高考物理一轮复习 第十一章 交变电流 第1讲 交变电流的产生及其描述课件.ppt

课标版物理 第1讲交变电流的产生及其描述 一 交变电流 交变电流的图像1 交变电流 1 定义 和 都随时间做周期性变化的电流 2 图像 如图 a b c d 所示都属于交变电流 其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦式交变电流 如图 a 所示 大小 方向 2 正弦式交变电流的产生 在匀强磁场里 线圈绕 垂直于磁场方向的轴匀速转动时产生的电流 自测1图中闭合线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定转轴匀速转动 不能产生正弦式交变电流的是 答案ca b选项中线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且过线圈平面的转轴匀速转动 满足产生正弦式交变电流的条件 能产生正弦式交变电流 c选项中转轴平行于磁场 线圈转动过程中 穿过线圈的磁通量始终为零 故c中不能产生正弦式交变电流 d选项中虽然只有一半线圈在磁场中 但是始终有一边切割磁感线 且一边转出时 另一边恰好转入 保证转动过程中感应电动势连续且按照正弦规律变化 二 正弦式交变电流的函数表达式 线圈在中性面位置开始计时 1 电动势e随时间变化的规律 e 2 负载两端的电压u随时间变化的规律 u 3 电流i随时间变化的规律 i 其中 等于线圈转动的 em 自测2小型交流发电机的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动 产生的感应电动势与时间的关系是正弦函数 将发电机与一个标有 6v 6w 的小灯泡连接形成闭合回路 不计电路的其他电阻 当线圈的转速为n 5r s时 小灯泡恰好正常发光 则电路中电流的瞬时值表达式为 a i sin5t a b i sin10 t a c i 1 41sin5t a d i 1 41sin10 t a emsin t umsin t imsin t 角速度 nbs 答案d因为小灯泡正常发光 所以电路中电流的有效值为i 1a 则电流的最大值为im a 1 41a 因为转速n 5r s 又 2n 所以 10 rad s 故电路中电流的瞬时值表达式为i 1 41sin10 t a 选项d正确 三 描述交变电流的物理量1 周期和频率 1 周期 t 交变电流完成 变化 线圈转一周 所需的时间 单位是秒 s 公式t 2 频率 f 交变电流在1s内完成周期性变化的 单位是赫兹 hz 3 周期和频率的关系 t 或f 2 交变电流的瞬时值 峰值 有效值 1 瞬时值 交变电流某一时刻的值 2 峰值 一个周期内电压和电流所能达到的最大的值 一次周期性 次数 3 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流的值叫做交变电流的有效值 对正弦式交流电 其有效值和峰值的关系为 e u i 自测3 辨析题 1 有效值公式i 适用于任何交变电流 2 交流电气设备上所标的电压和电流值是交变电流的有效值 3 交流电压表和电流表测量的是交流电的平均值 4 我国使用的交变电流的周期是0 02s 电流方向每秒改变50次 答案 1 2 3 4 考点一正弦式交变电流的产生及变化规律1 两个特殊位置的特点 1 线圈平面与中性面重合时 s b 最大 0 e 0 i 0 电流方向将发生改变 2 线圈平面与中性面垂直时 s b 0 最大 e最大 i最大 电流方向不改变 2 正弦式交变电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 典例1一台小型发电机产生的电动势随时间变化的规律图像如图甲所示 已知发电机线圈内阻为20 现外接一只 100v 125w 的灯泡 忽略温度对电阻的影响 如图乙所示 则 a 乙图时刻线圈中感应电流为0 b 通过灯的电流随时间t的变化规律是i cos100 t a c 灯泡能正常发光d 灯泡的实际功率是80w答案d由图乙可看出 该时刻线圈平面与磁场方向平行 穿过线圈的磁通量的变化率最大 故感应电流最大 选项a错误 灯泡的电阻r 80 电路中的电流i a 1a 通过灯泡的电流i随时间t的变化规律为i imsin t sint sin100 t a 故选项b错误 