一輪復(fù)習(xí)學(xué)案11.1交變電流的產(chǎn)生和描述

第1講交變電流的產(chǎn)生和描述知識點一交變電流、交變電流的圖象1.交變電流：________和________都隨時間做周期性變化的電流．最常見的交變電流是________交變電流．2．正弦交流電的產(chǎn)生及圖象(1)產(chǎn)生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．②兩個特殊位置及其特點兩個特殊位置示意圖特點中性面(磁場方向垂直)Φ最大，ΔΦΔt＝0，e＝0，與中性面垂直的位置Φ＝0，ΔΦΔt最大，e(2)圖象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，則其圖象為________曲線，如圖所示．(3)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＝________.②路端電壓u隨時間變化的規(guī)律：u＝Umsinωt＝____________.③電流i隨時間變化的規(guī)律：i＝Imsinωt＝____________，其中Em＝________.知識點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(zhuǎn)動一周)所需要的時間，國際單位是秒(s)．公式：T＝2πω(2)頻率f：________________________________次數(shù)，單位是赫茲(Hz)．(3)周期和頻率的關(guān)系：T＝________或f＝________.2．交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值瞬時值交變電流某一______的值，是時間的函數(shù)峰值交變電流的電流或電壓所能達(dá)到的______值有效值讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的______相等，就把這一直流的數(shù)值叫作這一交流的有效值平均值交變電流圖象中波形與橫軸________與時間的比值思考辨析(1)矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，一定會產(chǎn)生正弦式交變電流．()(2)矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動經(jīng)過中性面時，線圈中的感應(yīng)電動勢為零，電流方向發(fā)生改變．()(3)交流電壓表和電流表測量的是交流電的峰值．()(4)交變電流的峰值總是有效值的2倍．()(5)可以用平均值計算交變電流產(chǎn)生的熱量．()(6)交流電路中電壓表、電流表的示數(shù)都是有效值．()(7)正弦交變電流14周期與12周期內(nèi)電流的有效值一定不同．教材改編1．[人教版選修3－2P31做一做改編]把發(fā)光顏色不同的兩個二極管并聯(lián)(該類二極管具有單向?qū)щ娦?，?dǎo)通時發(fā)光)，使兩者正負(fù)極方向不同．當(dāng)搖動如圖所示的手搖發(fā)電機時，兩個二極管交替發(fā)光，則流過其中一個二極管的電流是()A．交流電B．直流電C．恒定電流D．渦流2．[人教選修3－2P35思考與討論改編]某交變電流的i-t圖象如圖所示，則其電流的有效值為()A．1.5AB．2AC.145AD.考點一交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律自主演練[多維練透]1．[2021·海淀區(qū)模擬]如圖所示，圖(a)→圖(b)→圖(c)→圖(d)過程是交流發(fā)電機的示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導(dǎo)體制成的兩個電刷分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接．下列說法正確的是()A．圖(a)中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大B．從圖(b)開始計時，線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系是i＝ImsinωtC．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時，感應(yīng)電流為0，且感應(yīng)電流方向改變D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時，感應(yīng)電動勢最小，ab邊感應(yīng)電流方向為b→a2．如圖甲所示，一個矩形導(dǎo)線框放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的固定軸OO′以角速度ω＝π2rad/s順時針轉(zhuǎn)動．若以線框平面與磁場方向垂直時(如圖乙)為計時起點，并規(guī)定bc邊中電流i的方向由b流向c時為正，則下列i-t圖象正確的是(3.