高考物理一輪復(fù)習(xí)課件交變電流的“四值”問(wèn)題（有效值）

高中物理解題模型高中物理

一輪復(fù)習(xí)交變電流（3/9）高中物理

一輪復(fù)習(xí)交變電流（3/9）1產(chǎn)生和描述2圖像問(wèn)題3“四值”問(wèn)題4LC振蕩電路5變壓器基礎(chǔ)6多匝副線圈7原線圈含電阻8變壓器動(dòng)態(tài)分析9遠(yuǎn)距離輸電相關(guān)知識(shí)：交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）1.交變電流的“瞬時(shí)值”及“峰值”：已知：線圈面積s；匝數(shù)N；初始狀態(tài)與中性面成φ0；線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω；①電動(dòng)勢(shì)及電流“瞬時(shí)值”：物理意義：交變電流某一時(shí)刻的值；適用情境：動(dòng)態(tài)分析電壓及電流隨時(shí)間的變化規(guī)律；②電動(dòng)勢(shì)及電流“峰值”：物理意義：交變電流在整周期內(nèi)的最大值；適用情境：用電器的耐壓值；相關(guān)知識(shí)：方波交變電流：iTOI1t-I2T/3iTOI1t-I2T/32T/32.交變電流的“有效值”：定義：讓交變電流和恒定電流分別通過(guò)相同電阻，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生熱量相等，這個(gè)恒定電流I、電壓U叫做這個(gè)交流的電流、電壓的有效值。物理意義：跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電動(dòng)勢(shì)、電壓或電流值；適用情境：①熱效應(yīng)；②用電器銘牌；③電流表及電壓表讀數(shù)；交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）相關(guān)知識(shí)：2.交變電流的“有效值”：鋸齒波電流：iTOImt電流瞬時(shí)值表達(dá)式：將周期T等分為n段：交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）思想方法：微積分；Δt2Δt3Δt4Δt……nΔt相關(guān)知識(shí)：2.交變電流的“有效值”：iTOI0t-I0T/2iTO2I0tT/3鋸齒波交變電流：交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）相關(guān)知識(shí)：2.交變電流的“有效值”：i2RTOIm2Rt正弦波交變電流：iTOImt-Im交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）相關(guān)知識(shí)：2.交變電流的“有效值”：正弦波交變電流：交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）ITOImt-ImT/43T/4ITOI1t-I1I2-I2T/43T/4T/2相關(guān)知識(shí)：3.電流“有效值”通用表達(dá)式：推理：iTOImtiTOImt-ImiTOImt交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）【例題1】（1）圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中電表為交流電流表．線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的水平軸OO′沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示，以下判斷正確的是（）A．電流表的示數(shù)為10AB．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50πrad/sC．0.01s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D．0.02s時(shí)電阻R中電流的方向自右向左總結(jié)：1.掌握正弦交流電瞬時(shí)值、最大值及有效值的表示方法；2.注意電流熱效應(yīng)及電表讀數(shù)與有效值有關(guān)；（2）貫徹新發(fā)展理念，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅猛，2020年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電量高達(dá)4000億千瓦時(shí)。某種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理如圖所示，發(fā)電機(jī)的線圈固定，磁體在葉片驅(qū)動(dòng)下繞線圈對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知磁體間的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.20T，線圈的匝數(shù)為100、面積為0.5m2，電阻為0.6Ω，若磁體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為90rad/s，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為50A。求：①線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值ε；②線圈的輸出功率P。①②AC交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）【例題2】（1）如圖所示，固定金屬圓環(huán)半徑為L(zhǎng)，在金屬圓環(huán)的四個(gè)面積均等區(qū)域中有兩個(gè)區(qū)域分別存在方向相反、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。長(zhǎng)為L(zhǎng)導(dǎo)體棒OA一端與圓環(huán)中心O點(diǎn)重合，另一端與圓環(huán)接觸良好，在圓環(huán)和O點(diǎn)間接一定值電阻R，其它電阻不計(jì)。當(dāng)導(dǎo)體棒以角速度ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求：回路中產(chǎn)生的交變電流的有效值。總結(jié)：1.掌握由旋轉(zhuǎn)切割磁感線導(dǎo)致的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式；2.注意比較兩題的供電時(shí)間，題2中還存在磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化；交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）（2）如圖，直角坐標(biāo)系xOy的1、3象限內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第1象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，第3象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均垂直于紙面向里?，F(xiàn)將半徑為L(zhǎng)、圓心角為90°的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，回路電阻為R。求：①導(dǎo)線框感應(yīng)電流最大值；②線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的熱量；③該交變電流的有效值。①②③【例題3】（1）如圖所示是一交變電流大小的平方隨時(shí)間的變化關(guān)系的圖像（i2-t圖像），求：該交變電流的有效值；總結(jié)：1.題1面積乘以電阻R表示電功；2.題2為感生電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)B-t圖像作出I-t圖像；注意函數(shù)的分段；（2）如圖所示，空間存在一垂直紙面的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，規(guī)定垂直紙面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系如圖甲所示，其中前半個(gè)周期為正弦函數(shù)關(guān)系，后半個(gè)周期為線性函數(shù)關(guān)系。