河南省高考物理總復習 第10章 第1講 交變電流的產生和

第

十

章

交

變

電

流

傳

感

器抓

住2

個

基

礎

知

識

點

掌

握3

個

核

心

考

點構建物理模型十五高效訓練5個題課時限時檢測考

綱

點

擊備

考

指

南1

.

交

變

電

流

、

交

變

電

流

的

圖

象

I1

.

交

變

電

流

的

產

生

及

描

述

(

e

、u

、

i

的

瞬

時

值

表

達

式

、

峰

值

、有

效

值

、

周

期

、

頻

率

)

,

特

別是

交

流

電

的

圖

象

和

有

效

值

的

計

算

是

考

查

的

熱

點

.2

.

變

壓

器

的

原

理

，

電

壓

比

、

電

流

比

及

功

率

關

系

，

遠

距

離

輸

電

問

題

等

是

考

查

的

重

點

.3

.

掌

握

傳

感

器

的

一

些

簡

單

使

用

和

一

些

敏

感

元

件

的

基

本

原

理

.2

.

正

弦

交

變

電

流

的

函

數

表

達

式

、

峰

值

和

有

效

值

I3

.

理

想

變

壓

器

遠

距

離

輸

電

I4

.

遠

距

離

輸

電

I實

驗

十

一

：

傳

感

器

的

簡

單

使

用第

1

講

交

變

電

流

的

產

生

和

描

述1.

產

生如圖10—1一1所示，將閉合線圈置于

勻

強垂直于磁感線方向的軸做勻速轉動.固

本

抓

住

2

個

基

礎

知

識

點

抓基礎

固根本?；A分知識一

正弦式交變電流的產生和變化規(guī)律_磁場中，并繞圖10—1—12.

變化規(guī)律(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=

Emsin

ot

.(2)電壓u

隨時間變化的規(guī)律：

u=

Umsin

ot

.(3)

電

流i

隨

時

間

變

化

的

規(guī)

律

：i=

Insin

ot

.其中w

等于線圈轉動的角速度，Em=nBl?l?o=

nBSo.

.圖

1

0

—

1

—

2判

斷

正

誤

|(1)閉合線圈在磁場中轉動，當線圈中磁通量最大時，線圈中產生的電流最大.(×)(

2

)

只

有

在

中

性

面

開

始

計

時

時

，

電

動

勢

表

達

式

才

可

書

寫

為

e=Emsin

ot.(√)3.

正弦式交變電流的圖象(如圖10—1—2所示)知識二

描述交變電流的物理量1.

周期和頻率(1)周期T:

交變電流完成一次周期性變化(線圈轉動一周)所需的

時間，單位是秒(s).

公式表達式為

●(2)頻率f:

交變電流在1s

內完成

周期性變化

的次數，單位是

赫茲(Hz)

.(3)周期和頻率的關系：

2.

交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值(1)瞬時值：交變電流某

一時

刻

的值，是時間的函數.(2)峰值：交變電流的電流或電壓所能達到的

最大值.(3)有效值：讓交變電流與恒定電流分別通過相同的電阻，如果它們在交變電流的一個周期內

產生的熱量_相等，則這個恒定電

流

I

、

恒

定

電

壓

U

就

是

這

個

交

變

電

流

的

有

效

值

.(

4

)

正

弦

式

交

變

電

流

的

有

效

值

與

峰

值

之

間

的

關

系=入,

,(5)平均值：交變電流圖象中波形與橫軸所圍面積跟時間的比值，其數值可以用

算

.只有正弦交變電流有效值與峰值之間存在確定的關系，其他交變電流的有效值要根據焦耳定律進行確定.特

別

提

醒K基

礎

自

測】1.

圖中閉合線圈都在勻強磁場中繞虛線所示的固定轉軸勻速轉動，不能產生正弦式交變電流的是(

)【

解

析

】

A

、B

選項中閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場且

過

線

圈

平

面

的

轉

軸

勻

速

轉

動

，

滿

足

產

生

正

弦

式

交

變

電

流

的

條

件

，

能產生正弦式交變電流；

C

選項中轉軸平行于磁場，轉動過程中，

穿過線圈的磁通量始終為零，

故

C中不產生正弦式交變電流；D

選項中雖然只有一半線圈在磁場中，但是始終有一邊切割磁感線按照正弦規(guī)律產生感應電動勢，且一邊出時，另一邊恰好入，保證

轉

動

過

程

中

感

應

電

動

勢

連

續(xù)

按

照

正

弦

規(guī)

律

變

化

.

故

應

選

C.【

答

案

】

C2.

已知某電阻元件在正常工作時，通過它的電流按如圖10—

1—3所示的規(guī)律變化.現與這個電阻元件串聯一個多用電表(已

調至交流電流擋),則多用電表的讀數為(

)圖10—1—3A.

4

2

A

B.

4

A

C.

5A

D.5√2

A【

解

析

】

多用電表的讀數為有效值，

由

得

I=5A,C

項

正

確

.【

答

案

】

C感悟高考3.(2013-海南高考)通過一阻值R=1002

的電阻的交變電流如

圖10—1—4所示，其周期為1s.電阻兩端電壓的有效值為(

)

B.4V10

V圖

1

0

—

1

-

4A.

12

VC.

15

VOT●)【

解

析

】

由

有

效

值

定

義

可

得F×1s=(0.1A)2×R×0.4s×2+(0.2A)2×R×0.1s×2,

其中R=100Ω,

可得U=4√

10V,B正確.【

答案

】

B4.(多選)(2012-廣東高考)某小型發(fā)電機產生的交變電動勢為e=50sin100πt(V).

對此電動勢，下列表述正確的有(

)A.