[2020·吉林長春模擬]一臺小型發(fā)電機與計算機相連接，計算機能將發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的圖象記錄下來，如圖甲所示，讓線圈在勻強磁場中以不同的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，計算機記錄了兩次不同轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖乙所示．則關(guān)于發(fā)電機先后兩次的轉(zhuǎn)速之比nanb、交變電流b電動勢的最大值，下列說法正確的是()A．3:2，1023VB．3:2，C．2:3，1023VD．2:3，4．[2020·河南商丘九校聯(lián)考]矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交流電動勢的瞬時值為e＝2202sin100πt(V)，則下列說法中正確的是()A．當(dāng)t＝0時，線圈平面與中性面垂直B．當(dāng)t＝1200s時，C．該交流電不能擊穿標(biāo)注為“300V5μF”的電容器D．若轉(zhuǎn)速n提高一倍，其他條件不變，則電動勢的變化規(guī)律將變?yōu)閑＝4402sin100πt(V)考點二交變電流“四值”的理解與應(yīng)用多維探究交流電的“四值”問題分析題型1|交變電流有效值的求解(1)計算有效值時要根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解．(2)分段計算電熱求和得出一個周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量．(3)利用兩個公式Q＝I2Rt和Q＝U2Rt(4)若圖象部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的14周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和12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I＝Im2、U例1[2020·重慶6月模擬]在圖乙所示的電路中，通入圖甲所示的交變電流，此交變電流的每個周期內(nèi)，前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定．電阻R的阻值為12Ω，電表均為理想電表．下列判斷正確的是()A．電壓表的示數(shù)為62VB．該交變電流的電壓有效值為43VC．電阻R一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量一定大于9JD．電流表的示數(shù)為0.5A題型2|交變電流的“四值”問題例2[2020·山東濟南模擬](多選)如圖所示為一臺小型發(fā)電機結(jié)構(gòu)示意圖，線圈繞垂直勻強磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，通過電刷接有一盞小燈泡．已知線圈匝數(shù)為N，內(nèi)阻為r，轉(zhuǎn)動的周期為T，小燈泡的電阻為9r，電壓表的示數(shù)為U.從圖示位置開始計時，下列說法中正確的是()A．從開始到t＝T4過程中，通過燈泡的電荷量為B．從開始到t＝T2過程中，燈泡消耗的電能為C．線圈產(chǎn)生的電動勢瞬時值表達(dá)式為e＝2Ucos2πTD．線圈轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的磁通量的最大值為5練1[2021·湖北大冶六中月考]如圖甲所示，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，電壓表、電流表均為理想電表，下列說法正確的是()A．電壓表兩端讀數(shù)為2.5VB．電阻R消耗的電功率為1.25WC．若此交變電流由一矩形線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，如圖丙所示，當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍時，電流表的示數(shù)為1AD．圖乙交變電流與圖丁所示電流比較，接同一電阻的發(fā)熱功率之比為1:2練2如圖甲所示，標(biāo)有“220V40W”的燈泡和標(biāo)有“20μF300V”的電容器并聯(lián)到交流電源上，為交流電壓表，交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)．下列判斷正確的是()A．t＝T2時刻，的示數(shù)為零B．燈泡恰好正常發(fā)光C．電容器不可能被擊穿D．的示數(shù)保持1102V不變練3[2021·山東五蓮檢測](多選)如圖所示，正方形單匝線框abcd邊長為L，每邊電阻均為r，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞cd軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，c、d兩點與外電路相連，外電路電阻也為r，電表均為理想交流電表，導(dǎo)線電阻忽略不計，則下列說法中正確的是()A．