將一電阻值為2Ω的矩形線圈abcd平行紙面放入該磁場(chǎng)中，位置如圖乙所示，線圈ad、bc邊的中點(diǎn)恰好處在磁場(chǎng)右邊界，已知線圈ab邊長(zhǎng)為10cm，bc邊長(zhǎng)為20cm；求：線圈產(chǎn)生的交變電流的有效值；交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）ITOImt-Im-I2T/2【例題4】如圖所示，由均勻電阻絲做成的三角形單匝線圈的電阻為R，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，線圈以恒定速度v垂直穿過(guò)圖示兩個(gè)反向勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，寬度均為L(zhǎng)。其中三角形底邊垂直于磁場(chǎng)邊界，進(jìn)入磁場(chǎng)開始計(jì)時(shí)，針對(duì)線圈穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程，完成下列問(wèn)題：①取感應(yīng)電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，畫出線圈中電流隨時(shí)間變化的圖像，標(biāo)明關(guān)鍵位置的坐標(biāo)值；②求線圈穿過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱?？偨Y(jié)：1.本題為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，注意將過(guò)程分段，寫出相應(yīng)階段的表達(dá)式；2.i-t圖像為鋸齒形波形，代入鋸齒形波形電流的有效值表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）××××××××????????LLLLvBB①i3L/vOI1t-I23L/2v②例題1例題2例題3例題4交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）【例題1】（1）圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圖中電表為交流電流表．線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的水平軸OO′沿逆時(shí)針?lè)较騽蛩俎D(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示，以下判斷正確的是（）A．電流表的示數(shù)為10AB．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50πrad/sC．0.01s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行D．0.02s時(shí)電阻R中電流的方向自右向左（2）貫徹新發(fā)展理念，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅猛，2020年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電量高達(dá)4000億千瓦時(shí)。某種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的原理如圖所示，發(fā)電機(jī)的線圈固定，磁體在葉片驅(qū)動(dòng)下繞線圈對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，已知磁體間的磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.20T，線圈的匝數(shù)為100、面積為0.5m2，電阻為0.6Ω，若磁體轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為90rad/s，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為50A。求：①線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值ε；②線圈的輸出功率P。①②AC例題1例題2例題3例題4交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）【例題2】（1）如圖所示，固定金屬圓環(huán)半徑為L(zhǎng)，在金屬圓環(huán)的四個(gè)面積均等區(qū)域中有兩個(gè)區(qū)域分別存在方向相反、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。長(zhǎng)為L(zhǎng)導(dǎo)體棒OA一端與圓環(huán)中心O點(diǎn)重合，另一端與圓環(huán)接觸良好，在圓環(huán)和O點(diǎn)間接一定值電阻R，其它電阻不計(jì)。當(dāng)導(dǎo)體棒以角速度ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求：回路中產(chǎn)生的交變電流的有效值。（2）如圖，直角坐標(biāo)系xOy的1、3象限內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，第1象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B，第3象限內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向均垂直于紙面向里。現(xiàn)將半徑為L(zhǎng)、圓心角為90°的扇形導(dǎo)線框OPQ以角速度ω繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)沿逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，回路電阻為R。求：①導(dǎo)線框感應(yīng)電流最大值；②線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周產(chǎn)生的熱量；③該交變電流的有效值。①②③例題1例題2例題3例題4交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）【例題3】（1）如圖所示是一交變電流大小的平方隨時(shí)間的變化關(guān)系的圖像（i2-t圖像），求：該交變電流的有效值；（2）如圖所示，空間存在一垂直紙面的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，規(guī)定垂直紙面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時(shí)間t的關(guān)系如圖甲所示，其中前半個(gè)周期為正弦函數(shù)關(guān)系，后半個(gè)周期為線性函數(shù)關(guān)系。將一電阻值為2Ω的矩形線圈abcd平行紙面放入該磁場(chǎng)中，位置如圖乙所示，線圈ad、bc邊的中點(diǎn)恰好處在磁場(chǎng)右邊界，已知線圈ab邊長(zhǎng)為10cm，bc邊長(zhǎng)為20cm；求：線圈產(chǎn)生的交變電流的有效值；ITOImt-Im-I2T/2例題1例題2例題3例題4交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）【例題4】如圖所示，由均勻電阻絲做成的三角形單匝線圈的電阻為R，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，線圈以恒定速度v垂直穿過(guò)圖示兩個(gè)反向勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，寬度均為L(zhǎng)。其中三角形底邊垂直于磁場(chǎng)邊界，進(jìn)入磁場(chǎng)開始計(jì)時(shí)，針對(duì)線圈穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程，完成下列問(wèn)題：①取感應(yīng)電流逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎嫵鼍€圈中電流隨時(shí)間變化的圖像，標(biāo)明關(guān)鍵位置的坐標(biāo)值；②求線圈穿過(guò)整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱。××××××××????????LLLLvBB①②i3L/vOI1t-I23L/2v本節(jié)重點(diǎn)：交變電流

—“四值”問(wèn)題（有效值）1.交變電流的“有效值”