【与名师对话】高考物理总复习 第十章 第一讲 交变电流的产生和描述课件 新人教版选修32 .ppt

对应学生用书p180 一 交变电流 交变电流的图象 1 交变电流大小和方向都随时间做周期性变化的电流 叫做交变电流 简称交流 ac 2 正弦式交变电流 如右图所示 1 定义 按正弦规律变化的交变电流 2 产生 将闭合矩形线圈置于匀强磁场中 并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动 3 中性面 与磁场方向垂直的平面 4 正弦式交变电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 电动势e随时间变化的规律 e emsin t 负载两端的电压u随时间变化的规律 u umsin t 电流i随时间变化的规律 i imsin t 其中 等于线圈转动的角速度 em nbs 1 电流大小变化但方向不变的电流仍然是直流电 2 分析交流电的产生时 注意 情 数 电 的结合 即线圈转动的情形 数学表达式 电学量特点密切相关 3 函数表达式e emsin t 只有从中性面开始计时才能成立 如果开始位置和中性面的夹角为 则瞬时值表达式为e emsin t 问题探究是不是只有矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里才能产生交变电流 提示 不只是矩形线圈 其他形状的线圈只要在匀强磁场中匀速转动 且转动轴与磁场垂直 都能产生正弦交流电 由教材的演示图可以确定在各位置变化时的交变电流的变化规律 从而得到按正 余 弦规律变化的正弦交流电 对应学生用书p181 要点一正弦式电流的变化规律1 正弦式电流的变化规律 线圈在中性面位置开始计时 2 交变电流瞬时值表达式的书写基本思路 1 确定正弦交变电流的峰值 根据已知图象或由公式em nbs 求出相应峰值 2 明确线圈的初始位置 找出对应的函数关系式 如 线圈从中性面开始转动 则i t图象为正弦函数图象 函数式为i imsin t 线圈从垂直中性面开始转动 则i t图象为余弦函数图象 函数式为i imcos t 在交变电流的产生过程中 要特别注意两个特殊位置的不同特点 1 线圈平面与中性面重合时 s b 最大 t 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 t最大 e最大 i最大 电流方向不改变 如右图所示 单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动 其转动轴线oo 与磁感线垂直 已知匀强磁场的磁感应强度b 1t 线圈所围面积s 0 1m2 转速12r min 若从中性面开始计时 则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为 a e 12 sin120t v b e 24 sin120 t v c e 0 04 sin0 4 t v d e 0 4 cos2 t v 答案 c 要点二对交变电流 四值 的比较和理解1 交变电流的瞬时值 峰值 有效值 平均值的比较 2 对交变电流有效值的理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 注意 在交流电路中 电压表 电流表等电工仪表的示数均为交变电流的有效值 在没有具体说明的情况下 所给出的交变电流的电压 电流指的是有效值 答案 d 对应学生用书p182 题型一交变电流的产生与表达解决此类问题的关键在于把线圈在匀强磁场中的具体位置与图象上的时刻对应好 也就是电流的变化规律与线圈在磁场中转动的具体情境对应好 例1如图 a 所示 一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中 并绕过ab cd中点的轴oo 以角速度 逆时针匀速转动 若以线圈平面与磁场夹角 45 时为计时起点 如图 b 所示 并规定当电流自a流向b时电流方向为正 则图 c 所示的四幅图中正确的是 思路诱导 解答本题应注意以下三方面 1 t 0时刻感应电流方向 2 利用t 0时刻的速度确定感应电动势大小 3 判定t 0时刻后短时间内电流的变化趋势 答案 ac 例2一交变电流随时间的变化图线如图所示 其中正方向的部分为正弦曲线的一部分 则此交变电流的有效值为 a 思路诱导 每周期的前半周期为正弦 应如何求出有效值 每周期的后半周期为直流电 则有效值为多少 整体一个周期内的有效值根据电流的热效应如何求解 答案 5 0 2011 海淀区模拟 先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电 第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化 如图甲所示 