流高頻低頻第十六頁，共43頁?？键c精析1．電感對交變電流的阻礙作用交變電流通過線圈時，由于電流時刻都在變化，所以自感現(xiàn)象就不斷地發(fā)生；而自感電動勢總是要阻礙電流變化的，這就是線圈的電感對交變電流的阻礙作用，電感對交變電流的阻礙作用的大小(dàxiǎo)用感抗來表示．線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，產(chǎn)生的自感電動勢就越大，對交變電流的阻礙作用越大，感抗就越大．如右圖所示，設(shè)線圈的電阻為r，自感系數(shù)為L，電路電壓為U，則接直流電源時， 接頻率為f交流電源時，I2＝第十七頁，共43頁。 顯然I2<I1.其中XL為感抗，XL＝2πfL.說明線圈的自感系數(shù)L越大，交變電流的頻率越高，電感對交變電流的阻礙(zǔài)作用就越大，感抗也就越大．第十八頁，共43頁。2．電容器對交變電流的阻礙作用電容器接通電源時，電源使導(dǎo)線中自由電荷(zìyóudiànhé)向某一方向做定向移動，電容器兩極板在此過程中由于電荷積累而產(chǎn)生電勢差，因而反抗電荷的繼續(xù)運動，這就是電容對交變電流的阻礙作用．電容對交流電的阻礙作用叫做容抗．電容器的電容越大，交流電的頻率越高，充、放電進行得越快，容抗就越小．例如：設(shè)電容器的電容為C，則接直流電源時I1＝0，接頻率為f的交流電源時I2＝第十九頁，共43頁。注意：①接交流電源時，電流能“通過”電容(diànróng)器，是電容(diànróng)器在充、放電過程中，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交流“通過”了電容(diànróng)器．②容抗XC＝ .說明電容(diànróng)器的電容(diànróng)C越大，交流電的頻率f越高，電容(diànróng)器對交流的阻礙作用就越小，容抗也就越?。虼擞小巴ń涣鳌⒏糁绷?、通高頻、阻低頻”.第二十頁，共43頁。溫故自查在交變電流的電路中，首先要搞清電路結(jié)構(gòu)(jiégòu)，再者注意 、 、平均值等概念的區(qū)分，最后將交流知識和 知識結(jié)合起來，用已有的知識和方法處理部分問題．最大值有效值恒定電流第二十一頁，共43頁。考點精析交流電的產(chǎn)生是交流電部分的基礎(chǔ)，應(yīng)準確理解，重點掌握．中性面是交流電產(chǎn)生過程中的一個重要位置，應(yīng)明確計時開始時線圈平面所在位置與中性面的關(guān)系．交流電的瞬時值表達式e＝Emsinωt、u＝Umsinωt、i＝Imsinωt均為t＝0時，線圈在中性面的位置條件(tiáojiàn)下的表達式．其中Em＝nBSω，ω＝2πf.在交流電路中，交流電表測的都是交流電的有效值，要搞清正(余)弦交流電有效值與最大值的關(guān)系(E＝第二十二頁，共43頁。另外對特殊交流電(如方波交流電)的有效值與最大值的關(guān)系能根據(jù)有效值的定義進行計算．在交流電路中歐姆定律同樣適用．恒定電流(diànliú)的有關(guān)電功、電功率、電源效率、電源功率的有關(guān)計算方法在交變電流(diànliú)電路中仍然成立．第二十三頁，共43頁。命題規(guī)律利用交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律，確定瞬時電壓、電流、最大值、有效值、平均值等．[考例1](2008·寧夏)如圖甲所示，一矩形線圈(xiànquān)abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動．若以線圈(xiànquān)平面與磁場夾角θ＝45°時(如圖乙)為計時起點．并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時電流方向為正．則下列四幅圖中正確的是 ()第二十四頁，共43頁。第二十五頁，共43頁。第二十六頁，共43頁。[解析]線圈平面從與磁場夾角θ＝45°到轉(zhuǎn)到垂直磁場過程中，穿過線圈向右的磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知這段時間(shíjiān)(T/4)內(nèi)電流是從b到a，再根據(jù)電流正方向的規(guī)定，知應(yīng)在圖像橫軸下方；又因為在中性面時電流為零，且電流是按正弦規(guī)律變化，故D圖正確．[答案]D[總結(jié)評述]本題以矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動立意命題，考查交流電的產(chǎn)生、規(guī)律、圖像及楞次定律或右手定則．