最

大

值

是

5

0

√2

VB.頻

率

是

1

0

0

HzC.

有

效

值

是

2

5

√

2

V

D.

周

期

是

0

.

0

2

s【

解

析】

交變

電動勢

e=Emsin為電動勢的

最

大

值，o為角速度，知

，Em=50V, Hz=50ot

或

e=Emcos有

效

值,頻

率

由

e=50sin100πt正

確

.【

答案】

CDH,所以選項

C

、Dot,

其

中Em周

期規(guī)律物理量函數圖象磁通量φ=Pm*cos

ot=BScos

oDPmO一φmT

t突

破

掌

握

3

個

核

心

考

點

攻考點破難點拿能力分考點一[82]

正弦式交變電流的變化規(guī)律一、正弦式電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)電動勢e=Em*sinnBSosinot=oteEmO-EmT

t電壓u=Um

·

sin

ot=uUmO-UmT

t電流i=Im*sin

ot=i

ImOT

tT二、

兩個特殊位置的特點1.線圈平面與中性面重合時，S⊥B,φ最大，i=0,

電

流

方

向

將

發(fā)

生

改

變

.2.

線

圈

平

面

與

中

性

面

垂

直

時

，S//B,P=0,大

，

i

最

大

，

電

流

方

向

不

改

變

.,e=0,大

，e

最三、

交變電流瞬時值表達式書寫的基本思路1.

確定正弦交變電流的峰值，根據已知圖象或公式

Em=nBSo

求

出

相

應

峰

值

.2.

明確線圈的初始位置，找出對應的函數關系式.(1)線圈從中性面位置開始轉動，則i-t

圖象為正弦函數圖象，函

數

式

為

i=Imsin

ot.(2)線圈從垂直中性面位置開始轉動，則i—t

圖象為余弦函數圖象，函數式為i=Imcos

ot.[

1

個

示

范

例

]

一

(

2

0

1

2

-

安

徽

高

考

)

圖

1

0

—

1

一

5

甲是交流發(fā)電

機

模

型示意圖.在磁感應強度為

B

的勻強磁場中，有一矩形線圈abcd

可

繞

線圈平面

內垂直于磁感線的軸0O’轉動

，

由線圈

引

出

的導線

ae

和

df

分別與兩個

跟

線圈一

起繞

0

0’

轉動的金

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

轉動中就可以保持

和

外電路電阻R形成閉合電路.

圖

1

0

—

1

-

5

乙

是

線圈的

主

視圖，導

線

ab和

cd

分別

用

它

們的

橫

截

面

來

表

示.已

知

ab長

度

為L?,bc長

度

為L?,線圈以恒定角速度o逆時

針

轉

動

.(只

考

慮

單匝

線圈

)甲

乙圖

1

0

—

1

-

5丙(1)線圈平面處于中性面位置時開始計時，試推導

t

時刻整個線圈中的感應電動勢

e?的表達式；(2)線圈平面處于與中性面成φ?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電動勢

e?的表達式；(3)若線圈電阻為

r,

求線圈每轉動一周電阻

R

上產生的焦耳熱.(其他電阻均不計)【

審

題

指

導

】

(1)開始計時時線圈的初位置不同，則瞬時值表達式不同.(2)求解的是電阻R

上產生的焦耳熱，

不要忽視線圈電阻r

的影

響

.【

解

析】(

1

)

矩

形

線

圈abcd在磁場中

轉

動時，ab

、cd切

割磁

感線，

且

轉

動的

半

徑

為

轉動時ab

、cd的線速度且與磁場方向的夾角為

ot,所以，

整

個

線圈中

的

感

應電

動

勢

e?=2BL?vsinot=BL?L?osinCot.(2)當

t=0時，線圈平面與中性

面的

夾角

為

φo,

則某

時

刻t時，線圈平面與中性面的夾角為(ot+φo)故此時

感

應電動勢的瞬時值e?=2BL?vsin(ot+φo)=BL?L?osin(ot+φo).

(3

)

線

圈

勻

速

轉

動

時

感

應電

動

勢的

最

大

值Em=BL?L?w,

故

有

效

值

回路中

電流

的有效值

【

答

案

】

(1)e?=BL?L?osin(2)e?=BL?L?osin(ot+φo)根據焦

耳

定

律

知

轉

動

一

周電阻R

上的焦耳熱為ot

—

[1個預測例]一

?例2

一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，

穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖10—1—6甲所

示，則下列說法中正確的是(

)甲

乙圖10—1—6A.t=0

時

刻

線

圈

平

面

與

中

性

面

垂

直B.t=0.01s時

刻

φ

的

變

化

率

達

到

最

大C.t=0.02s時

刻

感

應

電

動

勢

達

到

最

大D.

該

線

圈

相

應

的

感

應

電

動

勢

圖

象

如

圖

乙

所

示【

解

析

】

由φ一t圖知，在

t=0

時，

φ最大，

即線圈處于中性面位置

，

此

時

e=0,

故

A、D

兩

項

錯

誤

；

由

圖

知

T=0.04

s,

在

t=0.01s

時

，P=0,

大，

e最大，則

B項正確；在

t=0.02

s

時

，

φ

最

大

，

,e=0,

則C

項錯.【

答

案

】

B考點

二[

83

]交變電流有效值的計算一

、

正弦交變電流的有

效

值利

用

計算.只適用于正(余)弦式交流電.,

,二

、

非正弦交

變電

流的

有

效

值的

計

算1.計

算

有效

值時

要

注

意

根

據電

流的熱

效

應

，

抓

住

“

三同”

:

“

相同時間”內“相同電阻”

上產生“相同熱量”

列式

求

解.

“相