第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示 若甲 乙图中的u0 t所表示的电压 周期值是相同的 则以下说法正确的是 a 第一次 灯泡两端的电压有效值是u0 2b 第二次 灯泡两端的电压有效值是3u0 2c 第一 第二次 灯泡的电功率之比是2 9d 第一 第二次 灯泡的电功率之比是1 5 答案 d 题型三交变电流的综合问题部分电路和闭合电路的有关公式仍适用于正弦交流电路 应用时仍要分清电源 如发电机 和外电路 电动势和路端电压等 而对交变电路特别要注意正确选用交流电的 四值 一般常从图象或瞬时值表达式入手 得出交流电的最大值 有效值 然后再按照电路知识解决相关问题 例3 12分 2011 内江七校 如图所示 交流发电机转子有n匝线圈 每匝线圈所围面积为s 匀强磁场的磁感应强度为b 线圈匀速转动的角速度为 线圈的电阻为r 外电路电阻为r 当线圈由图中实线位置匀速转动90 到达虚线位置过程中 试问 1 通过r的电荷量q为多少 2 r上产生的电热qr为多少 3 外力做的功w为多少 思路诱导 1 计算通过截面的电荷量q应该用电流的平均值 2 求电热应该用有效值 可以先求电路的总电热q 然后再按照内外电阻之比求r上产生的电热qr 3 根据能量守恒定律 外力做功的过程是机械能向电能转化的过程 电流通过电阻而发热 又将电能转化为内能 即产生电热 本题中求电荷量时易错用交变电流的峰值或有效值求解 平均值是交变电流图象中的波形和横轴 时间轴 所围面积与时间的比值 其数值可根据法拉第电磁感应定律求得 而不是两个时刻瞬时值的算术平均值 在交变电流的一个周期中 时间取值范围不同 往往平均值就不同 求通过电路的电荷量用电流的平均值 一个电阻为r 边长为l的正方形线圈abcd共n匝 线圈在磁感应强度为b的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴oo 以如右图所示的角速度 匀速转动 外电路电阻为r 1 在图中标出此刻线圈感应电流的方向 2 转动过程中感应电动势的最大值有多大 3 线圈平面与磁感线夹角为60 时的感应电动势多大 4 设发电机由柴油机带动 其他能量损失不计 线圈转一周 柴油机做多少功 5 从图示位置开始 线圈转过60 的过程中通过r的电荷量是多少 对应学生用书p183 易错点1 不能正确理解交变电流的产生及变化规律 盲目套用公式一矩形线圈 绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动 线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示 下面说法中正确的是 a t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零b t1和t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零c 图中是从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时的d 每当感应电动势e变换方向时 穿过线圈的磁通量的绝对值都为最大 答案 b 易错点2 对 四值 的物理意义区分不清产生错误一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示 已知发电机线圈内阻为5 0 现外接一只电阻为95 0 的灯泡 如图乙所示 则 a 电压表v的示数为220vb 电路中的电流方向每秒钟改变50次c 灯泡实际消耗的功率为484wd 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24 2j 易错分析 错解1 不能正确区分电源电动势和路端电压 易错选a 错解2 认为在一个周期内电流的方向改变1次 则会错选b 在解答交流电问题时 除要注意电路结构外 还要区分交变电流的最大值 瞬时值 有效值和平均值 最大值是瞬时值中的最大量值 有效值是以电流的热效应来等效定义的 与电磁感应问题一样 求解与电能 电热相关问题时 一定要使用有效值 而求解通过导体截面的电荷量时一定要用平均值 答案 1 160v 2 i 16sin200ta 3 a 11 3au 102v 4 p 1280wp出 1152w 5 0 08c 对应学生用书p184 1 2011 天津理综 在匀强磁场中 一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动 如图1所示 产生的交变电动势的图象如图2所示 则 a t 0 005s时线框的磁通量变化率为零b t 0 001s时线框平面与中性面重合c 线框产生的交变电动势有效值为311vd 线框产生的交变电动势频率为100hz 答案 b 2 2012 云南省建水一中月考 风速仪的简易装置如图甲所示 在风力作用下 风杯带动与其固定在一起的永磁铁转动 线圏中的感应电流