高考物理人教一轮配套课件10.1交变电流

1、第十章 交变电流 传感器,1.本章内容以电磁感应知识为基础，是楞次定律及法拉第电磁感应定律的具体应用。其知识特点是了解、识记的基本概念较多，但重点内容突出，主要围绕交变电流的产生、变化规律及表征交变电流的物理量这一中心展开，在此基础上研究了变压器的工作原理和远距离输电。另外，本章还介绍了传感器的原理及其应用。 2.对于交变电流产生的方法、交变电流瞬时值表达式的推导、理想变压器的输入功率和输出功率的比较、正弦式交流电的有效值、瞬时值、峰值和平均值的理解等内容要记清楚，明确其中的相互联系。 3.要注意和本章知识点结合的小型综合性题目的考查，以及和其他知识点的综合性题目的考查。在本章内，可以结合远距

2、离输电、变压器、交变电流的产生原理考查现实生活中的变压及用电关系。对于和其他知识点结合，例如可以和电磁感应结合起来考查电流的方向的判断方法和感应电动势的大小和计算方法。 传感器问题是近几年高考中的新添加内容，但考查的频率却逐步提高。这类问题单独考查的较少，多以综合题目中的一个知识点加以体现，主要考查学生对传感器基本特点的认识。因此，在复习中要熟练掌握各类传感器的特点及其相应的电学特性。,1. 和 都随时间做 变化的电流，叫做交变电流。 2.按 变化的交变电流叫做正弦式交变电流。 3.周期：交变电流完成一次 变化所需要的时间。国际单位是 ，公式T=2/。 频率：交变电流在 内完成周期性变化的次数

3、。国际单位是 。与周期的关系是f= 。,学案1 交 变 电 流,大小,方向,周期性,正弦规律,周期性,秒,赫兹,1/T,1 s,1.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时),考点 1 正弦交流电的产生及变化规律,温馨提示：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，SB，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，SB，=0，/t最大，e最大，i最大，电流方向不改变。,2.交变电流瞬时值表达式的书写基本思路 (1)确定正弦式电流的峰值，根据已知图象或由公式Em=nBS求出相应峰值。 (2)明确线圈的

4、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=Imsint。 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=Imcost。,(1)沿OO方向看去，磁场分布的侧视图如图10-1-2所示。 由图可知，线圈转动时只有一条边切割磁感线，产生感应电动势，在t时刻线圈的电动势为 e=nBlv=nBlvsint 其中v=l/2 ,思路点拨： 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动产 生正弦交流电，画出导体切割的平面图，可求得某时刻的 瞬时感应电动势。由电流瞬时值表达式理解其变化规律。,例1 如图10-1-1所示，边长为l的正方形线框ab

5、cd的 匝数为n，ad边的中点和bc边的中点的连线OO 恰好位于匀强磁场的边界上，磁感应强度为B，线 圈与外电阻R构成闭合电路，整个线圈的电阻为r。 现在让线框以OO连线为轴，以角速度匀速转 动，从图示时刻开始计时，求： (1)闭合电路中电流瞬时值的表达式； (2)当 时，电阻R两端的电压值。,图10-1-1,图10-1-2,(1) i=e/(R+r)=nBl2/2(R+r)sint (2),方法点拨：(1)只有具体推导，才能得出正确的瞬时值表达式，解析本题时，若不具体推导，只凭记忆Em=nBS，写出瞬时值表达式，就刚好掉入出题者设计的陷阱。 (2)闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律对交变电流

6、也是适用的。 (3)写瞬时值表达式时，必须注意在t=0时刻，感应电动势(或电流)的值是否为零，只有从线圈垂直于匀强磁场(位于中性面)时刻开始计时时，交变电流的瞬时值表达式才是正弦函数式。,解得e=(1/2)nBl2sint 据闭合电路欧姆定律可知，闭合电路中的电流为 i=e/(R+r)=nBl2/2(R+r)sint (2)由电流瞬时值表达式知，t=/(4)时，流过电阻R的电流为 由部分电路欧姆定律知，t=/(4)时，电阻R两端电压为 。,1.如图10-1-3甲所示，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（如图10