本題難度屬于中等．求解本題，要注意線圈轉(zhuǎn)到中性面時電流為零，交流電的電動勢或電流與時間(shíjiān)關(guān)系是按正弦規(guī)律變化．第二十七頁，共43頁。如圖所示，單匝線圈(xiànquān)在勻強磁場中繞OO′軸從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動．已知從圖示位置轉(zhuǎn)過時，線圈(xiànquān)中電動勢大小為10V，求(1)交變電動勢的峰值；(2)交變電動勢的有效值；(3)設(shè)線圈(xiànquān)電阻R＝1Ω，角速度ω＝100rad/s，線圈(xiànquān)由圖示位置轉(zhuǎn)過過程中通過導(dǎo)線截面的電荷量q.第二十八頁，共43頁。[解析](1)圖示位置為中性面，從此時(cǐshí)開始計時，交變電動勢的瞬時值為e＝Emsinωt第二十九頁，共43頁。(2)此電流為正弦交變電流，所以(suǒyǐ)交變電動勢的有效值[答案](1)20V(2)10 (3)0.2C第三十頁，共43頁。命題規(guī)律利用電流的熱效應(yīng)等效方法確定有效值．[考例2]如圖為一交流電的i－t圖線，0～0.01s內(nèi)圖線為正弦(zhèngxián)函數(shù)，0.01s～0.02s內(nèi)也是正弦(zhèngxián)函數(shù)，以后依次重復(fù)．求：(1)交變電流的最大值；(2)交變電流的有效值．第三十一頁，共43頁。[解析](1)交變電流的最大值Im＝15A.(2)在每半個周期內(nèi)，交流電為正弦(zhèngxián)交流電，則相應(yīng)的有效值分別為第三十二頁，共43頁。[答案](1)15A(2)[總結(jié)評述]有效值的求解應(yīng)該緊緊抓住一個周期內(nèi)的交變電流產(chǎn)生(chǎnshēng)的熱量和某一個恒定電流在相同時間內(nèi)產(chǎn)生(chǎnshēng)的熱量相同．第三十三頁，共43頁。(2009·福建)一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象，如圖甲所示．已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為5.0Ω，外接一只電阻(diànzǔ)為95.0Ω的燈泡，如圖乙所示，則 ()第三十四頁，共43頁。A．電壓表的示數(shù)為220VB．電路中的電流方向每秒鐘改變50次C．燈泡實際消耗的功率為484WD．發(fā)電機線圈(xiànquān)內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J第三十五頁，共43頁。[解析]電壓表測外電壓，U＝ ×95V＝209V，故A項錯；由圖可知(kězhī)T＝2×10－2s，電路中電流方向每秒改變100次，B項錯；小燈泡消耗的功率為P＝I2R＝459.8W，故C項錯；Qr＝I2rt＝24.2J，D項正確．[答案]D第三十六頁，共43頁。命題規(guī)律題目分兩類，一類是給出圖象，求解有關(guān)物理量，另一類是通過計算，將結(jié)果用圖象表示出來．[考例3]如圖所示，矩形閉合金屬線圈abcd的邊長分別為l1和l2，電阻為R，ab邊是固定轉(zhuǎn)動軸，它恰位于有界勻強磁場的邊界處，磁感強度大小B.某時刻線圈位置如圖，磁感線垂直線圈平面，方向向里，線圈繞固定轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度大小為ω，從圖示位置開始計時，規(guī)定電流(diànliú)沿abcd方向流動為正方向．第三十七頁，共43頁。求：(1)在直角坐標系上畫出線圈(xiànquān)內(nèi)感應(yīng)電流隨時間變化的關(guān)系圖象(畫出兩個周期)；(2)此感應(yīng)電流的有效值．第三十八頁，共43頁。[解析]如果(rúguǒ)在如圖所示的右半部區(qū)域里有磁感強度為B的勻強磁場，則線圈繞ab軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生正弦交流電，而且是從中性面開始計時的，現(xiàn)在的情況恰好在半個周期內(nèi)沒有感應(yīng)電流，因此根據(jù)正弦交流電的圖象所畫出如圖所示的曲線．第三十九頁，共43頁。[答案(dáàn)](1)見解析圖第四十頁，共43頁。電阻R1、R2和交流電源按照圖甲所示方式連接，R1＝10Ω，R2＝20Ω.合上開關(guān)S后，通過電阻R2的正弦交變電流i隨時