從圖示位置開始計時，線框感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e＝BωL2cosωtB．S斷開時，電壓表示數(shù)為2C．初始時S閉合，現(xiàn)將S斷開，電壓表讀數(shù)不變D．S閉合時，線框從圖示位置轉(zhuǎn)過π2過程中通過電流表的電荷量為第1講交變電流的產(chǎn)生和描述基礎(chǔ)落實知識點一1．大小方向正弦式2．(1)垂直于磁場(2)正弦式(3)Em·sinωtEmREmR+r·sin知識點二1．(2)交變電流在1s內(nèi)完成周期性變化的(3)12．時刻最大熱量所圍面積思考辨析(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√(7)×教材改編1．答案：B2．答案：C考點突破1．解析：圖(a)中，線圈在中性面位置，故穿過線圈的磁通量最大，磁通量變化率為0，故A項錯誤；圖(b)所示位置不是中性面，從線圈在中性面位置開始計時的表達(dá)式才是i＝Imsinωt，故B項錯誤；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(c)位置時，線圈在中性面位置，故穿過線圈的磁通量最大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最小，為0，電流方向?qū)⒏淖儯蔆項正確；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖(d)位置時，磁通量最小，磁通量的變化率最大，故感應(yīng)電動勢最大，ab邊感應(yīng)電流方向為b→a，故D項錯誤．答案：C2．解析：本題考查交變電流的產(chǎn)生和交變電流圖象問題．矩形導(dǎo)線框放置在勻強磁場中，產(chǎn)生的感應(yīng)電流周期為T＝2πω＝4s，由右手定則可判斷出在前14周期產(chǎn)生的電流i的方向為由b流向c，方向為正且逐漸增大，所以A答案：A3．解析：本題考查交變電流的產(chǎn)生原理及相關(guān)圖象．由題圖乙可知，a的周期為0.4s，b的周期為0.6s，由n＝1T可知，a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為3∶2；交變電流a電動勢的最大值是10V，根據(jù)Em＝nBSω得，交變電流b電動勢的最大值是203V，故B答案：B4．解析：本題考查交變電流的產(chǎn)生和描述．t＝0時，電動勢為零，此時磁通量最大，線圈平面與磁感線垂直，線圈平面與中性面重合，選項A錯誤；當(dāng)t＝1200s時，e＝2202sin100π×1200V＝2202V，電動勢最大，磁通量為零，線圈平面與中性面垂直，選項B正確；300V是電容器允許的最高電壓，而該交流電最大電壓是2202V≈311V>300V，所以此交流電可以擊穿標(biāo)注為“300V5μF”的電容器，選項C錯誤；當(dāng)轉(zhuǎn)速n提高一倍時，由ω＝2πn，Em＝NBSω，可知ω增加一倍，則電動勢的變化規(guī)律將變?yōu)閑＝4402sin200πt(V)，答案：B例1解析：根據(jù)有效值的定義，在一個周期內(nèi)，由焦耳定律得62V22R×1s＋6V2R×2s＝U2R×3s，可得電壓有效值U＝6V，電壓表示數(shù)為有效值，故A、B錯誤；熱量必須根據(jù)有效值進(jìn)行計算，則Q＝U2RT＝9J，故C錯誤；電流表示數(shù)也為有效值，則答案：D例2解析：根據(jù)閉合電路歐姆定律可知U＝9rr+9rE，得E＝109U，而E＝Emax2，則感應(yīng)電動勢的最大值為Emax＝1029U＝解得NBS＝102UT2×9π＝52UT9π，因I＝ER＝NΔΦΔt·R，且q＝IΔt，故從開始到t＝T4過程中，通過燈泡的電荷量為q＝NΔΦ10r＝NBS10r＝52UT9π×10r＝2UT18πr，A項錯誤；電路中的電流為I＝U9r，則從開始到t＝T2過程中，燈泡消耗的電能為W電＝I2×9r×T2＝U281r2×9r×T2＝U2T18r答案：BD練1解析：由題圖可知，電流的最大值為Im＝0.5A，則R兩端電壓的最大值為Um＝Im·R＝0.5×5V＝2.5V，有效值為U＝1.252V≈1.77V，A錯誤；R上的電功率為P＝UI＝U2R＝1.25225W＝0.625W，B錯誤；線圈的轉(zhuǎn)速提升一倍，電流也增大一倍，則電流的最大值變?yōu)?A，有效值變?yōu)?2A，則電流表讀數(shù)為22A，C錯誤；由有效值的概念可得，題圖丁的有效值為0.5A，則題圖乙與題圖丁的有效值之比為1∶2，根據(jù)P＝I2R可知，發(fā)熱功率之比為答案：D練2解析：的示數(shù)應(yīng)是電壓的有效值220V，故A、D錯；電壓的有效值恰好等于燈泡的額定電壓，燈泡正常發(fā)光，B正確；電壓的峰值Um＝2202V≈311V，大于電容器的耐壓值，故有可能被擊穿，C錯．答案：B練3解析：本題考查交變電流的描述及四值的計算．圖示位置線框平面與中性面垂直，則線框感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e＝BωL2cosωt，