7、-1-3乙）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则下列四幅图中正确的是( ),D,图10-1-3,t0时线圈中感应电流方向cbad为负。经过T/8时，线圈平面与磁场垂直，线圈中瞬时电流为零，所以D正确，A、B、C错误。,温馨提示： (1)计算有效值时要注意根据电流的热效应，把握住“三同”； “相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式求解。 (2)利用两类公式Q=I2Rt和Q=(U2/R)t可分别求得电流有效值和电压有效值。 (3)若图象部分是正弦(或余弦)交流电，其中的1/4和1/2周期部分可直接应用I=Im/ ，U=Um/ 的关系。,考点 2 交变电流“四值”的理解及应用

8、,1.对交变电流“有效值”的理解 (1)交变电流的有效值是根据电流的热效应进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热进行计算。注意“三同”：“相同电阻”上、“相同时间”内、产生“相同热量”。计算时“相同时间”一般取一个周期的时间。 (2)在交流电路中，电压表、电流表、功率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，所给出的交流电的电压、电流及电功率指的都是有效值。 (3)非正弦交变电流的有效值，应按有效值的定义计算。,2.交变电流“四值”的比较和理解,(1)感应电动势的最大值Em=nBS=3.14 V。 (2)转过60时的瞬时感应电动势为 e=Emcos60=

9、3.140.5 V=1.57 V。,思路点拨：推导出交流电瞬时值表达式，明确四值的物理意义。瞬时值描述变化规律，平均值求通过的电量，有效值计算电功与电热。,例2如图10-1-4所示，匀强磁场的磁感应强度B= 0.5 T，边长L=10 cm的正方形线圈abcd共100匝， 线圈电阻r=1 ，线圈绕垂直于磁感线的对称轴 OO匀速转动，角速度=2 rad/s，外电路电 阻R=4 ，求： (1)转动过程中感应电动势的最大值； (2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60 角时的瞬时感应电动势； (3)由图示位置转过60角的过程中产生的平均感应电动势。 (4)交变电压表的示数； (5)线圈转动一周外

10、力所做的功； (6)1/6周期内通过R的电荷量为多少？,图10-1-4,(3)转过60角过程中产生的平均感应电动势为 =n/t=nBSsin60/(1/6)T=1000.50.10.1( /2)/(1/6) (2/2) V=2.6 V。 (4)电压表示数为外电路电压的有效值 U=E/(R+r) R=(3.14/ )/(4+1)4=1.78 V (5)转动一周所做的功等于电流产生的热量 W=Q=(Em/ )2 1/(R+r) T=0.99 J (6)1/6周期内通过电阻R的电荷量为 Q= (T/6)= /(R+r)(T/6)=nBSsin60/(T/6)(R+r)(T/6) =nBSsin60/

11、(R+r)=0.0866 C。,方法点拨：(1)明确“四值”的意义及求解方法。 (2)注意“四值”的不同，例如，求解电流做功时，应用有效值，而求解通过的电荷量时，应用平均值。,(1)3.14 V (2)1.57 V (3)2.6 V (4)1.78 V (5)0.99 J (6)0.0866 C,由题图可以看出该交变电流的周期T0.02 s，则角速度2/T2/0.02100 rad/s，A错误；t0.01 s时刻，电压达到最大，则此时磁通量变化率最大，磁通量为零，B错误；电热丝两端电压为路端电压URUR/(Rr)9/(91)Um/ 90 V，故C错误；根据电功率公式PU2R/R1 800W，故

12、D正确。,1.电阻为1 的矩形线圈绕垂直于磁场方向的 轴，在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动 势随时间变化的图象如图10-1-5所示。现把交 流电加在电阻为9 的电热丝上，下列判断正 确的是( ) A.线圈转动的角速度100 rad/s B.当t=0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量最大 C.电热丝两端的电压U100 V D.电热丝此时的发热功率P1 800 W,D,图10-1-5,1.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10-1-6甲所示，产生的交变电 动势的图象如图10-1-6乙所示，则( ) A.t=0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B.t=0.01 s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311 V D.线框产生的交变电动势频率为100 Hz,B,图10-1-6,本题考查正弦交流电的图象，意在考查根据正