灯泡的额定电流i额 a 1 25a i 故灯泡不能正常发光 选项c错误 灯泡的实际功率p i2r 12 80w 80w 故选项d正确 在解决有关交变电流的图像问题时 应先把交变电流的图像与线圈的转动位置对应起来 再根据特殊位置求解 注意峰值公式em nbs 中的s为有效面积 1 1 多选 一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流 其电动势的变化规律如图线a所示 当调整线圈转速后 电动势的变化规律如图线b所示 以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是 a 从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值 b 线圈先后两次转速之比为2 3c 在图线a和b中 t 0时刻穿过线圈的磁通量均为零d 图线b电动势的瞬时值表达式为e 100sint v 答案ad根据图线a 感应电动势最大值em bs a m a 因此磁通量的最大值 m wb a正确 线圈先后两次周期之比 则转速之比 b错误 t 0时刻感应电动势为零 线圈与中性面平行 磁通量最大 c错误 感应电动势的最大值em bs 因此 即emb ema 100v 图线b电动势的瞬时值表达式为e embsin bt 100sint v d正确 考点二交流电有效值的计算1 正弦式交流电有效值的求解利用i u e 计算 2 非正弦式交流电有效值的求解交变电流的有效值是根据电流的热效应 电流通过电阻生热 进行定义的 所以进行有效值计算时 要紧扣电流通过电阻生热 或热功率 进行计算 注意 三同 即 相同电阻 相同时间 内产生 相同热量 计算时 相同时间 要取周期的整数倍 一般取一个周期 典例2一个边长为6cm的正方形金属线框置于匀强磁场中 线框平面与磁场垂直 电阻为0 36 磁感应强度b随时间t的变化关系如图所示 则线框中感应电流的有效值为 a 10 5ab 10 5ac 10 5ad 10 5a 答案b由法拉第电磁感应定律和欧姆定律可得0 3s内产生的感应电流i1 2 10 5a 3 5s内产生的感应电流i2 3 10 5a 且与0 3s内方向相反 于是可作出i随时间t变化的图像如图所示 由有效值的定义得rt1 rt2 i2rt 代入数据可得i 10 5a 故b选项正确 2 1 2016辽宁沈阳质检 如图所示为一交流电压随时间变化的图像 每个周期内 前三分之一周期电压按正弦规律变化 后三分之二周期电压恒定 根据图中数据可得 此交流电压的有效值为 a 7 5vb 8vc 2vd 3v 答案c根据电流的热效应有 t 解得u 2v c项正确 考点三正弦式交变电流 四值 的应用对正弦式交变电流 四值 的比较和理解 典例3如图所示 边长为l的正方形线圈abcd的匝数为n 线圈电阻为r 外电路的电阻为r ab的中点和cd的中点的连线oo 恰好位于匀强磁场的边界上 磁感应强度为b 现在线圈以oo 为轴 以角速度 匀速转动 求 1 闭合电路中电流瞬时值的表达式 2 线圈从图示位置转过90 的过程中电阻r上产生的热量 3 线圈从图示位置转过90 的过程中电阻r上通过的电荷量 4 电阻r上的最大电压 答案见解析解析 1 线圈转动时 总有一条边切割磁感线 且ad边和bc边转动的线速度大小相等 当线圈平面平行于磁场时 产生的感应电动势最大 为em nblv nbl l nbl2 由闭合电路欧姆定律可知im 当以图示位置为计时起点时 流过r的电流瞬时值表达式为i imsin t sin t 2 在线圈由图示位置匀速转动90 的过程中 用有效值来计算电阻r上产生的热量 q i2r 其中i t 则q i2r 3 在转过90 的过程中感应电动势的平均值为 n 流过r的平均电流 所以流过r的电荷量q 4 由部分电路欧姆定律可知电阻r上的最大电压 um imr 书写正弦式交变电流瞬时值表达式的基本思路 1 求出角速度 2 f 2 确定正弦式交变电流的峰值 根据已知图像读出或由公式em nbs 求出相应峰值 3 明确线圈的初始位置 找出对应的函数关系式 线圈从中性面位置开始转动 则i t图像为正弦函数图像 函数式为i imsin t 线圈从垂直中性面位置开始转动 则i t图像为余弦函数图像 函数式为i imcos t 3 1 2015四川理综 4 6分 小型手摇发电机线圈共n匝 每